Targeting RAD51: eine Verstärkung der Alkylanzien-induzierten Zytotoxizität von Glioblastomzellen durch Hemmung der Homologen Rekombinationsreparatur

Abstract

Glioblastoma is a tumor disease of the central nervous system with mostly fatal outcome. The current chemotherapy based on alkylating agents does not offer a satisfactory clinical benefit for glioblastoma patients. Despite a radical treatment regimen, the median survival of these patients is below 15 months. In order to improve the response to the applied thera-py, combination and targeted treatment strategies become increasingly important. In the present study, two new combined treatment approaches were used to sensitize glio-blastoma cells to the clinically relevant cytostatic agents temozolomide (TMZ) and lomustin (CCNU). In the first approach, the antimalarial drug artesunat (ART) was combined with the alkylating agent TMZ, the gold standard of glioblastoma therapy. The induced cytotoxicity could be attributed to an increase of DNA double-strand breaks (DSBs). Simultaneously, the inhibition of homologous recombination repair (HRR), which prevents from or eliminates DSBs, has also been demonstrated. Furthermore, ART reduced TMZ-induced senescence, possibly also contributing to the enhancement of cytotoxicity. Investigations in the nude mouse model with subcutaneously injected glioblastoma cells showed a good tolerability of both drugs and significant improvement of TMZ-based chemotherapy concomitant with ART. In a second approach, a targeted treatment strategy was achieved through the use of phar-macological inhibitors. RAD51, the key enzyme of HRR, was inhibited by B02 or RI-1, whereas MRN complex, which is involved in the DNA damage response, was silenced by mirin, an in-hibitor of MRE11. A comparative study analyzing the reinforcement of CCNU-induced cytox-icity in glioblastoma cells showed that the RAD51 inhibitor RI-1 is the most promising one of these inhibitors. In combination with CCNU, RI-1 prevented the repair of CCNU-induced DSBs. In addition to enhancing the clastogenicity of CCNU, combined treatment also led to an increase in cell death. In the xenograft mouse model, combination therapy with CCNU followed by RI-1 treatment was well tolerated and prevented tumor growth. In some ani-mals a complete regression of tumors was observed. Based on the preclinical data obtained in this work, the combination treatments offer a promising basis for clinical trials, which may finally lead to improvements in glioblastoma therapy.

Das Glioblastom ist eine Tumorerkrankung des zentralen Nervensystems mit meist tödlichem Ausgang. Die gegenwärtige auf alkylierenden Zytostatika basierende Chemotherapie bietet bis heute keinen zufriedenstellenden Therapieerfolg. Um das therapeutische Ansprechen zu verbes-sern, rücken Kombinations- und gezielte Behandlungsstrategien – sog. Targeting-Strategien – immer mehr in den Mittelpunkt. In der vorliegenden Arbeit wurden zwei neue, kombinatorische Behandlungsansätze mit dem Ziel untersucht, Glioblastomzellen gegenüber den klinisch relevanten Zytostatika Temozolomid (TMZ) und Lomustin (CCNU) zu sensibilisieren. Im ersten Ansatz wurde das Antimalariamedikament Artesunat (ART) mit TMZ, dem Goldstan-dard der Glioblastomtherapie, kombiniert. Die induzierte Zytotoxizität konnte auf den Anstieg von DNA-Doppelstrangbrüchen (DSBs) zurückgeführt werden. Gleichzeitig wurde auch die Hem-mung der homologen Rekombinationsreparatur (HRR), die DSBs an der Entstehung hindert oder diese eliminiert, nachgewiesen. Ferner reduzierte ART die durch TMZ-induzierte Seneszenz, was möglicherweise ebenso zur Verstärkung der Zytotoxizität beitrug. Untersuchungen im Nackt-mausmodell mit subkutan injizierten Glioblastomzellen zeigten nicht nur eine gute Verträglich-keit beider Medikamente, sondern auch eine signifikante Verbesserung der TMZ-basierten Che-motherapie in Kombination mit ART. In einem zweiten Ansatz wurde die zielgerichtete Behandlungsstrategie durch den Einsatz phar-makologischer Hemmstoffe erreicht. B02 und RI-1 inhibieren RAD51, das Schlüsselenzym der HRR, während Mirin als MRE11-Hemmstoff den an der DNA-Schadens-Antwort beteiligten MRN-Komplex inhibiert. Eine vergleichende Untersuchung der Wirkung dieser Inhibitoren zeigte, dass der RAD51-Hemmstoff RI-1 am stärksten die Toxizität von CCNU auf Glioblastomzellen unter-stützte. In Kombination mit CCNU verhinderte RI-1 die Reparatur der CCNU-induzierten DSBs. Dies führte neben einer Verstärkung der Klastogenität von CCNU auch zu einer Steigerung des Zelltods. Im Xenograft-Mausmodell wurde die Kombinationstherapie mit CCNU gefolgt von RI-1 gut vertragen; sie verhinderte nicht nur das Tumorwachstum, sondern bedingte sogar in einigen Tieren eine vollständige Regression der Tumoren. Beide untersuchten Behandlungsansätze bieten aufgrund der erhaltenen präklinischen Daten eine vielversprechende Grundlage für die Initialisierung klinischer Studien, die möglicherweise zu einer tatsächlichen Verbesserung der Glioblastomtherapie führen werden.