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Das Pankreaskarzinom zeichnet sich durch ein aggressives Tumorwachstum verbunden mit einer sehr geringen 5-Jahres-Überlebensrate und einem schlechten Ansprechen auf eine zytostatische Therpie aus. Eines der Merkmale von Tumorzellen ist ihre Resistenz gegenüber Apoptose. Heat Shock Proteine (HSPs) bilden eine große homologe Proteingruppe, die nicht nur zytoprotektive Funktionen haben, sondern auch in malignen Tumorzellen überexprimiert werden und die apoptotische Kaskade an mehreren Stellen hemmen können. In dieser Arbeit untersuchten wir, ob Heat Shock Proteine auch im Pankreaskarzinom überexprimiert sind und welchen Einfluss HSP70 auf die Apoptose in Pankreaskarzinomzellen hat. Die humanen duktalen Adenokarzinomzelllinien Panc-1, MIA PaCa-2, BxPC-3 und Capan-2 sowie nicht-transformierte duktale Pankreaszellen wurden hierfür verwendet. Mittels Western Blot und Immunzytochemie wurde die Expression von HSP70 detektiert, die Bestimmung der Zellproliferation erfolgte durch eine kolorimetrische Messung. Zur Inhibition von HSP70 wurden sowohl Quercetin, ein pflanzliches Polyphenol, als auch HSP70 spezifische siRNA verwendet. Die Apoptose wurde durch Messung der Caspasen-3 und -9, der Bestimmung des Anteils Annexin-V positiver Zellen in der Durchflusszytometrie und in situ durch TUNEL-Färbungen untersucht. Wir konnten nachweisen, dass HSP70 trotz identischer Kultivierungsbedingungen in Tumorzellen stärker exprimiert wird als in den duktalen Zellen. Thermischer Stress konnte die HSP70 Expression weiter steigern. Durch Quercetin gelang eine Inhibition der HSP70 Expression, die zu einer verrringerten Zellproliferation von Tumorzellen führte, nicht jedoch von normalen duktalen Zellen, die nur wenig HSP70 exprimierten. Dihydroquercetin, ein ineffektives Analogon von Quercetin ohne HSP70 reduzierende Eigenschaften, hatte weder in Tumorzellen noch in normalen pankreatischen duktalen Zellen eine Wirkung. In den Karzinomzelllinien Panc-1 und MIA PaCa-2 führte der Verlust von HSP70 durch Quercetin zu einer gesteigerten Apoptose, wie durch Caspase-3 und -9 Messung, Annexin-V Markierung und im TUNEL-Assay gezeigt wurde, während Dihydroquercetin in keiner der untersuchten Zelllinie Apoptose auslöste. Diese Ergebnisse konnten unter Verwendung von HSP70 spezifischer siRNA bestätigt werden. Nach 48 bzw. 72 Stunden wurde HSP70 in Panc-1 und MIA PaCa-2 fast vollständig inhibiert und eine gesteigerte Apoptoserate gemessen. Kontrollexperimente mit nicht-spezifischer „scrambled“ siRNA konnten keine Induktion der Apoptose nachweisen. Unsere Ergebnisse legen nahe, dass die Anwesenheit von Heat Shock Protein 70 die erhöhte Apoptoseresistenz von Pankreaskarzinomzellen miterklärt. Depletion von HSP70 leitet die Apoptose in pankreatischen Tumorzellen ein. Um mögliche andere pro-apoptotische Effekte von Bioflavonoiden zu umgehen, verwendeten wir RNA Interferenz, die ein gezieltes Ausschalten eines einzelnen Gens gewährleistet. Damit konnten wir unsere vorher mit Quercetin erzielten Ergebnisse bestätigen. Wir konnten zeigen, dass HSP70 anti-apoptotische Eigenschaften im Pankreaskarzinom hat, HSP70 inhibierende Substanzen könnten daher ein therapeutisches Potential in der Behandlung des Pankreaskarzinoms haben.
In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass miR-502 in vitro in der pankreatischen Tumorzelllinie
PaTuT Proteine des cNHEJ supprimiert. Dazu wurden in PaTuT-Zellen die miR-502
überexprimiert und mittels qPCR, Luciferase-Assay und Western-Blot die mRNA sowie die
Proteinmenge im Bezug zu einer Kontrollgruppe bestimmt. Dabei konnte gezeigt werden, dass
sowohl die Proteine Ku70 und XLF herunterreguliert werden, als auch deren mRNAs, während
Ku80 nur auf Proteinebene signifikante Unterschiede im Vergleich zur Kontrollgruppe zeigte.
Für Ligase 4, die in Vorversuchen der Arbeitsgemeinschaft Moskwa auch potentiell von miR-
502 inhibiert wurde, konnten keine Unterschiede zur Kontrollgruppe festgestellt werden.
Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass miR-502 am stärksten in der G1 und S-Phase des
Zellzyklus exprimiert ist und somit in den Phasen, indem das cNHEJ inhibiert ist. Damit ist
miR-502 die erste bekannte miRNA, die mehrere Proteine des cNHEJ reguliert und daher eine
interessante miRNA für einen möglichen Therapieansatz. Eine Verschiebung des Zellzyklus
durch miR-502 konnte nicht nachgewiesen werden. Dies kann durch Zelllinien-spezifische
Unterschiede verursacht worden sein. Nach Bestrahlung der Zellen konnte gezeigt werden, dass
Zellen mit überexprimierter miR-502 nach Bestrahlung mehr Doppelstrangbrüche aufwiesen
und nach Bestrahlung weniger Zellen überlebten, was darauf hinweist, dass Zellen mit
überexprimierter miR-502 die Doppelstrangbrüche schlechter reparieren können.
Das Ziel des Projektes war die Untersuchung der erworbenen Chemotherapie-Resistenz des Pankreaskarzinoms gegenüber den Zytostatika 5FU und Gemcitabin in Hinblick auf eine potentielle Regulation durch microRNAs.
Im ersten Schritt wurden Zelllinien mit einer intrinsischen Sensitivität identifiziert. Sieben etablierte Zelllinien des Pankreaskarzinoms (BXPC-3; COLO 357; PATU8988-S; PATU8988-T; CAPAN-1; MIA-PaCa-2; PANC-1) wurden mit Hilfe einer Annexin-V/DAPI-Färbung auf eine 5FU- oder Gemcitabin-induzierte Apoptose untersucht. Vier Zelllinien mit einer intrinsischen Sensitivität (BXPC-3; COLO 357; PATU8988-S; PATU8988-T) konnten identifiziert werden. Es folgte die Etablierung einer sekundären Chemotherapie-Resistenz in diesen sensitiven Zelllinien und die Bestätigung durch einen Proliferationsassay. Um die Hypothese einer veränderten microRNA-Expression in den sekundär resistenten Zelllinien zu untermauern, wurde die Expression der microRNAs miR-21, miR-200b und miR-214 untersucht. Eine veränderte Expression wurde gefunden und eine microRNA-Transkriptom-Analyse folgte. Diese deckte eine aberrante Expression von neun microRNAs (miR-7-5p; miR-23a-3p; miR-24-3p; miR-100-5p; miR-125b- 5p; miR-301a- 3p; miR-3158-5p; miR-3621; miR-3940- 5p) auf. Die Validierung dieser microRNAs via RTPCR zeigte eine Überexpression von miR-100 und miR-125b in allen resistenten Tumorzellen. Dies ist die erste Studie, welche valide Beweise für die Beteiligung beider microRNAs an der erworbenen Resistenz gegen 5FU und Gemcitabin zeigt. Für die Evaluation ihrer biologischen Rolle wurde die miR-100 oder miR-125b durch eine transiente Transfektion in den resistenten Zellen inhibiert. Eine Einschränkung der Viabilität und ein Anstieg der Caspasen 3 und 7 konnte nach Applikation der Zytostatika gesehen werden. Durch einen Proliferationsassay konnte eine langfristige Inhibition des Tumorzellwachstums, des Metabolismus und der Viabilität nach dem Knock-down der microRNAs bewiesen werden. Ein Zytotoxizitäts-Assay zeigte, dass die microRNA-Inhibition zu einer Wiederherstellung von Sensitivität und Dosis-Wirkungs-Beziehung gegenüber 5FU oder Gemcitabin führt. Es ist somit gezeigt, dass die miR-100 und miR-125b eine entscheidende Rolle in der Ausbildung einer sekundären Antimetabolit-Resistenz spielen. Ob diese microRNAs als Zielmolekül einer zukünftigen Antitumortherapie oder als Screeningparameter genutzt werden können, müssen weitere Studien zeigen.