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Aufgrund der schlechten Prognose des Pankreaskarzinoms ist die Etablierung sowohl neuer Diagnostika als auch Therapieansätze von hoher Wichtigkeit. Große Hoffnungen in der Therapie wurden in TRAIL gesetzt, da es selektiv in zahlreichen Tumorzellen Apoptose induziert, physiologische Zellen aber nicht wesentlich beeinflusst. Daher erschien TRAIL als ein vielversprechender Kandidat für eine künftige systemische nebenwirkungsarme Therapie des Pankreaskarzinoms und anderer Malignome. Das Vorliegen diverser Resistenzmechanismen in Tumorzellen schränkt die Aussicht auf einen zeitnahen Therapieeinsatz allerdings ein. Darüber hinaus sind anti-apoptotische und sogar tumorförderne Effekte von TRAIL entdeckt worden.
Ziel dieser Arbeit war es, die vielseitigen Effekte von TRAIL im Geschehen des Pankreasadenokarzinoms anhand eines Maus Knockout-Modells weiter zu ergründen. Dafür wurden murine Pankreasadenokarzinomzellen bezüglich deren Expression von TRAIL und TRAIL-Rezeptoren sowie der Sensibilität gegenüber TRAIL-induzierter Apoptose durchflusszytometrisch untersucht. Anschließend erfolgte die orthotope Inokulation der genannten Tumorzellen in den Pankreaskopf und die Untersuchung der Tumoren bzw. des Immunsystems. Es wurden C57BL/6-Wildtypen mit dem TRAIL-defizienten Mausstamm 129/C57BL/6.TRAIL/Apo2L-/- verglichen. Die erhaltenen Resultate wurden durch Wildtypen, welche einer TRAIL-Behandlung unterzogen wurden, überprüft.
Die Arbeit konnte zeigen, dass die murine Tumorzelllinie 6606PDA den TRAIL- Rezeptor 2 auf der Oberfläche exprimiert. Dennoch stellt sich diese Linie gegenüber TRAIL in Konzentrationen bis 1000 ng/ml resistent dar bzw. zeigt eine im Vergleich zur unbehandelten Kultur verminderte Apoptoserate. Eine Änderung des Ausmaßes der oberflächlichen Rezeptorendichte kann unter dem Einfluss von TRAIL nicht beobachtet werden. Neben dem Rezeptor wurde auch TRAIL von der Zelllinie 6606PDA exprimiert.
Unter Anwendung einer Kleintier-MRT-gestützten Volumetrie zeigte sich in vivo eine von TRAIL abhängige Tumorprogression, wobei TRAIL mit der Entstehung größerer Tumoren und größerer bzw. tendenziell mehr Metastasen einherging. Diesbezüglich konnte ein ursächlicher Einfluss von TRAIL auf das Immunsystem tumortragender Tiere nachgewiesen werden. TRAIL-abhängig kommt es zu Änderungen im Anteil der Gesamtpopulation tumorinfiltrierender Lymphozyten im Tumor. Im Einzelnen stellen sich Treg und NK-Zellen in Tumoren TRAIL-/- Mäuse im Vergleich zu Wildtypen vermindert dar. Unter diesem Eindruck kommt es zu Veränderungen der Apoptoseraten von CD4+- und CD8+ T-Lymphozyten, welche im Tumor TRAIL-defizienter Individuen geringer ausgeprägt sind als im WT. Gleichzeitig konnten in den TRAIL-/-- Mäusen ebenfalls geringere Apoptoseraten in den Tumorzellen gemessen werden.
Die definitiven Mechanismen, die zu den beobachteten Unterschieden der Tumorprogression führen, bleiben weiter unklar. Die widersprüchlich erscheinenden Resultate kleinerer Tumoren mit zeitgleich weniger antitumoralen NK-Zellen bzw. dem anteilig geringeren Apoptosegrad der Tumorzellen deuten auf eine negative Bilanz von NK-Zellen hin.
Ein kausaler Zusammenhang zwischen den geringeren Anteilen von Treg und NK-Zellen in Tumoren von TRAIL-/- Tieren mit der besseren Prognose dieser Versuchsgruppe kann postuliert werden. Darüber hinaus könnte das Fehlen von TRAIL über die Behinderung tumorautokriner proliferationsfördernder Stimulationsvorgänge an der verminderten Tumorprogression beteiligt sein.
Das ausgeprägte Ausmaß des Unterschiedes der Überlebenskinetik könnte auf bisher unbekannte Mechanismen der Tumor-Immunosurveillance hindeuten.
In weiteren Studien müssen das Aktivitätsniveau beteiligter Immunzellen, die Bedeutung natürlicher Killerzellen an der Tumorabwehr und der Einfluss von TRAIL auf weitere Immunpopulationen weiter untersucht werden.
In Anbetracht der pleiotropen Wirkweise von TRAIL ergeben sich vielfältige Zielorte, um therapeutische Fortschritte im Rahmen des Pankreaskarzinoms zu erlangen. Dabei sollte die Entwicklung neuer Therapien solche einschließen, die zu einer Sensibilisierung der Tumorzellen gegenüber TRAIL führen. Hierdurch könnte TRAIL einen völlig neuen Stellenwert in der Therapie derzeit TRAIL-resistenter Malignome, insbesondere des Pankreaskarzinoms, erreichen. Auch deshalb muss der weiteren Erforschung der zugrunde liegenden Signalkaskaden von TRAIL eine hohe Priorität zugewiesen werden.
In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die zytotoxischen Effekte von TRAIL und Docetaxel auf endometriale Adenokarzinomzellen unter kombinierter Stimulation stärker waren, als unter Einzelstimulation. TRAIL ist für seine selektive Induktion von Apoptose in Tumorzellen bekannt, ohne dem normalen Gewebe zu schaden. Doch obwohl für alle fünf untersuchten Zelllinien eine Expression der Todesrezeptoren DR4 und 5 nachgewiesen werden konnte, induzierte TRAIL allein kaum Apoptose. In Kombination mit Docetaxel, dem halbsynthetischen Analogon von Paclitaxel, zeigte sich eine größere Zytotoxizität als unter Docetaxel und TRAIL allein. Es kam zu einer signifikanten Reduktion der Zellzahl sowie zu einem Anstieg der Apoptose- und Nekroserate. Hierbei deuteten sich synergistische Wirkweisen an. Eine ursächliche Veränderung des Rezeptorprofils durch Docetaxel war nicht zu erkennen. Die Schnittstelle liegt möglicherweise auf einer anderen Ebene. Die Freisetzung der Chemokine IL-8, MCP-1 und RANTES wurde durch Docetaxel, TRAIL und besonders stark durch die Kombination von beiden stimuliert. Dies könnte sich sowohl positiv als auch negativ auf die Tumorprogression auswirken, insbesondere im inflammatorischen Kontext und in vivo. Hier wären weitere Untersuchungen indiziert. Insgesamt unterstreichen diese Ergebnisse, dass eine Kombination von TRAIL bzw. agonistischen TRAIL-Rezeptorantikörpern mit Taxanen das Potential hat, in der Therapie von Endometriumkarzinomen eine Rolle zu spielen.
In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss von endogenem TNF-related apoptosis inducing ligand (Trail) auf die murine polymikrobielle Sepsis untersucht, weil Vorversuche ergeben hatten, dass die Applikation von exogenem Trail bei Sepsis zu einem Überlebensvorteil führt. Für die Untersuchungen wurden transgene Trail defiziente Tiere mit C57BL/6 Wildtyp Tieren verglichen. Die Colon ascendens stent peritonitis (CASP) diente als Modell für die polymikrobielle peritoneale Sepsis. Anders als nach den Ergebnissen der Vorversuche zu erwarten, konnte in der Überlebenskinetik kein Nachteil durch die endogene Trail-Defizienz festgestellt werden. Die bakterielle Clearance war durch den genetisch bedingten Mangel an Trail nicht eingeschränkt. Im Blut war die Elimination der Bakteriämie sogar effizienter. Durchflusszytometrisch wurden unterschiedliche Zellpopulationen identifiziert und verglichen, um die Auswirkungen der Trail-Defizienz auf Einzelzellebene zu beleuchten. GITR eignete sich im CASP-Modell nicht als Marker für regulatorische T-Zellen. Seine Expression stieg durch die Aktivierung der T-Zellen unabhängig von der Zugehörigkeit zu den Effektor T-Zellen oder den regulatorischen T-Zellen. Deshalb wurden die regulatorischen T-Zellen in dieser Arbeit durch den Transkriptionsfaktor Foxp3 und den Aktivierungsmarker CTLA-4 charakterisiert. Der Anteil der regulatorischen T-Zellen war in der transgenen Trail-/- Versuchsgruppe im Vergleich zu der Kontrollgruppe erhöht. Diese Beobachtung konnte durch die immunhistochemische Färbung von regulatorischen T-Zellen bestätigt werden. Die Expression des Trail-Rezeptors DR5 stieg bei CASP in der transgenen Trail-defizienten Versuchsgruppe an, wohingegen in der Wildtyp Gruppe keine Veränderungen beobachtet wurden. Allerdings besitzen die Trail-defizienten Tiere nach aktuellem Wissen keinen Liganden für diesen Todesrezeptor. Dennoch zeigten sie bei CASP einen höheren Anteil apoptotischer Zellen als Wildtyp-Tiere. Dies wurde sowohl mit Zellzyklusanalysen und TUNEL-Färbungen gezeigt. Da der Zelltod nicht durch Trail hervorgerufen sein konnte, wurde nach weiteren Apoptose-induzierenden Substanzen in diesem Sepsismodell gesucht. Weder die durchflusszytometrische Bestimmung von TNF-Rezeptoren noch die Bestimmung von Glukokortikoiden im Serum mittels ELISA zeigten bei CASP Anstiege in der Trail-/- Versuchsgruppe oder in Wildtyp-Tieren. Schließlich wurde die Reaktivität der Immunzellen bei CASP ex vivo untersucht. Dazu wurden die Zellen in vitro stimuliert und die Zytokinspiegel im Überstand bestimmt. In einigen Experimenten wurde Apoptose in vitro durch Applikation eines universellen Caspaseinhibitors unterbunden. Die überraschenden Ergebnisse zeigten eine Zunahme der proinflammatorischen Zytokine, vor allem TNF-α und INF γ und des antiinflammatorischen Zytokins Il-10. Insgesamt stützen die Ergebnisse die Arbeitshypothese, dass Trail-Defizienz bei Sepsis negative Auswirkungen hat, nicht. Die überraschende Beobachtung, dass der sepsisinduzierte Zelltod in Abwesenheit des „Todessignals“ Trail zunimmt, eröffnet interessante Perspektiven für die zukünftige Forschung.
Das Ewing-Sarkom ist der zweithäufigste primäre Knochentumor im Kindes- und Jugendalter nach dem Osteosarkom. Vor der Ära der Chemotherapie überlebten weniger als 10% der Patienten. Heutige Therapieprotokolle favorisieren die primäre Induktionschemotherapie gefolgt von Lokaltherapie (chirurgische und radiotherapeutische Alternativen) und adjuvanter Chemotherapie. Mit diesen neuen Therapieansätzen ist es gelungen, die Fünfjahres-Überlebenswahrscheinlichkeit für Patienten mit lokoregionaler Erkrankung auf 55-70% zu erhöhen. Doch nach wie vor haben Patienten mit Fernmetastasen bei Diagnosestellung sowie mit einem Rezidiv der Erkrankung eine mit ca. 15-20 % wesentlich schlechtere Fünfjahresprognose, insbesondere bei disseminiertem Befall von Knochen und/oder Knochenmark. Es besteht also die Notwendigkeit, neue Therapieoptionen zu entwickeln, die sowohl die Überlebensrate der Patienten erhöhen als auch mit einer niedrigen systemischen Toxizität verbunden sind. Diese Arbeit untersuchte das antineoplastische Potential von Histondeacetylase-Inhibitoren (HDIs), einer relativ neuen Klasse von Chemotherapeutika, für die Behandlung von Ewing-Sarkomen. Dazu wurden die Effekte der HDIs Suberoyl anilide hydroxamic acid (SAHA), Natriumbutyrat (NaB) und MS-275 auf die Ewing-Sarkom-Zelllinien SK-ES-1 und WE-68 analysiert. Alle drei Substanzen induzierten effektiv den Zelltod in beiden Zelllinien, wie die Propidiumjod-Aufnahme-Analyse bewies. Jedoch variierten die drei HDIs in ihrer Wirkweise. SAHA und NaB führten zur mitochondrialen Depolarisation und Caspase-3- und -9-Aktivierung. Die zytotoxischen Effekte dieser beider Substanzen, wie Verlust des mitochondrialen Membranpotentials, DNA-Fragmentation und Zelltod, konnten durch den Einsatz des Pancaspase-Inhibitors z-VAD-fmk signifikant reduziert werden. Im Gegensatz dazu war MS-275 ein wesentlich schwächerer Induktor der Caspase-9- und-3-Aktivität. Ebenso war die durch diese Substanz ausgelöste mitochondriale Membrandepolaristion deutlich geringer. Entsprechend besaß auch der Pancaspase-Inhibitor z-VAD-fmk nur schwache protektive Wirkungen auf den MS-275-induzierten Zelltod. Die zytotoxische Wirkung der HDIs zeigte sich als abhängig von Transkription und de novo Proteinsynthese, gemessen durch Vorbehandlung mit dem Transkriptions-Inhibitor Actinomycin D und dem Proteinsynthese-Inhibitor Cycloheximid. Nach Hemmung der Caspasen durch den Pancaspase-Hemmstoff z-VAD-fmk stellte sich in der Zellzyklus-Analyse ein HDI-vermittelter G2/M-Arrest dar. Der Mechanismus über den HDIs die Zellen in der G2/M-Phase des Zellzyklus arretieren ist bisher nicht endgültig geklärt. Es wird aber eine erhöhte Expression der CDK-Inhibitoren p21 und p27 damit in Zusammenhang gebracht. In der WE-68-Zelllinie konnte mittels Western-Blot-Analyse eine verstärkte Expression von p21 nach HDI-Behandlung nachgewiesen werden. Darüber hinaus beschäftigte sich diese Arbeit mit der Frage, ob HDIs die zytotoxische Wirkung von konventionellen Zytostatika wie Etoposid und Vincristin oder des Zelltod-induzierenden Zytokins TRAIL zu steigern vermögen. Die Kombination von HDIs mit Zytostatika resultierte in additiver Zytotoxizität. Die kombinierte Gabe von SAHA, NaB oder MS-275 mit TRAIL führte zu additiven Effekten in den als TRAIL-resistent beschriebenen SK-ES-1-Zellen, während in den WE-68-Zellen supraadditive Effekte zu verzeichnen waren. Weiterhin wurde deutlich, dass HDIs die Expression des proapoptotischen TRAIL-Rezeptors-2 nicht erhöhten, sondern vielmehr diese reduzierten. Mit Hilfe der spezifischen Caspase-8-Hemmung und dem Einsatz einer Caspase-8-defizienten Ewing-Sarkom-Zelllinie (CADO-ES-1) konnte gezeigt werden, dass die aktivierte Caspase-8 zwar für die TRAIL-induzierte Apoptose essentiell, aber für den HDI-induzierten apoptotischen Zelltod in Ewing-Sarkom-Zellen nicht notwendig ist. Diese Ergebnisse deuten zusammenfassend darauf hin, dass die HDIs durchaus als eine neue Behandlungsstrategie sowohl als Monotherapie als auch in der Kombination mit TRAIL oder Etoposid und Vincristin in Frage kommen könnten.
Das Prostatakarzinom ist in den westlichen Ländern der häufigste Krebs des Mannes und verantwortlich für einen beträchtlichen Teil der von Krebs verursachten Todesfälle. Es ist in fortgeschrittenen Stadien einer Zytostatikatherapie nur schwer zugänglich, neue Therapieansätze sind deshalb notwendig. In dieser Hinsicht ist „tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand“ (TRAIL) ein aussichtsreicher Kandidat, da er selektiv toxisch auf Tumorzellen wirkt. Allerdings entfaltet TRAIL allein in vielen Tumorzellen keine ausreichende Wirkung. Die Beeinflussung intrazellulärer Resistenzfaktoren zur Sensibilisierung der Tumorzellen ist hier ein vielversprechender Ansatzpunkt. In der vorliegenden Arbeit wird gezeigt, dass die spezifische Herabregulation der Proteinkinase C(eta); in PC3-Prostatakarzinomzellen durch chimäre Zweitgenerations-Antisense-Oligonukleotide die zytotoxischen Effekte von TRAIL signifikant verstärkt. Nach „Knock-down“ der PKC(eta); zeigt sich ein deutlicher Anstieg der TRAIL-induzierten Apoptose-typischen Veränderungen, wie Caspase 3-Aktivierung und nukleosomale DNA-Fragmentierung. Außerdem kommt es zur Verstärkung der TRAIL-induzierten Störung des mitochondrialen Membranpotentials und einer erhöhten Cytochrom c-Freisetzung, was dafür spricht, dass die PKC(eta); innerhalb des Apoptosesignalweges oberhalb der Mitochondrien wirksam ist. Die PKC(eta); kann in Bezug auf TRAIL somit als ein bedeutender Resistenzfaktor in Prostatakarzinomzellen angesehen werden und ist damit ein vielversprechender Angriffspunkt zur Verstärkung der antineoplastischen Effekte von TRAIL. Im weiteren werden in dieser Arbeit mit Bcl-2 und Bcl-xL zwei bekannte antiapoptotische Proteine mit der Fragestellung untersucht, ob sie als Resistenzfaktoren in der TRAIL-induzierten Apoptose von PC3-Prostatakarzinomzellen eine wichtige Funktion besitzen. Gegen die Erwartungen hat der „Knock-down“ von Bcl-2 jedoch keinerlei Auswirkungen auf den TRAIL-induzierten Zelltod. Anders Bcl-xL: dessen Herabregulation führt zu einer signifikanten Verstärkung der Störung der Mitochondrienfunktion, der Caspase 9- und 3-Aktivitäten und des apoptotischen Zelltodes nach TRAIL-Behandlung. Die beiden Proteine scheinen in Prostatakarzinomzellen also unterschiedliche Funktionen in Bezug auf den TRAIL-aktivierten Apoptoseweg zu haben, wobei Bcl-xL als vielversprechendes Zielmolekül zur Potenzierung der zytotoxischen Effekte von TRAIL genannt werden kann. Zusammengenommen legen diese Befunde nahe, dass PKC(eta); und Bcl-xL erfolgversprechende Zielmoleküle zur Verbesserung der Therapie des Prostatakarzinoms, vor allem im Hinblick auf eine mögliche therapeutische Anwendung von TRAIL, darstellen.