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Sujeva, Valentina (2013): Zielgerichtete Inhibition des Akt-mTOR-Signalweges unter Hitzeschock und Doxorubicin-Behandlungen in humanen Sarkomzellen in vitro. Dissertation, LMU München: Medizinische Fakultät
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Abstract

Sarkome stellen eine heterogene Gruppe von mesenchymalen Tumoren mit einem teilweise aggressiven klinischen Verlauf dar. Die biomedizinische Forschung untersucht molekulare Mechanismen, um durch eine gezielte Pharmaka-Modulierung die Effizienz klassischer Behandlungsmethoden zu steigern. Ein vielversprechendes therapeutisches Verfahren basiert auf der Anwendung der Hyperthermie in Kombination mit einer Standardchemotherapie. Die biologischen Auswirkungen der Hyperthermie auf intrazelluläre Prozesse, wie z.B. Signaltransduktionskaskaden, Reparaturmechanismen und Apoptosewege sind bislang nur teilweise erforscht. In der Arbeit wurde die Auswirkung eines Hitzeschocks auf den anti-apoptotischen Akt-mTOR-Signaltransduktionsweg und dessen Bedeutung für die Vitalität der mit Hitze- oder Thermo-Chemotherapie behandelten Krebszellen in vitro untersucht. Anhand der in unterschiedlichen Sarkomzelllinien durchgeführten Analysen konnte festgestellt werden, dass eine Hitzeexposition bei einer klinisch relevanten Temperatur von 41,8°C eine starke Phosphorylierung der Kinasen Akt, mTOR und p70/p85 S6K induziert. Die zeitgleich beobachtete Erhöhung der HSP70-Expression unter einem Hitzeschock deutet auf eine adäquate Antwort der Zellen auf Hitzeschock hin. Die Aktivierung des Akt-mTOR-Signalweges sowie die Induktion von HSP70 wirken anti-apoptotisch. Eine Unterdrückung von PTEN und die resultierende Hyperaktivierung von Akt führten zu einer gesteigerten Proliferation der Zellen. Durch die Hyperaktivierung von Akt konnte die Vitatlität und Koloniebildungsfähigkeit der Zellen nach einem Hitzeschock verbessert werden, was durch Perifosin wiederum unterdrückt werden konnte. Die Anwendung des Akt-Inhibitors Perifosin hat einen stark reduzierenden Effekt auf die konstitutive und Hitzeschock-bedingte Phosphorylierung der Akt-Kinase und ihrer downstream targets. So vermindert Perifosin die Vitalität und das klonogene Überleben von Sarkomzellen, die einem Hitzeschock ausgesetzt wurden. Eine Analyse hinsichtlich des Akt-mTOR-Signalweges in vitro zeigt, dass auch Doxorubicin bei 37°C die Aktivierung der Signalkaskade auslöst. Zusätzlich wird durch Doxorubicin die PARP-Expression verstärkt. Die Kombinationsbehandlung von Sarkomzellen mit Doxorubicin und Perifosin zeigt einen reduzierenden Effekt auf die Akt-Phosphorylierung, sowie die Induktion der PARP-Expression und sensitiviert die Sarkomzellen gegenüber einem Hitzeschock. Darüber hinaus konnte Perifosin die relative Resistenz den Osteosarkom MG63-Zellen und den Fibrosarkom HT1080-Zellen gegenüber Doxorubicin verringern. In Akt-KD-Experimenten konnte dabei gezeigt werden, dass der Effekt von Perifosin spezifisch der Akt-Inhibition zugeschrieben werden kann. Sowohl ein Akt-KD als auch Perifosin führt zu einer Unterdrückung der Phosphorylierung von mTOR und p70/p85 S6K, zu einer Verminderung der Hitze-bedingten HSP70-Induktion und zur Induktion der Apoptose. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass Akt eine wichtige Rolle in dem intrazellulären Schutzmechanismus und Überleben der dem Hitzeschock ausgesetzten Zellen spielt. Sie deuten auf eine wichtige Rolle des Akt-mTOR-Signalweges bezüglich der Überlebensfähigkeit der Zellen während eines Hitzeschocks hin.