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Einfluss lysosomaler Cysteinproteasen auf proliferative Signalwege und Apoptosemechanismen in Prostatakarzinomzellen
Einfluss lysosomaler Cysteinproteasen auf proliferative Signalwege und Apoptosemechanismen in Prostatakarzinomzellen
Prostatakrebs ist mit einer Zahl von etwa 63.700 Neuerkrankungen pro Jahr die häufigste Krebsart bei Männern in Deutschland (Robert-Koch-Institut (RKI), 2012). Obwohl es dank zahlreicher Forschungen ein breites Spektrum an Therapieoptionen gibt, ist dieser Tumor mit etwa 13.000 Sterbefällen pro Jahr die dritthäufigste Krebstodesursache bei Männern in Deutschland (RKI, 2012). Deshalb ist es von großer Bedeutung, weiterhin auf diesem Gebiet zu forschen und neue Zusammenhänge und Therapieoptionen zu entdecken. Es ist bereits seit längerem bekannt, dass Proteasen wichtige Funktionen für Tumoren ausüben. Hauptsächlich verleihen sie den Tumorzellen durch Abbau der extrazellulären Matrix die Möglichkeit zur Invasion und Metastasierung. Doch in den letzten Jahren kristallisierten sich noch viele weitere Funktionen heraus, durch die Proteasen die Tumorprogression fördern. Cathepsine sind eine Gruppe von Cysteinproteasen, die physiologischerweise in den Lysosomen der Zellen vorkommen und dort hauptsächlich Proteine abbauen. In zahlreichen Tumoren werden Cathepsine überexprimiert, z.B. in Magenkrebs, Brustkrebs, Hirntumoren und Prostatakrebs. In Prostatakarzinomen sind vor allem die Cathepsine X, B, L und K im Vergleich zu gesundem Prostatagewebe stark überexprimiert. Ihre genauen Funktionen sind jedoch noch nicht komplett geklärt. Die Downregulation von Cathepsin X führte in Prostatakarzinomzellen zu verringerter Invasionsfähigkeit, doch die Cathepsine scheinen noch weitere wichtige Funktionen für die Tumorfortschreitung zu übernehmen, die in dieser Arbeit genauer untersucht werden sollten. Die Proliferation der Prostatakarzinomzellen wurde durch die siRNA-vermittelte Downregulation der Cathepsine X, B, L oder K nicht beeinträchtigt. Bei Behandlung mit dem zellgängigen Cysteinproteaseinhibitor CA-074-Me, der spezifisch Cathepsin B hemmt, war die Proliferationsrate jedoch nach 4 Tagen um ca. 60-80 % signifikant reduziert. In vorherigen Experimenten mit Fibroblasten, in denen Cathepsin X durch RNA-Interferenz herabreguliert worden war, fiel ein seneszenter Phänotyp der Zellen auf. Die Fibroblasten waren in ihrer Morphologie vergrößert und abgeflacht, traten aus dem Zellzyklus aus und exprimierten typische Seneszenzmarker wie Beta-Galaktosidase. Deshalb wurde die Hypothese aufgestellt, dass in Prostatakrebszellen durch Downregulation von Cathepsin X oder auch den Cathepsinen B, L und K der gleiche Effekt hervorgerufen werden könnte, durch den die Tumorzellen in Seneszenz übergehen würden. Doch in beiden getesteten Prostatakarzinomzelllinien führte die Defizienz der Cathepsine X, B, L oder K nicht zu einem seneszenten Phänotyp. Sie wuchsen normal weiter, wiesen keine morphologischen Veränderungen auf und zeigten keinen Anstieg von Seneszenzmarkern. Stattdessen fiel bei den Cathepsin-defizienten Prostatakrebszellen in verschiedenen Apoptoseexperimenten eine erhöhte Tendenz zur Apoptoseinduktion auf. Zudem zeigten sich einige Apoptoseproteine der Bcl-2-Familie in ihrer Expression sowohl auf mRNA- als auch auf Proteinebene verändert. Auch bei Behandlung der Prostatakarzinomzellen mit Cysteinproteaseinhibitoren zur Hemmung der Cathepsine auf Proteinebene war eine erhöhte Apoptoserate feststellbar. Der Signalweg, über den der Knockdown bzw. die Hemmung der Cathepsine zu einer verstärkten Apoptose in Prostatakarzinomzellen führen könnte, ist noch nicht komplett geklärt, aber es finden sich Hinweise, dass der IGF (Insulin-like Growth Factor)-Signalweg beteiligt sein könnte, der in sehr vielen Tumoren eine wichtige Rolle für das Wachstum spielt. Die Aktivierung des IGF-I-Rezeptors induziert über die Downstream-Moleküle Mitogen-aktivierte Proteinkinase (MAPK) und Phosphatidylinositol-3-Kinase (PI3K) erhöhte Zellproliferation und verminderte Apoptose der Zelle. In den Prostatakarzinomzellen mit siRNA-vermittelter Downregulation von Cathepsinen war der IGF-I-Rezeptor verstärkt exprimiert und die Aktivierung des Rezeptors leicht reduziert. Die meisten bisherigen Krebsmedikamente zielen in ihrer Wirkung auf die Auslösung von Apoptose in den Tumorzellen ab, doch häufig entwickeln die Krebszellen durch verschiedene Mechanismen Resistenzen gegen die Apoptoseinduktion. Die Erkenntnisse dieser Arbeit und weitere Untersuchungen der molekularen Grundlagen sollen langfristig die Bewertung der Cathepsine als Zielparameter zur Bekämpfung der Therapieresistenz fortgeschrittener Prostatakarzinome ermöglichen.
Cathepsin, Apoptose, Prostatakarzinom
Dyckhoff, Susanne
2017
German
Universitätsbibliothek der Ludwig-Maximilians-Universität München
Dyckhoff, Susanne (2017): Einfluss lysosomaler Cysteinproteasen auf proliferative Signalwege und Apoptosemechanismen in Prostatakarzinomzellen. Dissertation, LMU München: Faculty of Medicine
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Abstract

Prostatakrebs ist mit einer Zahl von etwa 63.700 Neuerkrankungen pro Jahr die häufigste Krebsart bei Männern in Deutschland (Robert-Koch-Institut (RKI), 2012). Obwohl es dank zahlreicher Forschungen ein breites Spektrum an Therapieoptionen gibt, ist dieser Tumor mit etwa 13.000 Sterbefällen pro Jahr die dritthäufigste Krebstodesursache bei Männern in Deutschland (RKI, 2012). Deshalb ist es von großer Bedeutung, weiterhin auf diesem Gebiet zu forschen und neue Zusammenhänge und Therapieoptionen zu entdecken. Es ist bereits seit längerem bekannt, dass Proteasen wichtige Funktionen für Tumoren ausüben. Hauptsächlich verleihen sie den Tumorzellen durch Abbau der extrazellulären Matrix die Möglichkeit zur Invasion und Metastasierung. Doch in den letzten Jahren kristallisierten sich noch viele weitere Funktionen heraus, durch die Proteasen die Tumorprogression fördern. Cathepsine sind eine Gruppe von Cysteinproteasen, die physiologischerweise in den Lysosomen der Zellen vorkommen und dort hauptsächlich Proteine abbauen. In zahlreichen Tumoren werden Cathepsine überexprimiert, z.B. in Magenkrebs, Brustkrebs, Hirntumoren und Prostatakrebs. In Prostatakarzinomen sind vor allem die Cathepsine X, B, L und K im Vergleich zu gesundem Prostatagewebe stark überexprimiert. Ihre genauen Funktionen sind jedoch noch nicht komplett geklärt. Die Downregulation von Cathepsin X führte in Prostatakarzinomzellen zu verringerter Invasionsfähigkeit, doch die Cathepsine scheinen noch weitere wichtige Funktionen für die Tumorfortschreitung zu übernehmen, die in dieser Arbeit genauer untersucht werden sollten. Die Proliferation der Prostatakarzinomzellen wurde durch die siRNA-vermittelte Downregulation der Cathepsine X, B, L oder K nicht beeinträchtigt. Bei Behandlung mit dem zellgängigen Cysteinproteaseinhibitor CA-074-Me, der spezifisch Cathepsin B hemmt, war die Proliferationsrate jedoch nach 4 Tagen um ca. 60-80 % signifikant reduziert. In vorherigen Experimenten mit Fibroblasten, in denen Cathepsin X durch RNA-Interferenz herabreguliert worden war, fiel ein seneszenter Phänotyp der Zellen auf. Die Fibroblasten waren in ihrer Morphologie vergrößert und abgeflacht, traten aus dem Zellzyklus aus und exprimierten typische Seneszenzmarker wie Beta-Galaktosidase. Deshalb wurde die Hypothese aufgestellt, dass in Prostatakrebszellen durch Downregulation von Cathepsin X oder auch den Cathepsinen B, L und K der gleiche Effekt hervorgerufen werden könnte, durch den die Tumorzellen in Seneszenz übergehen würden. Doch in beiden getesteten Prostatakarzinomzelllinien führte die Defizienz der Cathepsine X, B, L oder K nicht zu einem seneszenten Phänotyp. Sie wuchsen normal weiter, wiesen keine morphologischen Veränderungen auf und zeigten keinen Anstieg von Seneszenzmarkern. Stattdessen fiel bei den Cathepsin-defizienten Prostatakrebszellen in verschiedenen Apoptoseexperimenten eine erhöhte Tendenz zur Apoptoseinduktion auf. Zudem zeigten sich einige Apoptoseproteine der Bcl-2-Familie in ihrer Expression sowohl auf mRNA- als auch auf Proteinebene verändert. Auch bei Behandlung der Prostatakarzinomzellen mit Cysteinproteaseinhibitoren zur Hemmung der Cathepsine auf Proteinebene war eine erhöhte Apoptoserate feststellbar. Der Signalweg, über den der Knockdown bzw. die Hemmung der Cathepsine zu einer verstärkten Apoptose in Prostatakarzinomzellen führen könnte, ist noch nicht komplett geklärt, aber es finden sich Hinweise, dass der IGF (Insulin-like Growth Factor)-Signalweg beteiligt sein könnte, der in sehr vielen Tumoren eine wichtige Rolle für das Wachstum spielt. Die Aktivierung des IGF-I-Rezeptors induziert über die Downstream-Moleküle Mitogen-aktivierte Proteinkinase (MAPK) und Phosphatidylinositol-3-Kinase (PI3K) erhöhte Zellproliferation und verminderte Apoptose der Zelle. In den Prostatakarzinomzellen mit siRNA-vermittelter Downregulation von Cathepsinen war der IGF-I-Rezeptor verstärkt exprimiert und die Aktivierung des Rezeptors leicht reduziert. Die meisten bisherigen Krebsmedikamente zielen in ihrer Wirkung auf die Auslösung von Apoptose in den Tumorzellen ab, doch häufig entwickeln die Krebszellen durch verschiedene Mechanismen Resistenzen gegen die Apoptoseinduktion. Die Erkenntnisse dieser Arbeit und weitere Untersuchungen der molekularen Grundlagen sollen langfristig die Bewertung der Cathepsine als Zielparameter zur Bekämpfung der Therapieresistenz fortgeschrittener Prostatakarzinome ermöglichen.