Deregulation von Zellzyklus und Apoptose als molekulare Grundlage der Therapieresistenz von Tumoren

Abstract

Die Störung von Apoptose-Signalwegen spielt eine zentrale Rolle sowohl bei der Tumorentstehung als auch bei der Entwicklung von Therapieresistenz in malignen Tumoren. Von besonderer Bedeutung für das Ansprechen auf zytotoxische Tumortherapien sind die Komponenten des mitochondrialen Apoptosesignalwegs und dessen übergeordneten Regulatoren. Durch die Analyse solch zentraler Regulatoren der Apoptose, wie den Mitgliedern der Bcl-2 Genfamilie, des p53- und des Rb-Signalwegs, konnten Patienten mit guter bzw. schlechter Prognose identifiziert werden. Hierbei zeigte sich, dass die kombinierte Analyse von einander nachgeschalteten Signalwegkomponenenten, wie z.B. p53 und Bax, der Analyse einzelner Markergene überlegen ist. Solche Signalweganalysen konnten bei akuten und chronischen Leukämien, Kolon-, Ösophagus-, und Mammakarzinomen erfolgreich durchgeführt werden. Neben diesen deskriptiven genetischen Analysen an Tumorproben ermöglichte die funktionelle Manipulation dieser Signalwege die Sensibilisierung von Tumorzellen für Chemo-, Radio- und auch biologische Therapien. Mittels nicht-viraler, retro- und adenoviraler Gentransfervektoren wurden Regulatoren der Apoptose, wie z.B. Apoptose-fördernde Mitglieder der Bcl-2 Genfamilie, das Tumorsuppressorgen p14ARF oder auch Procaspase-3 in Tumorzellen eingebracht, um Resistenzen zu überwinden bzw. um direkt Zelltodsignalwege in den malignen Zellen zu aktivieren. Signalweganalysen sowohl in primärem Tumorgewebe von Patienten als auch in Zellinienmodellen identifizierten die hierfür notwendigen Komponenten der betreffenden Signalwege. Von besonderem Interesse war hierbei, dass durch die genetische Manipulation von Apoptose- und Zellzyklus-Regulation Signaldefekte in resistenten Tumoren umgangen und überwunden wurden. Dies könnte in Zukunft als mögliche Basis für neue, molekulare Therapieansätze in der Tumortherapie dienen.

Disruption of apoptosis signaling pathways plays a key role in both tumorigenesis and the development of resistant phenotypes in malignant tumors. Components of the mitochondrial apoptosis signaling pathway and its upstream regulators are of special importance regarding the response to cytotoxic anticancer therapies. The analysis of such central regulators, e.g. members of the Bcl-2 gene family, or the p53 and Rb pathways, identifies patients with good or poor prognosis. In this context, the combined analysis of consecutively involved signaling components, e.g. p53 and Bax, was shown to be superior as compared with analysis of single marker genes. Such signaling pathway analyses were successfully performed in acute and chronic leukemia, colon, esophageal and breast carcinoma. Apart from these descriptive genetic analyses in tumor specimen, the functional manipulation of these signaling events permitted to sensitize tumor cells for chemotherapy and irradiation as well as biological therapeutic modalities. To overcome resistance or to directly promote cell death signaling in the malignant cells, apoptosis regulators such as apoptosis promoting Bcl-2 homologs, the p14ARF tumor suppressor gene or procaspase-3 were introduced in cancer cells by means of non-viral, retro- and adenoviral gene transfer vectors. Analysis of signaling pathways identified the critical components in the respective model system. Interestingly, the genetic manipulation of cell cycle and apoptosis components was capable to circumvent signaling defects in resistant tumors and to overcome resistance to therapy. Such strategies could therefore serve as basis for novel, molecular therapeutic strategies in future cancer therapy.