Zelltodkontrolle nach mitotischem Arrest

Mitglieder der BCL2 Protein Familie sind zentrale Regulatoren des programmierten Zelltods und bei Krebs oft in ihrer Funktion beeinträchtigt. Erhöhte Spiegel von BCL2, oder eines seiner Artverwandten, wie MCL1, kann die Entstehung von Krebs erleichtern und in weiterer Folge auch die Effizienz von Chemotherapie stark mindern. Diese Beobachtungen führten zur Entwicklung von BCL2-Inhibitoren die in letzter Zeit vielversprechende Erfolge in frühen klinischen Studien erzielt haben. Chemotherapeutika welche die Ausbildung des Zellskeletts hemmen, wie zum Beispiel Taxol (Wirkstoff aus der Eibe) oder Vinca-Alkaloide (gewonnen aus Hundsgiftgewächsen) sind hingegen seit vielen Jahren in der Tumortherapie im Einsatz. Aufgrund der starken Nebenwirkungen und häufiger Therapieresistenz bedürfen diese Therapieformen jedoch dringend Optimierung. Diese auch als Anti-Mitotische-Agenzien (AMA) bekannten Substanzen hemmen die normale Zellteilung und führen dabei in der Regel, über schlecht verstandene Mechanismen, zum Tod der Tumorzelle. Zellen, die mit AMAs behandelt werden verbleiben eine unnatürlich lange Zeit im Zellzyklus stecken was mit einem Abbau von MCL1 einhergeht. Dies scheint ein entscheidender Schritt vor der Auslösung des Zelltods in der Tumorzelle zu sein. Wir konnten zeigen, dass ein entfernt verwandtes Mitglied der BCL2 Familie, NOXA, bei diesem Prozess essentiell ist. Obwohl der Abbau von MCL1 ein bekanntes Phänomen bei verschiedenen Formen des programmierten Zelltods ist sind die dahinter liegenden Mechanismen weitgehend unklar. Unklar ist zum gegebenen Zeitpunkt auch ob NOXA oder NOXA-vermittelter MCL1 Abbau als potentieller Biomarker für das Ansprechen von Patienten auf gewisse Therapien geeignet wäre. Wir schlagen daher hier ein Projekt vor, welches darauf abzielt den Mechanismus von NOXA-vermittelter MCL1 Degradation zu entschlüsseln und die Relevanz dieser Proteine als Biomarker für d i e Therapie bei Brustkrebs zu überprüfen, mit dem Ziel (i) besser geeignete Formen der Krebstherapie mit weniger Nebenwirkungen und (ii) ein neues Instrument zur Vorhersage von Therapieerfolgen nach AMA-Behandlung zu entwickeln. Dabei planen wir eine Reihe von Brustkrebs-Zelllinien zu verwenden um die Bedeutung der NOXA_MCL1 Achse für das Ansprechen auf Taxol, alleine, oder in Kombination mit BCL2 Inhibitoren zu untersuchen. Weiterhin planen wir die Proteine zu identifizieren, die den NOXA-vermittelten MCL1 Abbau kontrollieren und deren Auswirkung auf das Therapieansprechen in zu testen. Schlussendlich soll mittels bioinformatischer Analysen und der Untersuchung von primären Patientenproben abgeklärt werden, ob die Expression von NOXA, MCL1 oder deren hier identifizierten Regulatoren der Proteinstabilität als prognostische Biomarker dienen können, um das Ansprechen auf diese Form der Therapie besser vorhersagen zu können. In Summe erhoffen wir uns neue Information darüber wie AMAs Zelltod auslösen, ob die Kombination mit BCL2 Inhibitoren deren Nebenwirkungen lindern und deren Effizienz gleichzeitig steigern kann und ob die Spiegel von NOXA und MCL1, beziehungsweise deren Regulatoren, eine Vorhersage über die Wirksamkeit dieser AMA- basierter Therapie bei Brustkrebs erlauben.

Spindelgifte sind natürlich vorkommende pflanzliche Substanzen, wie Taxol und dessen Derivate, die zur Bekämpfung von Krebs seit mehr als 30 Jahren erfolgreich verwendet werden indem sie mit der Zellteilung interferieren. Wie diese Substanzen Zelltod in Brustkrebszellen auslösen war jedoch nur unzulänglich untersucht und verstanden. Unsere früheren Arbeiten konnten bereits zeigen, dass eine Gruppe von Proteinen welche der BCL2 Familie zuzuordnen sind hierbei eine wichtige Rolle spielen. Zelltod-verhindernde Proteine aus dieser Familie werden dabei in Krebszellen nach Behandlung mit Spindelgiften entweder eliminiert oder neutralisiert. Dieser Prozess wird durch zwei Zelltod-fördernde Protein, NOXA und BIM genannt, vorangetrieben. NOXA kann dabei an einen Hemmer von Zelltod, MCL1, binden und dieses Protein mit sich selbst in den Abgrund ziehen, was durch gemeinsamen Abbau beider Eiweißmoleküle erreicht wird. Um diesen Prozess auszulösen ist jedoch noch zumindest ein weiteres Protein wichtig. MARCH5, welches NOXA/MCL1 Komplexe markiert und in weiterer Folge deren Abbau bewirkt wurde von uns als entscheidender Regulator identifiziert. Diese Prozess ist auch für die Wirkung von Spindelgiften in Brustkrebszellen wichtig und erlaubt neue Ansätze zur Sensibilisierung diese Tumore gegenüber neuen Chemotherapeutika, wie BCLX oder BCL2 Inhibitoren. Auffällig war dabei auch die Tatsache, dass eine besonders hartnäckige und schwer zu behandelnde Form von Brustkrebs, Triple-negativ genannt, besonders therapieresistent gegenüber Taxol in Abwesenheit von NOXA in verschiedenen Modellsystemen war. Unsere Untersuchungen an primären Patientenproben konnten in weiterer Folge eine direkte Korrelation zwischen dem Niveau von NOXA in Brustkrebszellen und dem Überleben dieser Patienten herstellen. Dabei waren hohe Spiegel mit einer guten Prognose und längerem Überleben, besonders bei Patienten, die mit Spindelgiften behandelt wurden, zu beobachten. Diese Resistenz könnte durch Hemmung von BCLX oder MARCH5 überbrückt werden. In Zusammenschau konnte im Zuge dieses Projekts einerseits der Wirkmechanismus von Spindelgiften besser durchleuchtet werden, andererseits wurden neue Möglichkeiten zu besseren Kombinationstherapien aufgedeckt und ein bisher nicht bekannter prognostischer Marker identifiziert, der das Ansprechen von Brustkrebspatientinnen auf Spindelgifte und deren besseres Überleben präziser vorhersagen kann. Es steht zu hoffen, dass von dieser Möglichkeit der verbesserten Prognose und Kombinationstherapie in Zukunft auch in der klinischen Routine Gebrauch gemacht werden wird.