Einfluss von Arsentrioxid und L-S-Buthionin-Sulfoximin auf Neuroblastomzellen in vitro

Abstract

HINTERGRUND: Arsentrioxid induziert die klinische Remission bei akuter Promyelozytenleukämie (APL) durch die intrazelluläre Bildung von Oxyradikalen (ROS = reactive oxygen spezies). Da katecholaminproduzierende Neuroblastomzellen während der Katecholaminsynthese schon von vorn herein hohen Oxyradikalkonzentrationen ausgesetzt sind, ist bei diesen Zellen eine im Vergleich zu anderen malignen Zellen höhere Empfindlichkeit für Arsentrioxid zu erwarten. Außerdem kann vermutet werden, dass die Empfindlichkeit verschiedener Tumorzellen für Arsentrioxid umgekehrt mit deren antioxidativer Kapazität korreliert. Diese Hypothese wurde durch die folgenden Ergebnisse bestätigt. ERGEBNISSE: Das Wachstum der Neuroblastom-Zell-Linien LA-N-1, LA-N-5, SH-SY5Y und HSJD konnte durch Arsentrioxid in Konzentrationen, die mit klinisch erreichbaren Serumspiegeln bei APL-Patienten vergleichbar sind, deutlich gehemmt werden (ID 50: 2,8 µM, 4,0 µM, 5,3 µM und 5,0 µM respektive). Der wachstumshemmende Effekt korrelierte umgekehrt mit dem intrazellulären Gehalt an Glutathion, einem entscheidenden intrazellulären Antioxidanz. Im Gegensatz dazu waren die Mammakarzinom-Zell-Linie MDA-MB-231 und die Zell-Linie eines hepatozellulären Karzinoms Hep G2 hoch resistent gegen Arsentrioxid (ID 50: 10,0 µM, 8,0 µM respektive). BSO – ein spezifischer Inhibitor der Glutathionsynthese – konnte diese Resistenz komplett aufheben. SCHLUSSFOLGERUNG: Wir zeigten (a), dass Arsentrioxid aufgrund seiner ROS-bildenden Aktivität ein viel versprechendes neues Medikament zur Behandlung des Neuroblastoms sein könnte und (b), BSO ein potenter Chemosensitizer für maligne Zellen mit immanenter glutathionbedingter Resistenz gegen ROS-bildende Medikamente wie Arsentrioxid ist.

BACKGROUND: Arsenic trioxide induces clinical remission in acute promyelocytic leukemia (APL) by the generation of intracellular reactive oxygen species (ROS). As neuroblastoma cells are already exposed to high levels of ROS during the synthesis of catecholamines a higher sensitivity of neuroblastoma cells for arsenic trioxide may be expected compared with other malignant cells. Moreover, it may be assumed that the sensitivity of different tumor cells for arsenic trioxide is inversely correlated with their radical scavenging capacity. This hypothesis has been confirmed by the following. RESULTS: Proliferation of the neuroblastoma cell lines LA-N-1, LA-N-5, SH-SY5Y and HSJD could be inhibited by arsenic trioxide concentrations, which are comparable with tolerable serum levels in APL-patients (50 % inhibitory concentration (ID 50): 2,8 µM, 4,0 µM, 5,3 µM and 5,0 µM respectively). The antiproliferative effect of arsenic trioxide did inversely correlate with the intracellular concentration of glutathione (GSH), which is the main ROS-scavenger. In contrast the breast carcinoma MDA-MB-231 and the hepatocellular carcinoma cell line Hep-G2 have been highly resistant against arsenic trioxide (ID 50: 10,0 µM, 8,0 µM resp.). This resistance could be completely reversed by buthionine sulfoximine which is a potent inhibitor of GSH-synthesis. CONCLUSION: We showed (a) that arsenic trioxide may be a promising new agent for neuroblastoma therapy due to its ROS-generating activity and (b) that buthionine sulfoximine is a potent chemosensitizer of malignant cells with GSH-mediated innate resistance against ROS-generating agents like arsenic trioxide.