Targeting DNA damage response via miRNAs to enhance radiosensitivity

Abstract

Die Radiotherapie ist eine effektive Behandlung maligner Tumorerkrankungen, deren Einsatz jedoch durch drei Hauptfaktoren limitiert wird zum Beispiel: Das Ansprechen eines Tumors auf die Bestrahlung ist individuell und u.a. abhängig von der DNA Reparaturkapazität eines Tumors. Durch eine gezielte Dysregulation der DNA damage response kann eine Radiosensibilisierung von Tumoren in vitro induziert werden. Dies gelingt z.B. durch Inhibition der ATM, einem Schlüsselenzym der Doppelstrangbruchreparatur. Ein Knockdown von Zielgenen kann in vitro durch microRNAs erfolgen. Die mRNA der ATM wird bekanntermaßen durch die microRNAs miR-18a, miR-100, miR-101a und miR-421 targetiert und die Translation und damit die Genexpression reduziert. In diesem Forschungsprojekt liegt das Ziel darin, die synergistische Wirkung von Targeting-ATM durch Verwendung von vier endogenen miRNAs (miR-18a, miR-100-5p, miR-101-3p und miR-421) oder drei künstlichen miRNAs auf Strahlungsempfindlichkeit in der Prostatakrebs-Zelllinie (PC3) und in Brustkrebszelllinien (MCF-7 und MDA-MB-468-Zellen) zu untersuchen. In diesem Forschunsprojekt, Targeting-ATM durch einem ATM-Inhibitor, KU55933, siRNAs resultiert in einem ATM-defizienten Phänotyp von Beeinträchtigung Doppelstrangbruch (DSB) Reparatur, die durch eine erhöhte Anzahl der γH2AX nach 2Gy, und wichtig ist eine verbesserte Strahlungsempfindlichkeit. Außerdem Targeting-ATM mit einem Vektor, der eine Kombination aus vier endogenen miRNAs (pmiRNAs-4X) oder die drei künstlichen miRNAs (pmiRNAs-3X) in den Prostata Krebs-Zelllinie oder in die Brust Krebs-Zellinien, zeigte eine effiziente Herunterregulieren der Expression von ATM und die verstärkten Strahlungsempfindlichkeiten. Im Ergebnis zeigt die Studie, dass eine kombinierte miRNA zu effizienten Knockdown ATM führt, und außerdem die Strahlenempfindlichkeit von verschiedenen Krebszelllinien verbessert. Diese Ergebnisse haben erhebliche Auswirkungen auf die zukünftigen Behandlungsstrategien von Krebs.

Tumor cells use a different signaling pathways to repair damage and prevent the cytotoxic effects of anticancer agents. specific targeting of these signaling pathways enhance tumor radiosensitivity is of urgent need. Ionizing radiation (IR) is considered as a main anticancer therapy which induce a lot of cytotoxic events such as double-strand breaks (DSBs). the efficiency of radiotherapy is basically depending on several aspects. One of these aspects is the activation of DNA damage response (DDR). Ataxia-telangiectasia mutated (ATM) kinase is the main orchestrator of the DDR after IR. As consequence, the knockdown of ATM may confer extraordinary radiosensitization effect. In the current study, we aim to investigate the synergistic effect of using vector expressing either four endogenous (miR-18a, miR-100-5p, miR-101-3p and miR-421) or the three artificial miRNAs in combination in order to knockdown ATM expression in breast cancer cell lines (MCF7 and MDA-MB-468) and the prostate cancer cell line (PC3). In this study, ATM was targeted using ATM inhibitor, KU55933, siRNAs which lead to increased number of DSBs as shown by higher number of DSBs and high radiosensitivity. Interestingly, Cells harboring either the three artificial miRNAs or the four endogenous miRNAs showed an efficient downregulation in the expression of ATM and enhanced radiosensitivity. In conclusion, the study showed a combined miRNA strategy to target ATM resulted in an additive effect in vitro and enhanced radiosensitivity.