Strahlensensibilisierung von Tumorstammzellen des Brustkrebses

Abstract

Tumorstammzellen (TSZ) sind eine mögliche Ursache für das Versagen von Bestrahlung im Rahmen der Tumortherapie. Ihre erhöhte Strahlenresistenz wird hauptsächlich auf eine verstärkte Aktivierung der DNA-Schadensantwort und - Reparatur zurückgeführt. Unklar ist, durch welche Inhibitoren der DNA- Schadensantwort TSZ des Brustkrebses sensibilisiert werden können und welchen Einfluss die Beeinträchtigung von DNA-Replikationsprozessen für diese Sensibilisierung hat. Zur Untersuchung dieser Fragestellung wurde in dieser Arbeit ein bereits etabliertes Zellsystem, bestehend aus zwei Brustkrebszelllinien, daraus hergestellten strahlenresistenten Klonen mit stark erhöhtem TSZ-Anteil und daraus isolierten, ALDH1-positiven TSZ eingesetzt. Um strahlenresistenzvermittelnde Signalwege der DNA-Schadensantwort und DNA-Reparaturwege in TSZ des Mammakarzinoms zu identifizieren, wurden diese in einem ersten Schritt inhibiert und die Auswirkungen auf die Strahlenempfindlichkeit anhand des zellulären Überlebens überprüft. Insgesamt zeigten die Daten der vorliegenden Arbeit hierbei, dass die strahlenresistenten Klone mit erhöhtem TSZ-Anteil effektiv mit Olaparib gegen Bestrahlung sensitiviert werden konnten. Darüber hinaus wiesen die Experimente darauf hin, dass auch die Funktionalität des ATR-CHK1- Signalweges für TSZ des Mammakarzinoms von besonderer Bedeutung ist. Die Inhibition von ATM und DNAPKcs führten ebenfalls zu einer signifikanten Strahlensensibilisierung der Zellen mit erhöhtem TSZ-Anteil, sind allerdings unter therapeutischen Gesichtspunkten wegen ihrer Auswirkungen auf das nicht-proliferierende Normalgewebe weniger geeignet als PARPi und ATRi, die nur replizierende Zellen betreffen. Die Ergebnisse zeigten weiterhin eine Korrelation zwischen Strahlenresistenz und TSZ-Anteil. Im zweiten Schritt wurden für die effektivsten Inhibitoren die molekularen Mechanismen der Strahlensensibilisierung durch Untersuchungen von DNA-Replikationsprozessen mittels DNA-Fiber Assay untersucht. Die Ergebnisse legten hierbei nahe, dass: Je höher der Anteil an TSZ, desto geringer waren die Auswirkungen auf DNA- Replikationsprozesse nach der Bestrahlung. Für die Inhibition von PARP konnte in beiden verwendeten Zelllinien beobachtet werden, dass sich sowohl die Wildtypen als auch alle Subpopulationen für Bestrahlung sensibilisieren ließen. Nach Inhibition von ATR ließen sich besonders die Zelllinien, deren Anteil an TSZ hoch ist, für Bestrahlung sensitivieren. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen mögliche neue Therapeutika auf, die das Potenzial haben, die (Re-) Sensibilisierung der Tumorzellen für Bestrahlung zu bewirken. Eine Effektivitätssteigerung der Strahlentherapie könnte die klinischen Ergebnisse bei Brustkrebspatientinnen verbessern, indem sie die Strahlenresistenz von Brustkrebs TSZ überwindet.