Zielgerichtete Inhibition des Akt-mTOR-Signalweges unter Hitzeschock und Doxorubicin-Behandlungen in humanen Sarkomzellen in vitro

Sarkome stellen eine heterogene Gruppe von mesenchymalen Tumoren
mit einem teilweise aggressiven klinischen Verlauf dar. Die
biomedizinische Forschung untersucht molekulare Mechanismen, um
durch eine gezielte Pharmaka-Modulierung die Effizienz klassischer
Behandlungsmethoden zu steigern. Ein vielversprechendes
therapeutisches Verfahren basiert auf der Anwendung der
Hyperthermie in Kombination mit einer Standardchemotherapie. Die
biologischen Auswirkungen der Hyperthermie auf intrazelluläre
Prozesse, wie z.B. Signaltransduktionskaskaden,
Reparaturmechanismen und Apoptosewege sind bislang nur teilweise
erforscht. In der Arbeit wurde die Auswirkung eines Hitzeschocks
auf den anti-apoptotischen Akt-mTOR-Signaltransduktionsweg und
dessen Bedeutung für die Vitalität der mit Hitze- oder
Thermo-Chemotherapie behandelten Krebszellen in vitro untersucht.
Anhand der in unterschiedlichen Sarkomzelllinien durchgeführten
Analysen konnte festgestellt werden, dass eine Hitzeexposition bei
einer klinisch relevanten Temperatur von 41,8°C eine starke
Phosphorylierung der Kinasen Akt, mTOR und p70/p85 S6K induziert.
Die zeitgleich beobachtete Erhöhung der HSP70-Expression unter
einem Hitzeschock deutet auf eine adäquate Antwort der Zellen auf
Hitzeschock hin. Die Aktivierung des Akt-mTOR-Signalweges sowie die
Induktion von HSP70 wirken anti-apoptotisch. Eine Unterdrückung von
PTEN und die resultierende Hyperaktivierung von Akt führten zu
einer gesteigerten Proliferation der Zellen. Durch die
Hyperaktivierung von Akt konnte die Vitatlität und
Koloniebildungsfähigkeit der Zellen nach einem Hitzeschock
verbessert werden, was durch Perifosin wiederum unterdrückt werden
konnte. Die Anwendung des Akt-Inhibitors Perifosin hat einen stark
reduzierenden Effekt auf die konstitutive und Hitzeschock-bedingte
Phosphorylierung der Akt-Kinase und ihrer downstream targets. So
vermindert Perifosin die Vitalität und das klonogene Überleben von
Sarkomzellen, die einem Hitzeschock ausgesetzt wurden. Eine Analyse
hinsichtlich des Akt-mTOR-Signalweges in vitro zeigt, dass auch
Doxorubicin bei 37°C die Aktivierung der Signalkaskade auslöst.
Zusätzlich wird durch Doxorubicin die PARP-Expression verstärkt.
Die Kombinationsbehandlung von Sarkomzellen mit Doxorubicin und
Perifosin zeigt einen reduzierenden Effekt auf die
Akt-Phosphorylierung, sowie die Induktion der PARP-Expression und
sensitiviert die Sarkomzellen gegenüber einem Hitzeschock. Darüber
hinaus konnte Perifosin die relative Resistenz den Osteosarkom
MG63-Zellen und den Fibrosarkom HT1080-Zellen gegenüber Doxorubicin
verringern. In Akt-KD-Experimenten konnte dabei gezeigt werden,
dass der Effekt von Perifosin spezifisch der Akt-Inhibition
zugeschrieben werden kann. Sowohl ein Akt-KD als auch Perifosin
führt zu einer Unterdrückung der Phosphorylierung von mTOR und
p70/p85 S6K, zu einer Verminderung der Hitze-bedingten
HSP70-Induktion und zur Induktion der Apoptose. Die Ergebnisse
dieser Arbeit zeigen, dass Akt eine wichtige Rolle in dem
intrazellulären Schutzmechanismus und Überleben der dem Hitzeschock
ausgesetzten Zellen spielt. Sie deuten auf eine wichtige Rolle des
Akt-mTOR-Signalweges bezüglich der Überlebensfähigkeit der Zellen
während eines Hitzeschocks hin.