Bedeutung von ARC für die Apoptose Resistenz maligner Tumore
Final Report Abstract
In unserem Forschungsprojekt konnten wir deutliche Unterschiede in der Expression und Funktion von ARC zwischen Karzinomen, Sarkomen und Lymphomen nachweisen. Überraschend war bei der Expressionsanalyse zunächst, dass sich eine starke ARC Expression fast ausschließlich in Karzinomen nachweisen ließ und somit offensichtlich gerade in diesem Tumortyp eine besondere Bedeutung hat, während die Sarkome eine deutlich geringere und die Lymphome (fast) keine ARC Expression aufwiesen. Die besondere Bedeutung von ARC für die Apoptoseresistenz der hier untersuchten Nierenzellkarzinome konnte dann auch in knockdown-Experimenten belegt werden, in denen sich sowohl die extrinsische (durch TRAIL-induzierte), als auch die intrinsische (durch Topotecan und den BCL-2 Antagonisten ABT-263-induzierte) Apoptose durch das „Ausschalten“ von ARC verstärken liess. Dabei entfaltet ARC seine Wirkung im extrinsischen Signalweg offensichtlich über eine Interaktion und somit Hemmung von Caspase-8, während es bezogen auf den intrinsischen/mitochondrialen Signalweg offensichtlich mit den antiapoptotischen BCL-2 Familienmitgliedern „kooperierte“, indem es proapoptotische Mitglieder dieser Familie abfing. Die von anderen Arbeitsgruppen beschriebene Bindung von ARC an p53 konnten wir zwar nachvollziehen, eine Hemmung der p53 Funktion (durch Translokation dieses Transkriptionsfaktors ins Zytoplasma) konnten wir hier für das Nierenzellkarzinom jedoch nicht bestätigen. Im Gegensatz zu den Karzinomen spielte ARC in den hier untersuchten Sarkomen funktionell keine Rolle für die Apoptoseresistenz bzw. Sensitivität; ein Ergebnis, das sich bei der immunhistochemischen Analyse der ARC-Expression ja schon angedeutet hatte: In einer Rhabdomyosarkom Zelllinie, die relativ viel ARC exprimierte, hatte der ARC-knockdown keine Änderung der Sensitivität gegenüber extrinsischen und intrinsischen apoptotischen Stimuli zur Folge. Da ARC in den Lymphomen nicht exprimiert wurde und somit funktionell offensichtlich keine Rolle spielt, wurde auf weitere funktionelle Analysen in diesem Tumortyp verzichtet. Die genaue Ursache der starken ARC Überexpression in den Karzinomen wurde nicht abschließend geklärt, allerdings konnten wir grundlegende Erkenntnisse über die Regulation von ARC gewinnen: Offensichtlich unterliegt während sich die von anderen Arbeitsgruppen in Brustkrebs- und Kolonkarzinom beschriebenen Mechanismen der ARC Regulation durch p53 und Aktivierung des MAPK-Signalweges in den von uns untersuchten Nierenzellkarzinomzelllinien nicht nachvollziehen ließen. Zusammenfassend konnte ARC als sehr bedeutsamer antiapoptotischer Faktor im Nierenzellkarzinom (als Beispiel für ein besonders therapieresistentes Karzinom) etabliert werden – im Gegensatz zu Sarkomen und Lymphomen, in denen es offensichtlich funktionell keine oder nur eine untergeordnete funktionelle Rolle spielt. Es unterliegt einer differentiellen epigenetischen und transkriptionellen Regulation in den Karzinomzellen. Seine antiapoptotische Wirkung entfaltet ARC dabei durch die direkte Hemmung von Faktoren der extrinsischen und intrinsischen Signalkaskaden. Zusammenfassend können die gestellten Fragen wie folgt beantwortet werden: 1.) Unterscheidet sich die Expression von ARC in Karzinomen, Lymphomen und Sarkomen? Ja. Karzinome zeigen die mit Abstand stärkste ARC-Expression, während Sarkome eine deutlich geringere Expression aufweisen bei weitgehend fehlender Expression in Lymphomen. 2.) Welche apoptotischen Signalwege werden in Tumorzellen, die aus diesen Karzinomen, Sarkomen und Lymphomen gewonnen wurden, durch intrinsische Stimuli aktiviert? Sowohl in den untersuchten Karzinomen als auch in den Sarkomen wurde durch Topotecan der intrinsische Signalweg der Apoptose aktiviert. Da die Lymphome weitestgehend keine ARC Expression aufwiesen, wurden Lymphom-Zelllinien in dieser Arbeit nicht weiter untersucht. 3.) Welche Auswirkung hat eine Suppression der ARC-Expression auf die Apoptosebereitschaft dieser Tumore? Die Inhibition von ARC hatte eine starke Sensitivität gegenüber TRAIL-vermittelten Apoptoseinduktion zur Folge. In den ABT263-behandelten RCCs konnte nach ARC-Knockdown und initialer Topotecanbehandlung ebenfalls eine starke Zunahme der Apoptose beobachtet werden. 4.) Wo liegen die Ursachen für die ARC-Überexpression in Tumoren? Diese Frage ließ sich innerhalb des Projektzeitraums nicht klären.
Publications
- The role of apoptosis repressor with a CARD domain (ARC) in the therapeutic resistance of renal cell carcinoma (RCC): the crucial role of ARC in the inhibition of extrinsic and intrinsic apoptotic signalling. Cell Communication and Signaling 2017 15:16. Volume 15, Number 1, Page 1
Csaba Toth, Sarah Funke, Vanessa Nitsche, Anna Liverts, Viktoriya Zlachevska, Marcia Gasis, Constanze Wiek, Helmut Hanenberg, Csaba Mahotka, Peter Schirmacher, Sebastian Heikaus
(See online at https://doi.org/10.1186/s12964-017-0170-5)
