Modulation von Apoptose in neuroektodermaler Tumoren durch Re-Expression von Caspase-8 mittels Histondeacetylaseinhibitoren (HDACi)

• Antragstellerin: Professorin Dr. Simone Fulda
• Fachliche Zuordnung: Kinder- und Jugendmedizin
• Förderung: Förderung von 2002 bis 2008
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5375242

• Erstellungsjahr: 2009

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Patienten mit neuroektodermalen Tumoren haben trotz der in den letzten Jahren weltweit durchgeführten Therapieintensivierung weiterhin eine schlechte Prognose, da die Wirksamkeit einer Behandlung oft durch Resistenzentwicklung limitiert ist. Da zytotoxische Therapien vor allem über die Induktion von Apoptose in Tumorzellen wirken, können Defekte in Apoptoseprogrammen zur Resistenz führen. Dies verdeutlicht die Notwendigkeit, neue Therapiestrategien zu entwickeln, die auf die molekularen Ursachen der Apoptoseresistenz abzielen. In früheren Arbeiten entdeckten wir die epigenetische Inaktivierung von Caspase-8, eines Schlüsselmoleküls des programmierten Zelltods (Apoptose), als Ursache der Apoptoseresistenz in neuroektodermalen Tumoren. Weiter konnten wir zeigten, dass pharmakologische Modulatoren von epigenetischen Veränderungen wie Demethylierungssubstanzen Tumorzellen durch Re-Expression von Caspase-8 für Apoptose sensitivieren. Vor diesem Hintergrund war es Ziel des hier beschriebenen Projekts, die molekularen Mechanismen der Regulation der Caspase-8 Expression durch Histondeazetylaseinhibitoren (HDACi) zu erforschen sowie die funktionelle Relevanz von Caspase-8 für die HDACi-vermittelte Apoptose in neuroektodermalen Tumoren zu prüfen. Die Ergebnisse zeigen, dass es sich bei der HDACi-vermittelten Induktion der Caspase-8 Expression um einen generellen Wirkungsmechanismus von HDACi handelt und dass insbesonders Valproinsäure zur Re-Expression von Caspase-8 in neuroektodermalen Tumoren geeignet ist. Untersuchungen zu den molekularen Mechanismen decken auf, dass HDACi die Azetylierung von Histonproteinen bewirken, die Caspase-8 Promotoraktivität erhöhen und die Caspase-8 mRNA und Protein Expression steigern. Funktionelle Analysen belegen, dass durch diese HDACi-vermittelte Re-Expression von Caspase-8 eine Sensitivierung für Apoptosesignale erzielt werden kann, und zwar insbesonders für Todeszeptorinduzierte Apoptose z.B. nach Stimulation von TRAIL Rezeptoren oder CD95. Untersuchungen an primären Tumorproben von Patienten mit Medulloblastom zeigen analog der Ergebnisse an etablierten Medulloblastomzelllinien eine fehlende Expression von Caspase-8 beim Medulloblastom sowie die Re-Expression von Caspase-8 nach Behandlung mit HDACi verbunden mit einer Sensitivierung für TRAIL-induzierte Apoptose und unterstreichen damit die klinische Relevanz der Ergebnisse. Schließlich stimulieren HDACi in einem in vivo Modell des Medulloblastoms die Expression von Caspase-8 und sensitivieren damit das Medulloblastom für eine Behandlung mit TRAIL. Ferner potenzieren HDACi die TRAIL-induzierte Apoptose auch über Caspase-8-unabhängige Mechanismen, die allerdings noch nicht im Detail verstanden sind und in einem neuen Projekt erforscht werden sollen. Die erzielten Resultate tragen zu einem besseren Verständnis der molekularen Ursachen der Apoptoseresistenz in neuroektodermalenTumoren bei und sind von Bedeutung für die Entwicklung von neuen experimentellen Therapiestrategien zur Induktion von Apoptose in der Onkologie. Das Projekt legt die Grundlagen für die zukünftige Entwicklung von HDACi in klinischen Protokollen sowie für weitere Forschungsprojekte zur Regulation von Apoptose durch HDACi. Neben der Bedeutung für die translationale Krebsforschung sind die Ergebnisse auch relevant für andere Disziplinen in den Lebenswissenschaften, bei denen eine Fehlregulation von Apoptose zu pathologischen Veränderungen und Krankheit führt.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Loss of caspase-8 expression does not correlate with MYCN amplification, aggressive disease or prognosis in neuroblastoma. Cancer Res., 68, 10016-23, 2006
  Fulda S, Poremba C, Berwanger B., Häcker S, Eilers M, Christiansen H, Hero B, Debatin KM
  
• Apoptosis signaling pathways in anticancer therapy. Curr. Cancer Ther. Rev., 4, 14-20, 2008
  Fulda S, Debatin KM
  
• Cytotoxic drug-induced, p53-mediated upregulation of caspase-8 in tumor cells. Oncogene, 27, 783-93, 2008
  Ehrhardt H, Häcker S, Wittmann S, Maurer M, Borkhardt A, Toloczko A, Debatin KM, Fulda S, Jeremias I
  
• Modulation of TRAIL-induced apoptosis by HDAC inhibitors. Curr Cancer Drug Targets. 2008 Mar;8(2):132-40
  Fulda S
  
• Apoptosis pathways and neuroblastoma therapy. Curr Pharm Des. 15, 430-5, 2009.
  Fulda S
  
• Caspase-8 in cancer biology and therapy. Cancer Lett., 281, 128-33, 2009
  Fulda S
  
• Exploiting apoptosis pathways for the treatment of pediatric cancers. Pediatr. Blood Cancer. 53, 533-6, 2009
  Fulda S
  
• Histone deacetylase inhibitors cooperate with IFNg to restore caspase-8 expression and overcome TRAIL resistance in cancers with silencing of caspase-8. Oncogene, 28, 3097-3110, 2009
  Häcker S, Dittrich A, Mohr A, Schweitzer T, Rutkowski S, Krauss J, Debatin KM, Fulda S
  
• TRAIL and cancer therapy. Drugs of the Future, 34, 1-5, 2009
  Fulda S
  
• Tumor resistance to apoptosis. Int. J. Cancer, 124, 511-515, 2009
  Fulda S