Zelluläre Antworten auf gentoxische Expositionen: DNA-schadensabhängige und DNA-schadensunabhängige Mechanismen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Neben konstitutiv exprimierten Schutzfunktionen (z.B. DNA-Reparaturfaktoren) sind es Genotoxininduzierbare Stress-Antworten die das Schicksal einer Zelle hinsichtlich Überleben oder Zelltod bestimmen. Diese Stress-Reaktionen können aus einer Schädigung der nukleären DNA (DNA- schadensabhängig) oder membranärer/zytosolischer Strukturen (DNA-schadensunabhängig) resultieren. Beide Arten von Stress-Antworten können innerhalb weniger Minuten bis Stunden nach Exposition aktiviert werden. Im Mittelpunkt DNA-schadensunabhängiger früher Stress-Reaktionen steht die Aktivierung membranständiger Rezeptoren und eine nachfolgende Rho-abhängige Stimulation Stress-aktivierbarer Proteinkinasen (z.B. SAPK/JNK, p38 Kinase). Demgegenüber führen durch gentoxische Noxen induzierte DNA-Schäden, insbesondere DNA-Doppelstrangbrüche, zur Aktivierung einer anderen Gruppe von Proteinkinasen (v.a. ATM-, ATR- und DNA-Proteinkinase). Im Rahmen des vorliegenden Projektes wurde die Wirkung verschiedener prototypischer Mutagene/Kanzerogene auf die Aktivierung von Stress-aktivierbaren Proteinkinasen/c-Jun-N- terminalen Kinasen (SAPK/JNK) untersucht. Inwiefern die Aktivität von SAPK/JNK durch DNA- Schäden stimuliert werden kann ist bis heute strittig. Hauptziel der Untersuchungen war es festzustellen, inwieweit (i) SAPK/JNK DNA-schadensabhängig aktivierbar sind, d.h. als ein Teil der „DNA damage response“ (DDR) klassifiziert werden können, (ii) Mechanismen der DNA-Reparatur an der Aktivierung von SAPK/JNK beteiligt sind und (iii) membranständige Rho GTPasen Einfluss auf DDR und Zytotoxizität nehmen. Wir konnten erstmalig eine qualitative und quantitative Korrelation zwischen dem Aktivitätszustand von SAPK/JNK und der Menge an primären DNA-Schäden nach UV-C-, Alkylantien- und Cisplatin-Exposition nachweisen. Die an der Stimulation Stress-aktivierbarer Proteinkinasen (SAPK/JNK) beteiligten Mechanismen sind agens- und zeitabhängig. Beispielsweise beruht die Aktivierung von SAPK/JNK nach Alkylantien-Exposition (MMS) innerhalb der ersten zwei Stunden nach Behandlung überwiegend auf DNA-schadensunabhängigen Mechanismen während nach UV-Exposition eine Hemmung der DNA-Replikation durch UV-induzierte DNA-Crosslinks für eine rasche Aktivierung der SAPK/JNK besonders relevant ist. Zu späteren Zeiten hingegen (i.e. ≥ 2 h) sind die DNA- Reparaturproteine DNA-PKcs und CSB für eine Aktivierung von SAPK/JNK durch MMS, nicht jedoch UV-C Strahlung, essentiell. Demgegenüber führt das Fehlen dieser beiden Reparaturfaktoren zu eine verstärkten SAPK/JNK Aktivität zu späten Zeiten (16-24h) nach Cisplatin Exposition. Sowohl frühe als auch späte Stimulation von SAPK/JNK wird durch Statine sowie durch spezifische Rho-Inhibitoren verhindert. Anscheinend sind kleine GTPasen auch an der Regulation DNA-schadensabhängiger Mechanismen beteiligt und möglicherweise in die DDR inovlviert. Insgesamt konnten wir somit SAPK/JNK als einen neuen „Player“ der DDR identifizieren. Die an der DNA-schadensabhängigen Aktivierung von SAPK/JNK beteiligten Mechanismen sind unerwartet agens- und zeitabhängig. Das Fehlen von DNA-Reparaturen kann die Aktivierung von SAPK/JNK fördern oder hemmen. Die Modellvorstellung die sich aus unseren Befunden ergibt ist, dass die Aktivierung und Aufrechterhaltung der SAPK/JNK Aktivität nach Genotoxin-Exposition durch verschiedene Faktoren (in Abhängigkeit des Agens) gewährleistet wird, wobei mit zunehmender Zeit nach Exposition die Relevanz DNA-schadensabhängiger Mechanismen zunimmt. Hierbei üben membranassoziierte kleine GTPasen der Rho Familie sowie individuelle Reparaturproteine eine permissive Funktion aus.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2005) HMG-CoA reductase inhibitors as anticancer drugs (2005) Int J Oncology 27, 1401- 1409 33
Fritz, G.
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(2006) Late activation of stress kinases (SAPK/JNK) by genotoxins requires the DNA repair proteins DNA-PKcs and CSB. Mol Biol Cell 17, 851-861
Fritz, G., Kaina, B.
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(2006) Lovastatin protects human endothelial cells from killing by ionizing radiation without impairing induction and repair of DNA double-strand breaks. Clin Cancer Res 12, 933-939
Nuebel, T., Damrot, J., Roos, W.P., Kaina, B., Fritz, G.
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(2006) Lovastatin protects human endothelial cells from the genotoxic and cytotoxic effects of the anticancer drugs doxorubicin and etoposide. British J Pharmacology 149, 988-997
Damrot, J., Nuebel, T., Epe, B., Roos, W.P., Kaina, B., Fritz, G.
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(2006) Rho GTPases: Promising cellular targets for novel anticancer durgs. Current Cancer Drug Targets 6, 561-571
Fritz, G., Kaina, B.
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(2009) Cisplatin sensitivity is related to late DNA damage processing and checkpoint control rather than to the early damage response. Mut Research 670, 32-41
Brozovic, A., Damrot, J., Tsaryk, R., Nikolova, T., Hartig, C., Osmak, M., Roos, W.P., Kaina, B., Fritz, G.
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(2009) DNA replication arrest in response to genotoxic stress provokes early activation of stress-activated protein kinases (SAPK/JNK). J Mol Biology 385, 1409-1421
Damrot, J, Helbig, L., Roos, W.P., Barrantes, S.Q., Kaina, B., Fritz, G.
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(2009) Selectivity analysis of protein kinase CK2 inhibitors DMAT, TBB and resorufin in cisplatin-induced stress responses. Int J Oncology 35, 1151-1157
Fritz, G., Issinger, O.-G., Olsen, B.B.
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(2009) Targeting the mevalonate pathway for improved anticancer therapy. Current Cancer Drug Targets 9, 626-638
Fritz, G.
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(2010) Downregulation of RhoB in confers resistance to cisplatin in human laryngeal carcinoma cells. Cancer Lett 295, 182-190
Cimbora-Zovko, T., Fritz, G., Mikac, N., Osmak, M.
