Information

Über die Apoptosemechanismen in Zellen und Krebs

Über die Apoptosemechanismen in Zellen und Krebs



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Wenn alle Zellen in einem krebsartigen Tumor ihre Apoptose-Mechanismen „wieder eingeschaltet“ oder durch einen „noch zu entdeckenden“ Prozess reaktiviert oder repariert hätten, würde dies dazu führen, dass sich der Tumor „selbst zerstört“ oder zerstört wird? Gibt es bekannte Prozesse, die die Apoptose-Mechanismen in einer Zelle reparieren oder reaktivieren können?


Der Prozess der Apoptose ist nicht so einfach, es gibt viele Gene und Proteine, die daran beteiligt sind. In Krebszellen mutieren einige von ihnen und funktionieren nicht richtig.
Der Mangel an Apoptose ist das Hauptproblem bei Krebs. Wenn die Zelle nicht richtig funktioniert, stirbt sie. Aber nicht bei Krebs.
Also theoretisch ja. Wenn wir die Apoptose beheben, wird die Zelle wahrscheinlich sterben.
Es ist die Richtung der Gentechnik. Sie müssen auf die Krebszelle abzielen und Problemgene verändern. Es sind wirklich schwierige Prozesse. Und jede Krebsart hat unterschiedliche Mutationen…

Lesen Sie dies zum Beispiel http://www.jeccr.com/content/30/1/87 (Journal of Experimental & Clinical Cancer Research )


Apoptose-Mechanismen: Implikationen für die Entdeckung von Krebsmedikamenten

Defekte in der Regulation der Apoptose (programmierter Zelltod) leisten wichtige Beiträge zur Pathogenese und Progression der meisten Krebsarten und Leukämien. Apoptose-Defekte spielen auch eine herausragende Rolle bei der Inresistenz gegenüber Chemotherapie, Strahlentherapie, Hormontherapie und immunbasierten Behandlungen. Apoptose wird durch die Aktivierung intrazellulärer Proteasen, bekannt als Caspasen, verursacht, die direkt oder indirekt für die morphologischen und biochemischen Ereignisse verantwortlich sind, die die apoptotische Zelle charakterisieren. Zahlreiche Proteine, die diese Zelltod-Proteasen regulieren, wurden entdeckt, einschließlich Proteinen, die zu den Bcl-2, Apoptose-Inhibitoren, Caspase-assoziierten Rekrutierungsdomänen, Todesdomänen und Todeseffektordomänenfamilien gehören. Diese Caspase-regulierenden Proteine ​​stellen Mechanismen bereit, um Umweltstimuli mit Zelltodreaktionen oder zur Aufrechterhaltung des Zellüberlebens zu verknüpfen. Bei Krebs wurden Veränderungen in der Expression und Funktion mehrerer Apoptose-regulierender Gene nachgewiesen, was auf Angriffspunkte für die Wirkstoffforschung hindeutet. Die Kenntnis der molekularen Details der Apoptose-Regulierung und der dreidimensionalen Strukturen von Apoptose-Proteinen hat neue Strategien zur Identifizierung niedermolekularer Medikamente offenbart, die wirksamere Behandlungen von Malignomen ermöglichen könnten. Apoptoseregulierende Gene beginnen auch, als Ziele für Antisenseoligonukleotide Verwendung zu finden.

ZUSAMMENFASSUNG: Defekte in der Regulation der Apoptose (programmierter Zelltod) leisten einen wichtigen Beitrag zur Pathogenese und Progression der meisten Krebsarten und Leukämien. Apoptose-Defekte spielen auch eine herausragende Rolle bei der Inresistenz gegenüber Chemotherapie, Strahlentherapie, Hormontherapie und immunbasierten Behandlungen. Apoptose wird durch die Aktivierung intrazellulärer Proteasen, bekannt als Caspasen, verursacht, die direkt oder indirekt für die morphologischen und biochemischen Ereignisse verantwortlich sind, die die apoptotische Zelle charakterisieren. Zahlreiche Proteine, die diese Zelltod-Proteasen regulieren, wurden entdeckt, einschließlich Proteinen, die zu den Bcl-2, Apoptose-Inhibitoren, Caspase-assoziierten Rekrutierungsdomänen, Todesdomänen und Todeseffektordomänenfamilien gehören. Diese Caspase-regulierenden Proteine ​​stellen Mechanismen bereit, um Umweltstimuli mit Zelltodreaktionen oder zur Aufrechterhaltung des Zellüberlebens zu verknüpfen. Bei Krebs wurden Veränderungen der Expression und Funktion mehrerer Apoptose-regulierender Gene nachgewiesen, was auf Angriffspunkte für die Wirkstoffforschung hindeutet. Die Kenntnis der molekularen Details der Apoptose-Regulierung und der dreidimensionalen Strukturen von Apoptose-Proteinen hat neue Strategien zur Identifizierung niedermolekularer Medikamente offenbart, die wirksamere Behandlungen von Malignomen ermöglichen könnten. Apoptoseregulierende Gene beginnen auch, als Ziele für Antisenseoligonukleotide Verwendung zu finden.DEffekte auf die Mechanismen des programmierten Zelltods (Apoptose) spielen in vielen Aspekten der Tumorpathogenese und -progression eine wichtige Rolle. Zum Beispiel ermöglichen Apoptose-Defekte neoplastischen Zellen, über ihre normalerweise vorgesehene Lebensdauer hinaus zu überleben.[1] Somit wird der Bedarf an exogenen Überlebensfaktoren untergraben. Es wird ein Schutz gegen Hypoxie und oxidativen Stress geboten, wenn sich die Tumormasse ausdehnt und Zeit für akkumulierende genetische Veränderungen eingeräumt wird, die die Zellproliferation deregulieren, die Differenzierung stören, die Angiogenese fördern und die Zellmotilität und Invasivität während der Tumorprogression erhöhen Defekte werden als wichtige Ergänzung zur Proto-Onkogen-Aktivierung erkannt, da viele deregulierte Onkoproteine, die die Zellteilung antreiben, auch Apoptose auslösen (zB Myc, E1a, Cyclin-D1).[2] In ähnlicher Weise lösen Defekte bei der DNA-Reparatur und Chromosomensegregation normalerweise Zellsuizid als Abwehrmechanismus zur Ausrottung genetisch instabiler Zellen aus suspendierter Zustand, ohne Bindung an eine extrazelluläre Matrix.[4] Diese Defekte fördern auch die Resistenz des Immunsystems, da viele der Waffen, die zytolytische T-Zellen und natürliche Killerzellen zum Angriff auf Tumoren einsetzen, von der Integrität der Apoptosemaschinerie abhängen.[5] Schließlich spielen krebsassoziierte Defekte in der Apoptose eine Rolle bei Inchemoresistenz und Radioresistenz, wodurch die Schwelle für den Zelltod erhöht wird und daher höhere Dosen für die Tumorabtötung erforderlich sind.[6] Somit ist eine fehlerhafte Regulation der Apoptose ein grundlegender Aspekt der Biologie von Krebs. Da Apoptose-Defekte eine große Vielfalt von abweichenden zellulären Verhaltensweisen ermöglichen, wie sie sich in Krebszellen zeigen, werden therapeutische Strategien, die den Apoptose-Vorteil für Tumore zunichte machen, vorhergesagt, um Krebszellen im Gegensatz zu normalen Zellen selektiv abzutöten. Grundsätzlich sollten Krebszellen stärker auf Apoptose-Abwehrmechanismen angewiesen sein als normale Zellen und somit proportional empfindlicher auf Eingriffe reagieren, die auf Apoptose-Proteine ​​und -Gene abzielen. Bis heute haben Bemühungen, Apoptose-basierte Strategien in Tiermodelle oder humanklinische Studien zu bringen, dieses Konzept der selektiven Vulnerabilität neoplastischer Zellen im Gegensatz zu normalen Zellen unterstützt.

Über die Mechanismen der Apoptose-Regulierung, die beteiligten Proteine, ihre 3D-Strukturen und biochemischen Mechanismen existiert mittlerweile eine solide Wissensbasis. In den letzten zwei Jahrzehnten ist ein klareres Verständnis der Expressions- oder Funktionsdefekte von Apoptose-regulierenden Genen und Proteinen im Zusammenhang mit Krebs entstanden. Diese Informationen können nun genutzt werden, um Strategien für die Entdeckung niedermolekularer Wirkstoffe zu entwickeln, die auf das Ziel einer revolutionären Behandlung von Krebs und Leukämie ausgerichtet sind.ApoptosewegeApoptose wird durch Proteasen verursacht, die als Caspasen bekannt sind und für Cystein-Aspartyl-spezifische Proteasen stehen.[7,8] Caspasen bilden eine Familie intrazellulärer Cystein-Proteasen, die in proteolytischen Kaskaden zusammenarbeiten, in denen Caspasen sich selbst und sich gegenseitig aktivieren.[9,10] Innerhalb dieser proteolytischen Kaskaden bilden Caspasen entweder als vorgeschaltete "Initiatoren" oder nachgeschaltete "Effektoren" der Apoptose positioniert werden.[11] Im menschlichen Genom wurden elf Caspasen identifiziert. Es gibt wahrscheinlich mehrere Wege zur Aktivierung von Caspasen, obwohl die Details für einige von ihnen lückenhaft bleiben (Abbildung 1). Der einfachste Weg wird von zytolytischen T-Zellen und natürlichen Killerzellen genutzt, die Apoptose induzierende Proteasen, insbesondere Granzym B, über Perforinkanäle in Zielzellen injizieren.[12,13] Im Gegensatz zu den Caspasen ist Granzym B eine Serinprotease, aber ähnlich den Caspasen spaltet Granzym B spezifisch substratsat Asp-Rückstände. Granzyme Bis ist in der Lage, mehrere Caspasen und einige Caspase-Substrate zu spalten und zu aktivieren. Es wurden endogene und virale Inhibitoren von Granzym B identifiziert, die für die Resistenz gegen diesen apoptotischen Induktor verantwortlich sind.[14-16]Ein anderer Caspase-Aktivierungsweg wird durch die Rezeptoren der Tumornekrosefaktor-(TNF)-Familie repräsentiert. Von den etwa 30 bekannten Mitgliedern der TNF-Familie beim Menschen, 8enthalten in ihren zytosolischen Schwänzen eine sogenannte Todesdomäne.[17] Mehrere dieser Todesdomäne-enthaltenden TNF-Familienrezeptoren verwenden die Caspase-Aktivierung als Signalmechanismus, einschließlich TNFR1/CD120a, Fas/APO1/CD95, DR3/Apo2/Weasle, DR4/TrailR1, DR5/TrailR2 und DR6. Die Ligation dieser Rezeptoren an der Zelloberfläche führt zur Rekrutierung mehrerer intrazellulärer Proteine, einschließlich bestimmter Procaspasen, an die zytosolischen Domänen dieser Rezeptoren, wodurch ein "todesinduzierender Signalkomplex" (DISC) gebildet wird, der die Aktivierung von Caspasen auslöst und zur Apoptose führt.[18,19] die DISC sind Caspase-8 und in einigen Fällen Caspase-10. Diese Caspasen enthalten in ihren N-terminalen Prodomänen sogenannte Todeseffektordomänen, die an eine entsprechende Todeseffektordomäne im Adapterprotein, Fasassociateddeath domain (FADD), binden und sie so an die Todesrezeptorkomplexe der TNF-Familie binden das Cytosol, das dann den Aufbau eines Multiprotein-Caspase-aktivierenden Komplexes bewirkt, der als "Apoptosom" bezeichnet wird. Apaf-1 und Procaspase-9 interagieren über ihre Caspase-assoziierten Rekrutierungsdomänen (CARDs). Eine solche CARD-CARD-Interaktion spielt eine wichtige Rolle in vielen Schritten der Apoptose Stoffwechselwege, die über Todesrezeptoren der TNF-Familie durch Crosstalk-Mechanismen induziert werden, an denen Proteine ​​wie Bid, BAR und Bap31 beteiligt sind.[22-25]Mitochondriale (intrinsische) und Todesrezeptor- (extrinsische) Wege zur Aktivierung von Caspasen sind jedoch in den meisten Zelltypen vollständig in der Lage, unabhängig voneinander zu funktionieren. [26] Neben Cytochrom C, setzen Mitochondrien auch mehrere andere Proteine ​​frei, die für die Apoptose relevant sind, einschließlich Endonuklease G, AIF (ein Aktivator nukleärer Endonukleasen) und die Antagonisten des Apoptoseproteins (IAP) Smac (Diablo) und Omi (HtrA2) sowie ein mit nuklearen Strukturen verbundener Weg, der PODs (PML oncogenic domains) oder Nuklearkörper genannt wird, wurden ebenfalls beschrieben, sind aber bisher kaum charakterisiert.

Unterdrücker der ApoptoseEs wurden mehrere Antagonisten der Caspase-Aktivierungswege entdeckt, und es wurden mehrere Beispiele für eine Fehlregulation ihrer Expression oder Funktion bei Krebserkrankungen gefunden Antagonisten konzentriert sich auf diese beiden apoptotischen Wege. In diesem Artikel werden drei Arten von Apoptose-unterdrückenden Proteinen betrachtet, von denen bekannt ist, dass sie in Tumoren, einschließlich Prostatakrebs, überexprimiert werden: IAPs, FLIP und Bcl-2.Inhibitor von ApoptoseproteinenInhibitoren von Apoptoseproteinen stelleneine evolutionär konservierte Familie von Suppressoren der Apoptose dar.Mitglieder der IAP-Familie, die ursprünglich in Baculoviren identifiziert wurden,enthalten eine oder mehrere Kopien einer Domäne namens Baculoviral IAP Repeat (BIR).Diese BIR-Domänen werden manchmal von anderen Domänen begleitet, einschließlichRING-Domänen, Ubiquitin .konjugation Falten (E2s) und Nukleotid-Bindungsdomänen der NACHT-Familie. Das menschliche Genom kodiert für acht Mitglieder der IAP-Familie: XIAP, cIAP1, cIAP2, Naip, Apollon (Bruce), ILP2 (Ts-IAP), ML-IAP (K-IAPLivin) und Survivin. Die BIR-Domänen mehrerer Proteine ​​der IAP-Familie wurden ursprünglich gezeigt von unser Labor als verantwortlich für die direkte Bindung und spezifische Hemmung von Caspasen, wodurch IAPs als endogene Inhibitoren von Zelltod-Proteasen identifiziert wurden.[27-31] Mehrere andere Labors haben diese Ergebnisse bestätigt und erweitert und schlüssige Beweise dafür geliefert, dass viele Proteine ​​der IAP-Familie als Caspasensuppressoren wirken.[32-41] IAPsvary in den spezifischen Caspasen, die sie hemmen. Zum Beispiel unterdrückt XIAP sowohl nachgeschaltete Effektorcaspasen, die an Konvergenzpunkten der Apoptosewege wirken, als auch Caspase-9, die apikale Protease im mitochondrialen Weg für die Apoptose.[27,29,30]Im Gegensatz dazu ist ML-IAP ein potenter Suppressor von nur Caspase-9. Es wurden keine Beispiele für die IAP-vermittelte Suppression von Proteasen gefunden, die in den stromaufwärts gelegenen Abschnitten des Apoptosewegs operieren, der durch Rezeptoren der TNF-Familie aktiviert wird (Abbildung 2). Es wurden Beweise für eine Überexpression von IAPs bei Krebs erhalten, was auf eine Rolle dieser Suppressoren der Apoptose bei Malignität schließen lässt.[31, 42] Zum Beispiel wird das Mitglied der IAP-Familie, Survivin, bei den meisten Krebsarten überexprimiert[43] und ist wegen seiner Doppelrolle als Regulator der Zellteilung (Chromosomensegregation und Zytokinese) und der Apoptose ein Thema von beträchtlicher Aufmerksamkeit geworden.[44-46] Ähnlich ist das IAP- Familienmitglied ML-IAP wird in normalen Geweben selten exprimiert, aber in erhöhten Konzentrationen bei Melanomen und einigen Nierenkrebsarten gefunden.[33,40,47]Außerdem wurde von unserer Gruppe berichtet, dass XIAP bei einem erheblichen Anteil an akuten myeloischen Leukämien überexprimiert wird, wobei höhere Werte mit . korrelieren kürzere Remissionsdauern und kürzeres Gesamtüberleben der Patienten.[48] Hinweise auf eine Überexpression von XIAP wurden auch für Nieren- und Lungenkrebs berichtet[49,50] eine Überexpression von cIAP1 wurde mit Eierstockkrebs in Verbindung gebracht.Chromosomale Translokationen, die cIAP2 aktivieren, werden bei Somelymphomen gefunden.[51] Somit werden verschiedene Proteine ​​der IAP-Familie in spezifischen Krebsarten überexprimiert. Jedoch können von einigen Tumoren mehr als ein Mitglied der IAP-Familie gleichzeitig überexprimiert werden. Bei Prostatakrebs fanden wir beispielsweise Hinweise darauf, dass die Proteinspiegel von XIAP, cIAP1, cIAP2 und Survivin in Tumoren manchmal gleichzeitig erhöht werden können,[52] was auf eine Redundanzinexpression dieser antiapoptotischen Proteine ​​hindeutet. und Survivin bei Dickdarmkrebs (Manuskript in Vorbereitung). Die Beobachtung der Überexpression mehrerer Mitglieder der IAP-Familie deutet darauf hin, dass möglicherweise einige Aspekte ihrer Regulation gemeinsam sind (mRNA) und Proteinspiegel haben wir Beweise dafür erhalten, dass die mRNA-Spiegel von XIAP, cIAP1 und cIAP2 nicht mit ihren Proteinspiegeln korrelieren,[48] was darauf hindeutet, dass die posttranskriptionelle Regulation dieser Proteine ​​der IAP-Familie wichtig ist. Interessanterweise enthalten alle drei dieser Proteine ​​der IAP-Familie eine RING-Domäne, die E2s (Ubiquitin-konjugierende Enzyme) bindet, was darauf hindeutet, dass bei Krebsarten, die mehrere Familienmitglieder gleichzeitig überexprimieren, Veränderungen in der Turnoverrate von Proteinen der IAP-Familie auftreten können wurde durch Antisense-Experimente gestützt.[53-57] In diesen Experimenten wurde gezeigt, dass die Knock-Down-Expression von Survivin, XIAP oder anderen IAPs die Apoptose von Tumorzelllinien in Kultur induziert oder Tumorzelllinien für die durch Antikrebsmedikamente induzierte Apoptose sensibilisiert.[53-57] In Gen-Knockout-Studien an Mäusen deuten dagegen darauf hin, dass normale Zellen möglicherweise weniger abhängig von IAPs sind als Tumorzellen, da die Gene gezielt zerstört werden xiap, ciap1,und ciap2, sowohl einzeln als auch in Kombination erzeugt wenig Phänotyp.[58 persönliche Mitteilung, T.Mak, 2004]Auswirkungen auf die Behandlung
Zusammengenommen bedeuten diese Beobachtungen einfach, dass Medikamente, die die Wirkung von IAPs stören, für die Behandlung von Krebs nützlich sein könnten. Kürzlich wurde durch die Entdeckung natürlicher Antagonisten von IAPs eine Strategie zur Entwicklung niedermolekularer Inhibitoren von IAPs vorgeschlagen.[35,38] Proteine ​​wie Smacand Omi (HtrA2) binden IAPs und unterdrücken sie, wodurch Caspasen freigesetzt werden, um Zellen abzutöten.[35, 38,59] Ein A7'mer-Peptid, das dem N-Terminus von Smac entspricht, reicht aus, um IAPs zu binden und ihre Assoziation mit Caspasen zu blockieren.[60]Außerdem haben wir bestätigt, dass Peptide, die so kurz wie Tetramere sind, die Caspase-Hemmung durch IAPs wirksam umkehren können, indem sie stöchiometrisch bei mikromolare Konzentrationen.[61 unveröffentlichte Daten] Durch Fusion von membrandurchdringenden Peptiden mit Smac- oder Omi-Peptiden ist es möglich, die Apoptose von Krebszelllinien in Kultur zu induzieren sowie die Tumorbildung in Xenotransplantatmodellen in Mäusen zu unterdrücken.[62-65] Somit liefern diese Daten den Beweis: konzeptionelle Beweise dafür, dass kleine Moleküle, die die Wirkungen dieser IAP-bindenden Peptide nachahmen, möglicherweise als Arzneimittel zur Krebsbehandlung genutzt werden könnten.Strategien zur Wirkstoffforschung
Die strukturelle Analyse der Interaktionen von IAPs mit Caspasen und von IAPs mit Smac hat dazu beigetragen, die Grundlage für solche Bemühungen zur Entdeckung von Arzneimitteln zu legen. Erstens zeigten unsere Struktur-Funktions-Studien des IAP-Familienmitglieds XIAP, dass, obwohl dieses Protein drei Tandem-BIR-Domänen enthält, eine einzelne BIR ausreicht, um Caspasen zu binden und zu unterdrücken. Diese Studien zeigten, dass die BIR2-Domäne Caspase-3 und Caspase-7 spezifisch hemmt, während die BIR3-Domäne von XIAP die Aktivität von Caspase-9 blockiert.[29,30] Somit sind diskrete Domänen in IAPs für die Bindung und Hemmung von Caspasen verantwortlich die mit Smace komplexierte BIR3-Domäne zeigte, dass die N-terminalen 4 Aminosäuren des reifen Smac-Proteins in derselben Spalte binden, die normalerweise vom N-Terminus der kleinen Untereinheit von Caspase-9 besetzt ist, was auf eine Vervollständigung der Bindung hindeutet.[37,60,66,67]Folglich , sollten niedermolekulare Verbindungen, die das Smac 4?-Merpeptid nachahmen, die aktive Caspase-9 von BIR3 verdrängen und so die Apoptose induzieren (Abbildung 3). Die strukturellen Details bezüglich der Wechselwirkung von BIR2 von XIAP mit Caspasen und ihre Beziehung zu Smac sind aufgrund der schlechten atomaren Auflösung des N . nicht klar -Terminus der kleinen Untereinheit der Caspasen-3 oder -7, komplexiert mit BIR2, wie durch Röntgenkristallographie von Wissenschaftlern unserer Institution und anderswo bestimmt wurde.[32,39] In der Kristallstruktur Struktur des XIAPBIR2-Caspase-3-Komplexes interagiert der NH2-Terminus der Caspase-3-p10-Untereinheit mit der Oberfläche von BIR2,[32] was ein Kristallisationsartefakt sein könnte. Der Mechanismus der Hemmung von XIAP durch Smacremains unklar, Modellstudien weisen auf das Vorhandensein einer ähnlichen Smac-Bindungstasche auf BIR2 hin. Zusätzlich zu chemischen Inhibitoren von IAPs, die auf der Nachahmung von Smac basieren, können auch andere Strategien ins Auge gefasst werden und wurden bereits genutzt.Mit einem Enzym-Derepressionsassay, bei dem Screens durchgeführt wurden, um Verbindungen zu identifizieren, die in der Lage sind, XIAP von Caspase-3 zu lösen und die Protease-Aktivität wiederherzustellen, haben wir und andere Forscher beispielsweise niedermolekulare Antagonisten von XIAP identifiziert.[68,69] Diese Verbindungen zielen auf eine Nicht-Smac-Stelle auf XIAP, die bleibt auf struktureller Ebene zu definieren. Interessanterweise wurden neben Smacand Omi (HtrA2) andere endogene Antagonisten von IAPs beschrieben, darunter XAF1, NRAGE und ARTS, die über einen alternativen Mechanismus wirken.[70-72] Somit ist es denkbar dass die oben erwähnten niedermolekularen Antagonisten von IAPs einen oder mehrere dieser endogenen Antagonisten von IAPs nachahmen, ein Konzept, das auf experimentelle Tests wartet.Fas-assoziiertes Todesdomäne-wie Interleukin-1beta-Converting Enzyme InhibitingProtein (FLIP)Der Weg der durch die Todesrezeptoren der TNF-Familie ausgelösten Apoptose ist grundlegend für die Mechanismen, durch die zytolytische T-Zellen Tumorzellen angreifen und abtöten.[73-78] Zytolytische T-Zellen, natürliche Killerzellen, Makrophagen und dendritische Zellen produzieren nachweislich einen oder mehrere der Todesliganden der TNF-Familie , wie FasL, TNF oder TRAIL. Wenn sie ihre spezifischen Rezeptoren an empfängliche Zielzellen binden, rekrutieren diese Rezeptoren Procaspase-8 und/oder -10 an den Rezeptorkomplex, wodurch eine DISC gebildet wird, die zur Aktivierung von Caspasen führt.[11,79]Vielleicht nicht überraschend entwickeln viele Tumore eine Resistenz gegen diesen extrinsischen Weg zur Apoptose zu einem bestimmten Zeitpunkt in ihrer Pathogenese oder Progression,die ihre Empfindlichkeit gegenüber Immunzellangriffen verringert oder ablatiert.[5]Mehrere Antagonisten des extrinsischen Weges wurden identifiziert, darunter mehrereTodeseffektordomänen-enthaltende Proteine, die um die Bindung an die Adapterproteineoder Procaspasen konkurrieren, die an der TNF-Familie-Todesrezeptor-Signalisierung beteiligtsind , einschließlich FLIP, BAR und möglicherweise Bap31.[80,81] Unter ihnen hat FLIP die meiste Aufmerksamkeit für seine Rolle bei der Produktion von Intumorzellen des Fas-resistenten Zustands erhalten.[82,83]Das FLIP-Protein ist in seiner Gesamtsequenz den Procaspasen-8 . sehr ähnlich und -10, die Tandemkopien der Todeseffektordomäne enthalten, gefolgt von einer Pseudocaspasedomäne, der Enzymat . fehlt ic-Aktivität. FLIP kann unter bestimmten Umständen die Apoptose fördern.[84]Dieses Protein ist jedoch größtenteils antiapoptotisch, bildet Komplexe mit Procaspase-8 und -10 und verhindert deren wirksame Aktivierung sowie konkurriert um die Bindung an Adapterproteine, die für die Rekrutierung von Caspasen an Rezeptoren des Todes erforderlich sind -Rezeptorkomplexe.[5,83]Überexpression von FLIP tritt häufig bei Krebs auf. Unser Labor hat durch Antisense- und Gentransfer-Studien festgestellt, dass FLIP eine wichtige Determinante für die Resistenz einiger Tumorzelllinien gegen die Induktion der Apoptose durch TNF, Fas und TRAIL ist.[85,86] Darüber hinaus haben wir in Zusammenarbeit mit anderen Forschern eine Klasse von . identifiziert Verbindungen, die als synthetische Triterpenoide bezeichnet werden und eine Verringerung des FLIP in multiplen menschlichen Tumorzelllinien bewirken, was mit der Wiederherstellung der Sensitivität gegenüber TRAIL-induzierter Apoptose korreliert.[85] Somit stellen niedermolekulare Wirkstoffe, die die Expression oder Funktion von FLI ablatieren, einen attraktiven Ansatz dar, um Tumorzellen für Todesliganden der TNF-Familie zu sensibilisieren. Der Prototyp des Triterpenoids, von dem gezeigt wurde, dass es die Expression von FLIP reduziert, ist CDDO (2-Cyano-3,12-dioxoolean-1,9-dien-28-oic acid). In submikromolaren Mengen reduziert diese Verbindung sowie ausgewählte Analoga die Spiegel des FLIP-Proteins durch einen Mechanismus, der die Ubiquitinierung und den proteasomabhängigen Abbau des FLIP-Proteins beinhaltet, ohne die FLIP-mRNA-Spiegel zu beeinflussen.[85,87,88]CDDO hat keinen Einfluss auf die Spiegel vieler anderer Apoptose Proteine ​​in submikromolaren Mengen, die ausreichen, um FLIP zu reduzieren, einschließlich FADD, Caspase-8, DAP3, XIAP, Bcl-2, Bcl-XL, Bax, Mcl-1 und Bak. Der Mechanismus dieser Verbindung ist jedoch derzeit nicht definiert, und es ist daher wahrscheinlich, dass neben FLIP auch andere Proteine ​​an ihrem proapoptotischen Mechanismus beteiligt sind. Tatsächlich wird berichtet, dass CDDO und verwandte Verbindungen bei höheren Dosen Auswirkungen auf eine Reihe von krebsrelevanten Zielen haben.[89 ]Wenn CDDO an Zelllinien mit festem Tumor in submikromolaren Konzentrationen getestet wird, sensibilisiert CDDO im Allgemeinen nur für TRAIL und Fas, aber CDDO allein induziert keine signifikante Apoptose. Auf primäre Leukämiezellen angewendet, zeigen CDDO und verwandte Verbindungen jedoch eine Einzelwirkstoff-Aktivität, die eine starke Apoptose über einen Caspase-8-abhängigen Mechanismus induziert, einschließlich chemofraktiver chronischer Lymphozytikelukämien und akuter myeloischer Leukämien.[87,90,91] Durch die Aktivierung des extrinsischen Signalwegs CDDO und verwandte Triterpenoide können einen pharmakologischen Weg zur Umgehung von Blockaden für den intrinsischen Weg (mitochondriale) Apoptose bereitstellen, wodurch eine apoptotische Zerstörung von chemorefraktären Leukämien erreicht wird.

Biologika, die den extrinsischen Signalweg auslösen, werden auch auf ihren Nutzen bei der Krebsbehandlung untersucht. Beispielsweise wurde ein agonistischer Antikörper, der den TRAIL-Rezeptor-1(DR4) aktiviert, in Phase-I-Studien an Patienten mit Malignität getestet. Das rekombinanttrimere TRAIL-Protein hat in Mausmodellen, entweder allein oder in Kombination mit Chemotherapie, beeindruckende präklinische Ergebnisse erzielt und könnte auch bald in klinische Studien eintreten.[92]Bcl-2-FamilienproteineDas Bcl-2-Protein ist das Gründungsmitglied einer großen Familie von Apoptose-regulierenden Proteinen, die den intrinsischen Weg der Apoptose steuern. Eine Überexpression des antiapoptotischen Proteins Bcl-2 tritt bei etwa der Hälfte der menschlichen Krebserkrankungen auf und trägt zur Resistenz gegen Krebsmedikamente, hormonablative Therapien und Strahlentherapie bei.[1]Mehrere Homologe des Bcl-2-Proteins wurden identifiziert und charakterisiert, wobei einige als Blocker (n = 5 beim Menschen) und andere als Promotoren des Zelltods (n = 19 beim Menschen) wirken,[93-95] eine Genfamilie von 25 Mitgliedern umfasst.[ 96 unveröffentlichte Daten]. Veränderungen in der Expression mehrerer Mitglieder des Proteins der Bcl-2-Familie wurden bei Krebserkrankungen dokumentiert, einschließlich der Überexpression antiapoptotischer Mitglieder und des Verlusts der Expression proapoptotischer Mitglieder.[97] Bei einigen Krebsarten kann eine gleichzeitige Überexpression von mehr als einem der sechs antiapoptotischen Mitglieder der Bcl-2-Familie auftreten, was Herausforderungen im Hinblick auf die Überwindung von Hindernissen für die Apoptose schafft -XL und Mcl-1 sind bei fortgeschrittenem Prostatakrebs häufig erhöht, während die proapoptotischen Proteine ​​Bax und Bak im Allgemeinen während der Progression dieser Tumore zu einem hormonunabhängigen, metastasierenden Phänotyp in hohen Konzentrationen vorhanden bleiben.[98] Ähnliche Befunde wurden für Melanome gemacht, die üblicherweise die Proteine ​​Bcl-2, Bcl-XL und Mcl-1 überexprimieren.[99] Proteine ​​der Bcl-2-Familie fungieren als Regulatoren des mitochondrienabhängigen Apoptosewegs (intrinsischer Weg). Diese Proteine ​​steuern die Durchlässigkeit der Mitochondrienmembran und bestimmen, ob apoptogene Proteine ​​wie Cytochrom C werden in das Cytosol freigesetzt.[21,95,100] Einer der prominenten Mechanismen, durch den der mitochondriale (intrinsische) Signalweg für die Apoptose mit dem Todesrezeptor (extrinsischen) Signalweg kreuzt, beinhaltet die Caspase-8-vermittelte Spaltung und Aktivierung des proapoptotischen Bcl-2-HomologBids. Bid befindet sich im Cytosolin in einem latenten (inaktiven) Zustand, jedoch transloziert dieses Protein nach Spaltung durch Caspase-8 zur äußeren Membran der Mitochondrien, wo es mit anderen Proteinen der Bcl-2-Familie dimerisiert und die Freisetzung von Cytochrom c und Apoptose induziert.[95,101 ] Somit wurde in Tumorzellen, in denen dieser Bid-Aktivierungsmechanismus eine wichtige Rolle bei der Todesrezeptor-vermittelten Apoptose spielt (sogenannte Typ-II-Zellen),[102,103] gezeigt, dass die Überexpression von entweder Protein Bcl-2 oder Bcl-XL den durch Fas, TNF, induzierten Zelltod blockiert, undTRAIL. Folglich kann die Empfindlichkeit von Tumorzellen gegenüber Zytokinen der TNF-Familie möglicherweise durch Wirkstoffe verbessert werden, die die Expression oder Funktion von Bcl-2/Bcl-X . reduzierenL.Viele Proteine ​​der Bcl-2-Familie interagieren physikalisch und bilden Homo- oder Heterodimere, wobei pro- und antiapoptotische Mitglieder dieser Familie einen "Nahe-gegen-Hand-Kampf" durchführen, um Entscheidungen über Leben und Tod von Zellen zu treffen.[104,105] Die strukturelle Grundlage für die Dimerisierung von Proteinen der Bcl-2-Familie hat wurden mit Hochfeld-Kernresonanz-Methoden aufgeklärt und zeigten eine hydrophobe Spalte auf der Oberfläche der antiapoptotischen Proteine ​​Bcl-2 und Bcl-XL die eine alpha-helikale BH3-Domäne von proapoptotischen Proteinen der Bcl-2-Familie wie Bax oder Bak bindet (Abbildung 4).[106,107] Proof-of-Concept-Experimente mit BH3-Peptiden haben die Suppression der Proteine ​​Bcl-2 oder Bcl-X . gezeigtL, was zur Induktion der Apoptose oder Sensibilisierung von Tumorzelllinien für Apoptose in Kultur führt.[108-111] Darüber hinaus wurden Prototyp-Nichtpeptidylverbindungen identifiziert, die um die Bindung an die BH3-Bindungstasche konkurrieren und die Empfindlichkeit von Tumorzelllinien und kultivierten primären Leukämien gegenüber apoptotischen Stimuli (einschließlich Antikrebs) erhöhen Medikamente), wodurch die antiiapoptotischen Proteine ​​der Bcl-2-Familie Bcl-2 und Bcl-X . weiter validiert werdenL als Ziele für die Wirkstoffentdeckung.[112-117]Die bisher beschriebenen Verbindungen hemmen im Test die Proteine ​​Bcl-2,Bcl-XL, und (in einigen Fällen) anderen antiapoptotischen Mitgliedern der Bcl-2-Familie.[115,117] Somit können diese Verbindungen Vorteile gegenüber gezielteren Antisense-basierten Strategien zur Überwindung der Apoptoseresistenz bieten, bei denen Redundanz aufgrund der gleichzeitigen Überexpression von mehr als einer antiapoptotischen Bcl-2-Familie ein Problem darstellt Da diese Verbindungen jedoch mehr Ziele "angreifen", können sie sich auch als toxischer für normale Zellen und Gewebe erweisen als Arzneimittel auf Antisense-Basis. Daher muss der therapeutische Index dieser Wirkstoffe in vivo definiert werden, bevor klinische Studien in Betracht gezogen werden könnten Der niedermolekulare Antagonist von Protein Bcl-2 wurde bereits vorläufig in klinischen Studien am Menschen untersucht, obwohl sein Mechanismus als Inhibitor von Protein Bcl-2 zum Zeitpunkt des Beginns der Studien unbekannt war. Diese Verbindung, Gossypol, ist ein durch die chinesische Kräutermedizin identifizierter Naturstoff, der mit der BH3-Bindungstasche des Proteins Bcl-2 mit submikromolarer Affinität interagiert.[115] Gossypol hat neben dem Protein Bcl-2 zweifellos andere Ziele, jedoch haben wir und unsere Mitarbeiter gezeigt, dass Gossypol BH3-Peptide aus den antiiapoptotischen Proteinen Bcl-2, Bcl-X . verdrängtL,Bfl-1 und Bcl-B.[118] Halbsynthetische Analoga von Gossypol werden in präklinischen Studien evaluiert, um die chemische Reaktivität dieser Verbindung zu reduzieren und dadurch ihre Sicherheit und pharmakologischen Eigenschaften zu verbessern, während die Aktivität gegen das Protein Bcl-2 erhalten bleibt.[117]Eine Alternative zu niedermolekularen Antagonisten, die das Bcl-2-Protein hemmen, sind Antisense-DNA-basierte Medikamente die die Produktion des Bcl-2-Proteins unterdrücken.[119] Diese Nuklease-resistenten, synthetischen, einzelsträngigen DNA-Moleküle binden zelluläre Ziel-mRNAs über Watson-Crick-Basenpaarung, was zum Abbau von Bcl-2-mRNA durch RNaseH-basierte Mechanismen führt.[120] Das Bcl-2-Antisense-Medikament Oblimersen-Natrium (Genasense) hybridisiert mit den ersten 18 Nukleotiden innerhalb der kodierenden Region von Bcl-2-mRNAs, reduziert die Expression des Bcl-2-Proteins und fördert dadurch die Apoptose. Oblimersen-Natrium befindet sich in klinischen Tests für verschiedene Krebsarten.[121]SchlussfolgerungenDie Kenntnis der Wege der Apoptose und der Mechanismen der Proteine, die sie steuern, beginnt, eine Vielzahl von Angriffspunkten für die Entdeckung von Krebsmedikamenten aufzudecken. Detaillierte Strukturanalysen apoptotischer Proteine ​​und Studien ihrer biochemischen Mechanismen haben Strategien zur Lead-Generierung vorgeschlagen, was zu zahlreichen neuen chemischen Einheiten mit mechanismusbasierter Aktivität führte. Es wurden ermutigende Daten zum Machbarkeitsnachweis vorgelegt, die dabei helfen, mehrere Ziele der Apoptose zu validieren. Es liegt jedoch noch viel Arbeit vor uns, das Wirkungsspektrum von Verbindungen zu optimieren, die mit mehreren Mitgliedern der Apoptoseprotein-Familien interagieren, die Stabilität und pharmakologischen Eigenschaften dieser Verbindungen zu verbessern und ihre optimalen Formulierungen zu entwickeln für Stabilität und Abgabe und zur Aufklärung begleitender, begrenzender Toxizitäten. Viele der logischsten Ziele zur Förderung der Apoptose von Krebs- und Leukämiezellen sind technisch anspruchsvoll und beinhalten oft entweder die Unterbrechung von Proteininteraktionen oder die Veränderung der Genexpression, im Gegensatz zu herkömmlichen Pharmazeutika, die typischerweise auf die aktiven Zentren von Enzymen abzielen. Moderne Techniken der strukturbasierten Arzneimitteloptimierung machen diese Aufgabe möglich, aber immer noch eine Herausforderung erfordern langfristige Verpflichtungen, die oft den üblichen Arzneimittelforschungs- und -entwicklungszyklus übersteigen, der in die Praktiken von Pharmaunternehmen integriert ist. Langfristige Forschungsverpflichtungen können eine neue Ära in der Krebstherapie einleiten, in der die intrinsische oder erworbene Resistenz bösartiger Zellen gegenüber Apoptose pharmakologisch rückgängig gemacht werden kann, wodurch die natürlichen Wege des Zellsuizids wiederhergestellt werden können . Krebszellen zeigen eine Vielzahl von abnormalen Verhaltensweisen und molekularen Prozessen, die normalerweise eine Apoptose-Reaktion auslösen würden, einschließlich Zellzyklus-Checkpoint-Dysregulation, Onkogen-Aktivierung, Chromosomensegregationsdefekte, Zellablösung vom Substrat und ausgewachsene Blutversorgung (Hypoxie). Diese Defekte machen Tumorzellen abhängiger von Apoptose -Unterdrückung von Genen und Proteinen und damit Entzug dieser Unterstützung von malignen Zellen kann die Selbstzerstörung transformierter Zellen fördern, während normale Zellen geschont werden. Die volle Gültigkeit dieser Hypothese bedarf der Überprüfung in klinischen Studien am Menschen. Die bisherigen Erkenntnisse aus Tierstudien und aktuellen Streifzügen in die Klinik sind jedoch ermutigend. Apoptosebasierte Strategien zur Entdeckung von Krebsmedikamenten versprechen wirksame Therapien gegen Krebs und verdienen weitere Forschungsunterstützung.

Offenlegung:

Dr. Reed ist Aktionärin von Genta Incorporated.

Verweise:

Reed J: Dysregulation of apoptosis in cancer. J Clin Oncol 17: 2941, 1999.

Evan G, Littlewood T: Eine Frage von Leben und Zelltod. Wissenschaft 281: 1317-1322, 1998.

Ionov Y, Yamamoto H, Krajewski S, et al.: Mutationsinaktivierung des pro-apoptotischen Gens BAX verleiht einen selektiven Vorteil während der klonalen Tumorentwicklung. Proc Natl Acad SciU S A 97: 10872–10877, 2000.


Mechanismen von Krebs

Das Verständnis der Grundlagen der Entstehung und Vermehrung von Krebszellen war für die Krebsbehandlung und -prävention von entscheidender Bedeutung. Neue Bereiche der Grundlagenforschung werden zu besseren Ergebnissen für die Patienten führen.


Eine Krebszelle. Neue Forschungen darüber, wie sich jede Zelle innerhalb eines Tumors von anderen unterscheidet, bieten einen vielversprechenden Weg für bessere Patientenergebnisse.
Bildnachweis: iStock

Jahrzehntelange Entdeckungen haben gezeigt, dass ein tiefes Verständnis der grundlegenden Mechanismen von Krebs – wie er entsteht, warum er persistiert und wie er sich im Körper ausbreitet – zu besseren Ergebnissen für die Patienten führt. Neue Bereiche der Krebsgrundlagenforschung, darunter wie sich jede Zelle innerhalb eines Tumors von anderen unterscheidet, wie die Umgebung, in der ein Tumor wächst, seinen Fortschritt beeinflusst und wie gut das Immunsystem eines Individuums eine Abwehr aufbaut, werden zu verbesserten Ergebnissen für die Patienten führen.

Jetzt nutzen Krebsforscher neue Werkzeuge, Technologien und Denkweisen, um ein noch differenzierteres Verständnis der Krebsmechanismen zu entwickeln. Sie untersuchen subtile Variationen, die das Verhalten von Krebszellen beeinflussen – nicht nur zwischen verschiedenen Patienten oder Krebsarten, sondern sogar zwischen den verschiedenen Zellen, aus denen ein einzelner Tumor besteht. Gleichzeitig erweitern die Forscher ihren Fokus und blicken über Tumore hinaus, um herauszufinden, wie sich Faktoren an anderen Stellen im Körper auf die Krankheit eines Patienten auswirken.

Bisher konzentrierten sich Studien zur Krebsbiologie hauptsächlich darauf, was Tumorzellen von gesunden Zellen unterscheidet. Aber es hat sich gezeigt, dass nicht alle Tumorzellen – auch innerhalb eines einzigen Tumors – gleich sind. Nur ein kleiner Bruchteil der Zellen eines Tumors kann die Fähigkeit haben, sich zu teilen und das Wachstum des Tumors aufrechtzuerhalten.

Diese Variabilität hat enorme klinische Konsequenzen, und wir wissen jetzt, dass es wichtig sein wird, den menschlichen Krebs auf Zellbasis zu verstehen. Mit neu entwickelten Methoden der Hochdurchsatzanalyse können Forscher nun DNA, RNA und Proteine ​​Tausender einzelner Zellen untersuchen, um diese Heterogenität zu charakterisieren und zu untersuchen, wie sie das Tumorwachstum, die Metastasierung und das Ansprechen der Patienten auf die Behandlung beeinflusst.

Es hat sich auch gezeigt, dass das Wachstum eines Tumors von mehr als der Zusammensetzung seiner eigenen Zellen abhängt. Ebenso entscheidend ist die Mikroumgebung, in der ein Tumor wächst, sowie die Kraft, mit der das körpereigene Immunsystem Krebserkrankungen erkennt und bekämpft. Eine große Herausforderung besteht darin, die Wechselwirkungen zwischen Tumoren und ihrer Mikroumgebung zu verstehen. Letztendlich müssen wir die Signale entschlüsseln, die Tumore an nahegelegene Immunzellen senden, und definieren, welche Aspekte der Umgebung eines Tumors dazu beitragen, zu bestimmen, ob er klein und gutartig bleibt oder ungehindert wachsen und sich ausbreiten kann.

Obwohl es noch viel über die zellulären Veränderungen zu lernen gibt, die Krebs verursachen, haben neue Genom- und Computertechnologien die Suche stark beschleunigt. Es gibt jetzt die Möglichkeit, Tausende von Tumoren von Patienten zu charakterisieren und zu vergleichen, was es Forschern ermöglicht, Faktoren zu identifizieren, die das Krebsrisiko beeinflussen, selbst wenn sie selten sind oder ihre individuelle Auswirkung relativ gering ist. Die Aufdeckung dieser Faktoren verspricht uns wichtige Krebswege aufzuzeigen und neue Interventionsmöglichkeiten aufzuzeigen.

Aufbauend auf dem langjährigen starken Portfolio von CCR in der Grundlagenforschung und der Fähigkeit der CCR-Hauptforscher, grundlegende Fragen der Biologie frei zu verfolgen, sind unsere Forscher gut positioniert, um weiterhin die grundlegenden zellulären Mechanismen aufzuklären, die allen Krebsarten zugrunde liegen. Wir erforschen auch die Mechanismen, die seltene, aber genetisch gut definierte Tumore verursachen, die als Modellsysteme zum Verständnis globaler anwendbarer Krebsmechanismen dienen können. Beschleunigt durch neueste Technologien versprechen die Untersuchungen grundlegender Mechanismen von Krebs nach wie vor neue und verbesserte diagnostische und therapeutische Ansätze.


2. Apoptose

Der Begriff "Apoptose" leitet sich von den griechischen Wörtern "απο" und "πτωσιζ" bedeutet "Abfallen" und bezeichnet das Fallen von Blättern von Bäumen im Herbst. Es wird im Gegensatz zur Nekrose verwendet, um die Situation zu beschreiben, in der eine Zelle beim Empfang bestimmter Reize aktiv einen Todeskurs einschlägt [7]. Ever da Apoptose von Kerr beschrieben wurde et al in den 1970er Jahren bleibt es eines der am besten untersuchten Prozesse in der biologischen Forschung [8]. Als hochselektiver Prozess ist die Apoptose sowohl unter physiologischen als auch unter pathologischen Bedingungen wichtig [9, 10]. Diese Bedingungen sind in Tabelle 1 zusammengefasst.

2.1 Morphologische Veränderungen bei der Apoptose

Morphologische Veränderungen des apoptotischen Zelltods, die sowohl den Zellkern als auch das Zytoplasma betreffen, sind bei allen Zelltypen und Spezies bemerkenswert ähnlich [11, 12]. Gewöhnlich werden mehrere Stunden vom Beginn des Zelltods bis zur endgültigen zellulären Fragmentierung benötigt.Die benötigte Zeit hängt jedoch vom Zelltyp, dem Stimulus und dem apoptotischen Weg ab [13].

Morphologische Kennzeichen der Apoptose im Zellkern sind Chromatinkondensation und Kernfragmentierung, die mit einer Aufrundung der Zelle, einer Verringerung des Zellvolumens (Pyknose) und einer Retraktion von Pseudopoden einhergeht [14]. Die Chromatinkondensation beginnt an der Peripherie der Kernmembran und bildet eine sichel- oder ringartige Struktur. Das Chromatin kondensiert weiter, bis es innerhalb einer Zelle mit intakter Membran zerfällt, ein Merkmal, das als Karyorrhexis bezeichnet wird [15]. Die Plasmamembran ist während des gesamten Prozesses intakt. Zu den morphologischen Merkmalen im späteren Stadium der Apoptose gehören Membranblasen, ultrastrukturelle Modifikation zytoplasmatischer Organellen und ein Verlust der Membranintegrität [14]. Normalerweise verschlingen phagozytische Zellen apoptotische Zellen, bevor apoptotische Körper entstehen. Aus diesem Grund wurde die Apoptose 1972 erst sehr spät in der Geschichte der Zellbiologie entdeckt und man sieht apoptotische Körper in vitro unter besonderen Bedingungen. Werden die Reste apoptotischer Zellen nicht wie im Falle einer künstlichen Zellkulturumgebung phagozytiert, werden sie einem nekrosenähnlichen Abbau unterzogen und der Zustand wird als sekundäre Nekrose bezeichnet [13].

2.2 Biochemische Veränderungen bei der Apoptose

Im Großen und Ganzen können bei der Apoptose drei Haupttypen biochemischer Veränderungen beobachtet werden: 1) Aktivierung von Caspasen, 2) DNA- und Proteinabbau und 3) Membranveränderungen und Erkennung durch phagozytische Zellen [16]. Zu Beginn der Apoptose kommt es in den äußeren Schichten der Zellmembran zur Expression von Phosphatidylserin (PS), das aus den inneren Schichten "herausgeflippt" wurde. Dies ermöglicht eine frühzeitige Erkennung abgestorbener Zellen durch Makrophagen, was zu einer Phagozytose ohne Freisetzung pro-inflammatorischer Zellkomponenten führt [17]. Darauf folgt eine charakteristische Aufteilung der DNA in große Stücke von 50 bis 300 Kilobasen [18]. Später kommt es zu einer internukleosomalen Spaltung der DNA in Oligonukleosomen in Vielfachen von 180 bis 200 Basenpaaren durch Endonukleasen. Obwohl dieses Merkmal für die Apoptose charakteristisch ist, ist es nicht spezifisch, da die typische DNA-Leiter in der Agarosegelelektrophorese auch in nekrotischen Zellen zu sehen ist [19]. Ein weiteres spezifisches Merkmal der Apoptose ist die Aktivierung einer Gruppe von Enzymen, die zur Familie der Cysteinproteasen gehören, die Caspasen genannt werden. Das "c" von "Caspase" bezieht sich auf eine Cystein-Protease, während sich "Aspase" auf die einzigartige Eigenschaft des Enzyms bezieht, nach Asparaginsäureresten zu spalten [16]. Aktivierte Caspasen spalten viele lebenswichtige zelluläre Proteine ​​und brechen das Kerngerüst und das Zytoskelett auf. Sie aktivieren auch DNAase, die die nukleäre DNA weiter abbaut [20]. Obwohl die biochemischen Veränderungen teilweise einige der morphologischen Veränderungen bei der Apoptose erklären, ist es wichtig anzumerken, dass biochemische Analysen der DNA-Fragmentierung oder Caspase-Aktivierung nicht verwendet werden sollten, um Apoptose zu definieren, da Apoptose ohne oligonukleosomale DNA-Fragmentierung auftreten und Caspase- unabhängig [21]. Während viele biochemische Assays und Experimente zum Nachweis von Apoptose verwendet wurden, hat das Nomenclature Committee on Cell Death (NCCD) vorgeschlagen, dass die Klassifizierung von Zelltod-Modalitäten ausschließlich auf morphologischen Kriterien beruhen sollte, da es keine eindeutige Äquivalenz zwischen ultrastrukturellen Veränderungen gibt und biochemische Zelltod-Eigenschaften [21].

2.3 Mechanismen der Apoptose

Das Verständnis der Mechanismen der Apoptose ist entscheidend und hilft beim Verständnis der Pathogenese von Zuständen als Folge einer gestörten Apoptose. Dies wiederum kann bei der Entwicklung von Medikamenten helfen, die auf bestimmte apoptotische Gene oder Signalwege abzielen. Caspasen sind zentral für den Mechanismus der Apoptose, da sie sowohl die Initiatoren als auch die Henker sind. Es gibt drei Wege, über die Caspasen aktiviert werden können. Die beiden häufig beschriebenen Initiationswege sind der intrinsische (oder mitochondriale) und der extrinsische (oder Todesrezeptor) Weg der Apoptose (Abbildung 1). Beide Wege führen schließlich zu einem gemeinsamen Weg oder der Ausführungsphase der Apoptose. Ein dritter weniger bekannter Initiationsweg ist der intrinsische Weg des endoplasmatischen Retikulums [22].

Die intrinsischen und extrinsischen Wege der Apoptose.

2.3.1 Der extrinsische Todesrezeptorweg

Der extrinsische Todesrezeptorweg beginnt, wie der Name schon sagt, wenn Todesliganden an einen Todesrezeptor binden. Obwohl mehrere Todesrezeptoren beschrieben wurden, sind die bekanntesten Todesrezeptoren der Typ-1-TNF-Rezeptor (TNFR1) und ein verwandtes Protein namens Fas (CD95) und ihre Liganden werden als TNF bzw. Fas-Ligand (FasL) bezeichnet [17]. Diese Todesrezeptoren haben eine intrazelluläre Todesdomäne, die Adapterproteine ​​wie die TNF-Rezeptor-assoziierte Todesdomäne (TRADD) und die Fas-assoziierte Todesdomäne (FADD) sowie Cysteinproteasen wie Caspase 8 rekrutiert [23]. Die Bindung des Todesliganden an den Todesrezeptor führt zur Bildung einer Bindungsstelle für ein Adapterprotein, und der gesamte Ligand-Rezeptor-Adapterprotein-Komplex ist als Death-inducing Signaling Complex (DISC) bekannt [22]. DISC initiiert dann den Zusammenbau und die Aktivierung von Pro-Caspase 8. Die aktivierte Form des Enzyms, Caspase 8, ist eine Initiator-Caspase, die die Apoptose einleitet, indem sie andere nachgeschaltete oder Henker-Caspasen spaltet [24].

2.3.2 Der intrinsische mitochondriale Weg

Wie der Name schon sagt, wird der intrinsische Weg innerhalb der Zelle initiiert. Innere Reize wie irreparable genetische Schäden, Hypoxie, extrem hohe Konzentrationen von zytosolischem Ca 2+ und schwerer oxidativer Stress sind einige Auslöser für die Initiierung des intrinsischen mitochondrialen Signalwegs [24]. Unabhängig von den Stimuli ist dieser Weg das Ergebnis einer erhöhten mitochondrialen Permeabilität und der Freisetzung pro-apoptotischer Moleküle wie Cytochrom-c in das Zytoplasma [25]. Dieser Signalweg wird eng reguliert durch eine Gruppe von Proteinen der Bcl-2-Familie, benannt nach dem BCL2-Gen, das ursprünglich am chromosomalen Bruchpunkt der Translokation von Chromosom 18 bis 14 beim follikulären Non-Hodgkin-Lymphom beobachtet wurde [26]. Es gibt zwei Hauptgruppen der Bcl-2-Proteine, nämlich die pro-apoptotischen Proteine ​​(zB Bax, Bak, Bad, Bcl-Xs, Bid, Bik, Bim und Hrk) und die anti-apoptotischen Proteine ​​(zB Bcl-2, Bcl-XL, Bcl-W, Bfl-1 und Mcl-1) [27]. Während die anti-apoptotischen Proteine ​​die Apoptose regulieren, indem sie die mitochondriale Freisetzung von Cytochrom-c blockieren, wirken die pro-apoptotischen Proteine, indem sie eine solche Freisetzung fördern. Nicht die absolute Menge, sondern die Balance zwischen den pro- und anti-apoptotischen Proteinen bestimmt, ob eine Apoptose eingeleitet wird [27]. Andere apoptotische Faktoren, die aus dem mitochondrialen Intermembranraum in das Zytoplasma freigesetzt werden, sind der Apoptose-induzierende Faktor (AIF), der zweite aus den Mitochondrien stammende Aktivator der Caspase (Smac), das direkte IAP-Bindungsprotein mit niedrigem pI (DIABLO) und das Omi/High-Temperature-Requirement-Protein A (HtrA2) [28]. Die zytoplasmatische Freisetzung von Cytochrom c aktiviert Caspase 3 über die Bildung eines Komplexes, der als Apoptosom bekannt ist und aus Cytochrom c, Apaf-1 und Caspase 9 besteht [28]. Andererseits fördert Smac/DIABLO oder Omi/HtrA2 die Caspase-Aktivierung durch Bindung an Inhibitoren von Apoptose-Proteinen (IAPs), was anschließend zu einer Störung der Interaktion von IAPs mit Caspase-3 oder -9 führt [28, 29].

2.3.3 Der gemeinsame Weg

Die Ausführungsphase der Apoptose beinhaltet die Aktivierung einer Reihe von Caspasen. Die stromaufwärts gelegene Caspase für den intrinsischen Weg ist Caspase 9, während die des extrinsischen Weges die Caspase 8 ist. 30]. Darüber hinaus induzieren stromabwärts gelegene Caspasen die Spaltung von Proteinkinasen, Zytoskelettproteinen, DNA-Reparaturproteinen und inhibitorischen Untereinheiten der Endonukleasenfamilie. Sie wirken sich auch auf das Zytoskelett, den Zellzyklus und die Signalwege aus, die zusammen zu den typischen morphologischen Veränderungen der Apoptose beitragen [30].

2.3.4 Der intrinsische Weg des endoplasmatischen Retikulums

Dieser intrinsische Weg des endoplasmatischen Retikulums (ER) ist ein dritter Weg und weniger bekannt. Es wird angenommen, dass es Caspase 12-abhängig und Mitochondrien-unabhängig ist [31]. Wenn das ER durch zellulären Stress wie Hypoxie, freie Radikale oder Glukosemangel geschädigt wird, kommt es zu einer Entfaltung von Proteinen und einer reduzierten Proteinsynthese in der Zelle, und ein Adapterprotein, das als TNF-Rezeptor-assoziierter Faktor 2 (TRAF2) bekannt ist, dissoziiert von Procaspase-12. was zur Aktivierung des letzteren führt [22].


Zielgerichtete BCL-2-regulierte Apoptose bei Krebs

Die Fähigkeit einer Zelle zur mitochondrialen Apoptose wird durch pro- und anti-apoptotische Mitglieder der BCL-2-Proteinfamilie bestimmt. Das Gleichgewicht zwischen pro- und anti-apoptotischen BCL-2-Proteinen gewährleistet eine angemessene Regulierung des programmierten Zelltods während der Entwicklung und erhält die Gesundheit des Organismus. Wenn sie nicht ausbalanciert ist, kann die BCL-2-Familie als Barriere für die Apoptose wirken und die Tumorentwicklung und die Resistenz gegen Krebstherapien erleichtern. Hier diskutieren wir die BCL-2-Familie, ihre Deregulation bei Krebs und neuere pharmazeutische Entwicklungen, um bestimmte Mitglieder dieser Familie als Krebstherapie anzusprechen.

1. Einleitung

Apoptose ist eine Form des regulierten Zelltods, die als Reaktion auf Entwicklungssignale oder zellulären Stress ausgelöst wird. Dieser selektive Zellselbstmord spielt eine wesentliche Rolle bei zahlreichen physiologischen und pathologischen Prozessen, einschließlich Entwicklung, Immunität und Krankheit, wobei die Beseitigung beschädigter oder überflüssiger Zellen dazu beiträgt, die Gesundheit des Organismus zu gewährleisten [1].

Es gibt zwei apoptotische Wege – den extrinsischen Weg (aktiviert durch Liganden-Angriff von Zelloberflächentodrezeptoren) und den intrinsischen (mitochondrialen) Weg. Diese Übersicht konzentriert sich auf die BCL-2-Familie von Proteinen, die die Aktivierung des intrinsischen apoptotischen Signalwegs als Reaktion auf zellulären Stress wie DNA-Schäden, -Bestrahlung, Onkogenaktivierung und Wachstumsfaktorentzug regulieren.

Jüngste pharmazeutische Fortschritte haben es ermöglicht, Protein-Protein-Wechselwirkungen in der BCL-2-Familie (B-Zell-Lymphom 2) gezielt zu bekämpfen [2–4]. Frühe klinische Ergebnisse bei hämatologischen Krebserkrankungen sind vielversprechend. Diese Übersicht wird die Regulation des apoptotischen Signalwegs durch die BCL-2-Familie, ihre Störung bei Krebs und ihre Nützlichkeit als therapeutische Ziele zusammenfassen.

2. Die BCL-2-Familie

Das Gründungsmitglied, BCL-2, wurde zuerst durch Chromosomenkartierung in follikulären Lymphomen identifiziert, bei denen die konstitutive BCL-2-Expression vom Immunglobulin-Locus durch die t[1218]-Translokation gesteuert wird [5–7]. Im Gegensatz zum Zellwachstum und den proliferativen Funktionen anderer damals bekannter Onkoproteine ​​wurde festgestellt, dass BCL-2 die Onkogenese durch Zelltodresistenz erleichtert [8,9]. In den folgenden Jahren wurden dieser Familie über 15 Proteine ​​hinzugefügt, von denen jedes eine oder mehrere BCL-2-Homologie-(BH)-Domänen enthält, und funktionelle Studien haben eine Gruppierung in drei Klassen ermöglicht (Abbildung 1).

Abbildung 1. Die BCL-2-Familie besteht aus pro-survival- und pro-apoptotischen Proteinen. Mitglieder der BCL-2-Familie zeigen Sequenzhomologie zu BCL-2 in einer oder mehreren BH-Domänen (BCL-2-Homologie). Diese Proteine ​​können in Pro-Survival- und Pro-Apoptose-Proteine ​​unterteilt werden. Innerhalb der pro-apoptotischen Mitglieder gibt es eine weitere Unterteilung zwischen der Multi-BH-Domäne enthaltenden Effektorproteine ​​und solchen Proteinen, deren einzige Homologieregion zu BCL-2 BH3 ist (bekannt als BH3-only-Proteine). Die Membraninsertion wird durch Transmembrandomänen (TMD) vermittelt, die in Pro-Survival-, Effektor- und einigen BH3-only-Proteinen (*BIM, BIK und HRK) vorhanden sind.

In der Familie besteht eine klare Trennung zwischen Mitgliedern, die die Funktion haben, Apoptose zu verhindern (pro-survival oder anti-apoptotisch) und solchen, die Apoptose induzieren (pro-apoptotic). Die Mitglieder der pro-apoptotischen BCL-2-Familie können weiter unterteilt werden in die Multi-BH-Domänen-Effektorproteine ​​(die BH1-, BH2- und BH3-Domänen enthalten) und BH3-only-Proteine ​​(die einzige Homologieregion zu BCL-2 ist BH3) (Abbildung 1).

Physische Interaktion zwischen überlebensfördernden und pro-apoptotischen Familienmitgliedern kann die Zelle gegen das Einsetzen einer mitochondrial vermittelten Apoptose puffern. Strukturstudien haben gezeigt, dass die BH1-, BH2- und BH3-Regionen zusammen eine hydrophobe Tasche bilden, die von der amphipathischen α-helikalen BH3-Domäne von pro-apoptotischen BCL-2-Proteinen gefüllt werden kann [10,11]. Das Gleichgewicht dieser Interaktion gewährleistet eine angemessene apoptotische Regulation als Reaktion auf Entwicklungssignale und zellulären Stress. In einem einfachen Modell wird die Apoptose in Schach gehalten, wenn pro-survival-Proteine ​​vorherrschen: Wenn pro-apoptotische Proteine ​​vorherrschen, wird Apoptose ausgelöst. Die Lokalisierung und Konformation von BCL-2-Proteinen ist jedoch auch bei der Regulation der Aktivität wichtig.

3. Überlebensfördernde BCL-2-Proteine

Pro-Survival-Proteine ​​wie BCL-XL, MCL-1, BFL1 (A1 in der Maus) und BCL-W enthalten mehrere Homologiebereiche zu BCL-2 (Abbildung 2). Jedes dieser Proteine ​​kommt in vielen Zelltypen/Geweben vor und häufig kommt es zur Co-Expression mehrerer überlebensfördernder Proteine. Die relativen Expressionsniveaus können je nach Zelltyp und Entwicklungsweise variieren und werden vielleicht am besten im hämatopoetischen System charakterisiert. Dynamische Muster der überlebensfördernden BCL-2-Genexpression treten beispielsweise während der B-Lymphozyten-Entwicklung mit Bclx früh in der B-Zell-Entwicklung exprimiert werden, Mcl1 und Bcl2 Expression im Allgemeinen mit zunehmender B-Zell-Reife und A1 Niveaus, die in den Zwischenstadien ihren Höhepunkt erreichen [12]. Auf diese Weise spielen verschiedene Überlebenskünstler in unterschiedlichen Entwicklungsstadien eine Schlüsselrolle.

Abbildung 2. Wechselwirkungen der BCL-2-Familie regulieren die mitochondriale äußere Membranpermeabilisierung (MOMP). Die Interaktion zwischen überlebensfördernden und pro-apoptotischen BCL-2-Proteinen legt einen Schwellenwert für die Aktivierung der Apoptose fest. BCL-2-ähnliche Pro-Survival-Proteine ​​hemmen die BAX/BAK-Aktivierung, während nur BH3-Proteine ​​die BAX/BAK-Oligomerisierung fördern. Medikamente, die die Wirkung von reinen BH3-Proteinen nachahmen, führen indirekt zur BAX/BAK-Aktivierung. Dies ermöglicht MOMP, Apoptosomenbildung und anschließende Caspase-Aktivierung und Apoptose.

Die Spiegel der überlebensfördernden BCL-2-Proteine ​​können auch durch den Proteinumsatz reguliert werden. BCL-2 und BCL-XL sind relativ stabile Proteine ​​(z. B. Halbwertszeit von BCL-2 ca. 20 h) [13]. Im Gegensatz dazu ist der Proteinumsatz von MCL-1 und A1 konstitutiv durch Polyubiquitinierung und proteosomalen Abbau (gespiegelt in ihren kurzen Halbwertszeiten ca. 30 bzw. ca. 15 min) [14–17]. Auf diese Weise tragen die Spiegel von MCL-1 und A1 dazu bei, dynamische Reaktionen auf Stimuli des Zelltods zu erleichtern.

Studien zur Gendeletion haben eine wesentliche und nicht redundante Rolle von überlebensfördernden BCL-2-Proteinen bei Mäusen gezeigt. Während die Embryogenese in Abwesenheit von normal verläuft Bcl2, zeigen defiziente Mäuse postnatale Wachstumsretardierung, vorzeitiges Ergrauen, apoptotische Rückbildung von Milz/Thymus und erliegen einer frühen Mortalität durch polyzystische Nierenerkrankung mit veränderter Nierenzelldifferenzierung und erhöhter Apoptose [18]. Jung Bcl2 −/− Mäuse haben normale hämatopoetische Populationen, die jedoch nicht aufrechterhalten werden, mit einem bemerkenswerten Verlust an peripheren B- und T-Lymphozyten-Populationen [18,19]. Diese Phänotypen können durch den Verlust von ein oder zwei . umgekehrt werden Bim Allele (die für ein nur BH3-pro-apoptotisches Mitglied der BCL-2-Familie kodieren), was darauf hinweist, dass die Sequestrierung von BIM die Hauptfunktion von BCL-2 ist [20].

Löschung von Bclx ist um den 13. Tag des Embryos tödlich mit ausgedehnter neuronaler und hämatopoetischer Apoptose [21], Verlust von Bim kann den hämatopoetischen, aber nicht den neuronalen Phänotyp retten bclx Nullembryonen [22]. Bei erwachsenen Mäusen akute Deletion von Bclx wird vertragen (Tiere wurden 1 Monat lang beobachtet), führte aber immer noch zu schwerer Anämie, im Einklang mit Bclx für das Überleben von Retikulozyten erforderlich ist [23]. Im Gegensatz zur Embryogenese, Verlust von bim konnte die Erythropoese bei Erwachsenen nicht wiederherstellen [23].

Löschungsstudien von A1 war bis vor kurzem unvollständig, als der Knockout aller drei funktionellen Isoformen von A1 bei Mäusen erreicht wurde. Überraschenderweise scheint die A1-Funktion weitgehend redundant zu sein, mit nur geringen Auswirkungen auf Untergruppen von Zellen im hämatopoetischen System [24]. Auch die Funktion von BCL-W erscheint für eine normale Entwicklung und Gesundheit meist entbehrlich, aber Bclw-mangelhafte Männer sind aufgrund eines Defekts in der Spermatogenese unfruchtbar [25,26].

Innerhalb der BCL-2-Familie ist der Phänotyp der Mcl1 Knockout-Maus ist am schwersten. Mcl1 Mangel führt zu einer frühen Letalität im Präimplantationsstadium, aber diese Blastozysten zeigten keinen Hinweis auf eine erhöhte Apoptose [27], was einen Hinweis auf eine nicht-apoptotische Rolle von MCL-1 liefert. Studien zur bedingten Deletion an der erwachsenen Maus haben auch eine wesentliche Rolle für MCL-1 in zahlreichen Zelltypen gezeigt, darunter T- und B-Lymphozyten [28], hämatopoetische Stammzellen [29], Kardiomyozyten [30,31], Hepatozyten [32], neuronale Vorläufer [33] und Neutrophile, aber keine Makrophagen [34,35], Brustepithel oder Megakaryozyten [36,37].

Interessanterweise hatte ein MCL-1-Mangel allein in Megakaryozyten keinen Einfluss, wenn er mit dem Verlust von Bclx dies verursachte eine embryonale oder vor der Entwöhnung tödliche Letalität, die auch weitaus dramatischer ist als der beeinträchtigte Phänotyp der Thrombozytenausscheidung, der bei einem Verlust von nur gefunden wird Bclx [36,37]. Dies könnte durch gemeinsames Löschen von gerettet werden Bax/Bak [37], veranschaulicht aber deutlich die Co-Abhängigkeit bestimmter Zelltypen von mehreren Pro-Survival-Proteinen. Diese Co-Abhängigkeit wurde in einer kürzlich durchgeführten Studie an Immunpopulationen, bei denen durch genetische und pharmakologische Methoden auf multiple Pro-Survival-Proteine ​​abgezielt wurde, in elegantem Detail gezeigt [38]. Während Gen-Knockout-Studien viele Einblicke in Zelltypen gegeben haben, in denen einzelne Pro-Survival-Proteine ​​eine dominante Rolle spielen, wurde daher wahrscheinlich das Ausmaß ihres Beitrags zum Zellüberleben in vielen anderen Zelltypen unterschätzt. Tatsächlich kann die Summenwirkung aller vorhandenen Pro-Survival-Proteine ​​für das Überleben wichtiger sein als die Expressionsniveaus eines einzelnen Proteins. Dies ist eine wichtige Überlegung für das therapeutische Targeting von überlebensfördernden BCL-2-Proteinen und die Minimierung von Schäden an normalem Gewebe.

4. Pro-apoptotische BCL-2-Mitglieder

Pro-apoptotische BCL-2-Proteine ​​fallen in zwei Unterklassen (Abbildung 2). Nur BH3-Proteine ​​wie BIM, BAD, BID, NOXA, PUMA, BMF, HRK und BIK zeigen nur Homologie zur BH3-Domäne von BCL-2. Die Effektorproteine ​​BAX, BAK und BOK enthalten mehrere BH-Domänen und Strukturstudien von BAX zeigten, dass die dreidimensionale Konformation des Effektorproteins der von überlebensfördernden BCL-2-Proteinen ähnelt [39]. Wie die Pro-Survival-BCL-2-Proteine ​​werden mehrere pro-apoptotische Proteine ​​gleichzeitig in Zellen exprimiert.

Eine Hochregulierung von nur BH3-Proteinen kann auf transkriptionaler/posttranslationaler Ebene als Reaktion auf Stress auftreten, um den Zelltod auszulösen. Zum Beispiel, Puma und Noxa sind Transkriptionsziele des p53-Tumorsuppressors und ihre Expression wird als Reaktion auf zytotoxische Stimuli, die p53 aktivieren, erhöht, obwohl PUMA auch als Reaktion auf p53-unabhängige apoptotische Stimuli wichtig ist [40]. Nur BH3-Proteine ​​können auch durch posttranslationale Modifikation reguliert werden. Die Phosphorylierung von BAD führt zur Sequestrierung durch 14-3-3-Proteine ​​im Zytosol, wo es keine pro-apoptotischen Funktionen ausüben kann [41]. Es existieren andere Aktivierungsmechanismen, wie beispielsweise eine veränderte zelluläre Lokalisation. Volllängen-BID befindet sich im Zytosol, aber nach Spaltung durch Caspase 8 (stromabwärts der Todesrezeptor-Signalgebung im extrinsischen apoptotischen Weg) wird ein verkürztes Produkt (tBID) gebildet, das in der Lage ist, sich in die Mitochondrien zu lokalisieren und die Apoptose zu aktivieren [42] .

BAX und BAK enthalten membranverankernde C-terminale Schwänze und während BAK konstitutiv an die äußere mitochondriale Membran gebunden ist, erscheint BAX in gesunden Zellen zytosolisch [43]. BAX und (in geringerem Maße) BAK befinden sich jedoch tatsächlich in einem dynamischen Gleichgewicht zwischen Zytosol und Membranen und werden durch überlebensfördernde BCL-2-Proteine ​​konstitutiv in das Zytosol retrotransloziert [44–46]. In Abwesenheit anderer BCL-2-Proteine ​​wird BAX wie BAK membranlokalisiert [45].

Der Aktivierungsmechanismus von BAX/BAK durch reine BH3-Proteine ​​wurde intensiv diskutiert. Es gibt Hinweise darauf, dass einige nur BH3-Proteine ​​„Aktivatoren“ sind: In diesem Modell können BIM, tBID und PUMA direkt mit BAX/BAK interagieren, um ihre Konformationsänderung auszulösen [47,48]. Die anderen BH3-only-Proteine ​​in diesem Modell haben die Funktion von „Sensibilisatoren“, deren Bindung an BCL2-ähnliche Pro-Survival-Proteine ​​„Aktivator“-BH3-only-Proteine ​​freisetzt [47,48]. Es wurde auch ein alternatives, „indirektes“ Modell vorgeschlagen, bei dem überlebensfördernde BCL-2-Proteine ​​ihre Funktion durch direkte Interaktion mit BAX/BAK ausüben und nur BH3-Proteine ​​so wirken, dass sie überlebensfördernde Proteine ​​von BAX/BAK sequestrieren. Solche Wechselwirkungen hängen nicht immer von BH3-Domänen ab, da die Dimerisierung der Transmembrandomäne (TMD) auch in der äußeren mitochondrialen Membran stattfindet. Dies wurde in nicht-apoptotischen Zellen beobachtet und könnte auf eine Konkurrenz zwischen den TMDs von Pro-Survival-Proteinen wie BCL-2 und BCL-XL hinweisen, um die BAX/BAK-Homo-Oligomerisierung zu verhindern [49].

Kürzlich wurde Genome Editing verwendet, um alle bekannten BH3-only-Proteine ​​(insgesamt acht) in HCT116-Zellen zu zerstören, um diese Zellen resistent gegen stressinduzierte Apoptose zu machen [50]. Interessanterweise sind Behandlungen, die MCL-1- und BCL-XL-induzierte Apoptose herunterregulieren/zielen, mit einer äquivalenten Kinetik wie bei Zellen, die nur für BH3-Proteine ​​geeignet sind, was zeigt, dass bekannte BH3-Proteine ​​für die BAX/BAK-Aktivierung nicht erforderlich sind [50] . Stattdessen reicht die Assoziation mit der mitochondrialen Außenmembran aus, um die Homo-Oligomerisierung von BAX/BAK in Abwesenheit von überlebensfördernden BCL-2-Proteinen voranzutreiben [50]. Unabhängig davon, welches Modell in einem bestimmten Zelltyp/in einer bestimmten Situation aktiv ist, ist das Ergebnis eines relativen Anstiegs der Spiegel von pro- versus anti-apoptotischen BCL-2-Proteinen das gleiche und die C-Termini von BAX/BAK unterliegen einer Konformationsänderung, die ermöglicht die Dimerisierung [51,52]. Die wechselseitige Wechselwirkung zwischen der BH3-Domäne eines Moleküls und der hydrophoben Furche eines anderen führt zu symmetrischen Homodimeren (obwohl sich auch Heterodimere von BAX/BAK auf diese Weise bilden können) und ihre Verknüpfung führt zu einer Oligomerisierung höherer Ordnung [53, 54]. Diese Oligomere zeichnen Bögen, Linien oder ringförmige Strukturen in der äußeren Mitochondrienmembran ab [55,56]. Diese mitochondriale äußere Membranpermeabilisierung (MOMP) ermöglicht die Freisetzung von löslichen Proteinen aus dem mitochondrialen inneren Membranraum wie Cytochrom C das an APAF-1 (apoptotic protease activating factor 1) bindet, seine Oligomerisierung fördert und an Pro-Caspase 9 bindet – und einen Komplex bildet, der als Apoptosom bezeichnet wird. Am Apoptosom wird Pro-Caspase-9 durch Dimerisierung aktiviert, die wiederum die Henker-Caspasen-3 und -7 spaltet und aktiviert, um die Massenproteolyse voranzutreiben, die zur DNA-Fragmentierung, Chromatinkondensation und zum Abbau der Zelle führt. Es ist wichtig anzumerken, dass der mitochondriale Weg durch die Spaltung von BID durch Caspase 8 auch zur Todesrezeptor-vermittelten Apoptose beiträgt, tatsächlich werden BAX/BAK in vielen Fällen für die rezeptorvermittelte Apoptose benötigt [57,58].

In vivo Die Analyse legt nahe, dass die Funktion von BAX und BAK in physiologischen Umgebungen weitgehend redundant ist, nur eine Minderheit der Doppel-Knockout-Mäuse überleben das Erwachsenenalter [59], aber eine Kopie von beiden reicht aus, um eine normale Entwicklung zu ermöglichen. In Abwesenheit von BAX/BAK wird die Apoptose als Reaktion auf fast alle Stimuli beeinträchtigt, die ihre Notwendigkeit für die Initiation von MOMP zeigen [60]. Weniger gut untersucht ist BOK ein zusätzliches pro-apoptotisches BCL-2-Protein mit mehreren Domänen, das durch seine Wechselwirkung mit MCL-1 identifiziert wurde [61], obwohl spätere Studien darauf hindeuteten, dass BOK nicht mit überlebensfördernden BCL-2-Proteinen interagiert [62,63]. BOK-Transkripte sind in vielen Geweben von Mäusen vorhanden [64], aber das Protein ist aufgrund des Umsatzes durch Ubiquitylierung und des durch das Proteasom vermittelten endoplasmatischen Retikulum-assoziierten Abbaus kurzlebig [63].

BOK zeigt eine starke Homologie zu BAX und BAK, und seine Rolle bei der apoptotischen Regulation wurde kürzlich umfassend untersucht. BOK-defiziente Mäuse erscheinen normal [64], aber eine erzwungene BOK-Expression kann die Apoptose in einer Reihe von Zelltypen fördern, und es wird diskutiert, ob dies BAX/BAK erfordert [62–67]. Endogenes BOK wird hauptsächlich in den Membranen des Golgi-Apparats und des endoplasmatischen Retikulums (ER) gefunden und eine Funktion bei der ER-Stressantwort wurde vorgeschlagen [62,65]. In jüngerer Zeit wurde gezeigt, dass die Fähigkeit von Proteasom-Inhibitoren, Apoptose in BAX/BAK-defizienten MEF- oder HCT116-Zellen zu induzieren, eine BOK-Expression erfordert, aber dies war unabhängig von überlebensfördernden Proteinen der BCL-2-Familie [63]. Im Moment scheint die Rolle von BOK sicherlich einzigartig zu sein und erfordert weitere Untersuchungen.

5. Bevorzugte Interaktionen

Wie oben diskutiert, wird ein Spezifitätsniveau durch das unterschiedliche Expressionsmuster, die zelluläre Lokalisierung, die posttranslationale Aktivierung und den Umsatz von Proteinen der BCL-2-Familie gewährleistet. Eine weitere Komplexitätsebene wurde durch biochemische und zellbiologische Studien aufgedeckt, die unterschiedliche Bindungsaffinitäten bestimmter BH3-only-Proteine ​​für Pro-Survivals zeigten [68,69]. Während nur BH3-Proteine ​​wie BIM, PUMA und tBID mit hoher Affinität an alle überlebensfördernden Proteine ​​binden, sind andere in ihrer Interaktion selektiver. BAD interagiert beispielsweise bevorzugt mit BCL2, BCL-XL und BCL-W, während NOXA eine reziproke Interaktionspräferenz nur für MCL-1 und A1 zeigt (Abbildung 3). Eine weitere Komplexität wird durch die Bevorzugung von BH3-only-Proteinen zur Aktivierung von BAX oder BAK hinzugefügt. Während BIM und BID das gleiche Repertoire an Pro-Survival-Proteinen binden (Abbildung 3), wurde eine Präferenz von BID zur Vermittlung der Apoptose durch BAK gezeigt [70,71], während BIM eine Präferenz für BAX [70] oder keine Präferenz [71] , wurde beobachtet. Domain-Swap-Experimente haben gezeigt, dass diese Effekte durch die BH3-Sequenz der BH3-only-Proteine ​​bestimmt werden und vom Zelltyp abhängen [71].

Abbildung 3. Spezifische Interaktionen von BH3-only mit Pro-Survival-Proteinen. Einige BH3-only-Proteine ​​(BIM, PUMA und BID) sind promiskuitiv und können alle überlebensfördernden BCL-2-Proteine ​​binden, während andere (BAD und NOXA) ein eingeschränkteres Bindungsmuster aufweisen.

Eine zusätzliche Komplexitätsebene wird mit Spezifität in Pro-Survival-Proteinen für die BAK- versus BAX-Aktivierung hinzugefügt. MCL-1 und BCL-XL schränken BAK ein, BCL-2 jedoch nicht [72], und es ist die BH3-Domäne von BAK, die diese Assoziationen bestimmt [71].

5.1. Erhöhte überlebensfördernde BCL-2-Proteine ​​bei Krebs

Die Vermeidung der Apoptose kann die onkogene Transformation in mehreren Stadien unterstützen, indem sie ein anhaltendes Tumorwachstum, das Überleben während des Metastasierungsprozesses und die Resistenz gegen die Therapie erleichtert. Daher ist es nicht überraschend, dass bei vielen Krebsarten eine erhöhte Expression von überlebensfördernden BCL-2-Proteinen gefunden wird. Diese Hochregulierung kann durch eine Vielzahl von Mechanismen erfolgen, einschließlich chromosomaler Translokation, Genamplifikation, erhöhter Genexpression/-translation oder Proteinstabilität, wobei verschiedene Mechanismen und alternative Pro-Survival-BCL-2-Proteinerhöhungen bei bestimmten Krebsarten stärker ausgeprägt zu sein scheinen.

neben dem Bcl2 t(1218)-Translokation, die zuerst bei follikulären Lymphomen (und anschließend bei diffusen großzelligen Lymphomen [73]) gefunden wurde, ist die Translokation von Genen der BCL-2-Familie bei verschiedenen Krebsarten nicht üblich und scheint auch bei anderen Überlebensvorteilen vorzukommen Mitglieder. Interessanterweise ist die t(1418)-Translokation von Bcl2 wurde auch in peripheren Blutlymphozyten von gesunden Personen gefunden [74] und die Modellierung dieser Translokation in B-Zellen von Mäusen ist nur schwach tumorigen [75]. Zusammengenommen legen diese Daten nahe, dass diese Translokation nicht offen onkogen ist.

Die Zunahme der Genkopienzahl bei überlebensfördernden BCL-2-Mitgliedern bei Krebs ist weiter verbreitet als die Translokation. Die transgene Modellierung der Zunahme von Pro-Survival-Proteinen war meist auf die hämatopoetischen Systeme beschränkt, in denen eine Erhöhung von Bcl2, Mcl1 oder Bclx prädisponiert für die Entwicklung von Lymphomen, wenn auch mit langer Latenz und unvollständiger Penetranz. Verstärkung von MCL1 und BCL2L1 (kodiert BCL-XL) in einer Studie mit über 3000 Proben, die 26 Tumorarten repräsentieren, als einer der häufigsten Chromosomenzuwächse [76]. Es ist interessant, dass diese Amplifikationen außerhalb von hämatopoetischen Krebsarten, die die traditionelle Nische für Studien zur tumorigenen Rolle der BCL-2-Mitglieder waren, prominent waren. Tatsächlich bestätigt die Analyse der Daten des Cancer Genome Atlas (TCGA) durch cBioportal [77] die Prävalenz von MCL1, und in geringerem Maße BCL2L1, Amplifikation bei vielen soliden Krebsarten (Abbildung 4). Auch hier scheint es Spezifität zwischen Familienmitgliedern zu geben, da BCL2, BCL2A1 (BFL) und BCL2L2 (BCL-W) Amplifikation sind viel seltener. In Übereinstimmung mit einer pro-Tumor-Rolle war auch eine Mutation oder Deletion von überlebensfördernden BCL2-Proteinen selten (Abbildung 4). Während die Pro-Survival-BCL-2-Expression allein leicht onkogen ist, ist der Erwerb zusätzlicher genetischer Treffer eindeutig für die Tumorbildung erforderlich. Co-Amplifikation von MEIN C mit MCL-1 oder BCLX häufig bei Krebs [76] und in Zellkultur- und Mausmodellen erhöhte BCL-2-ähnliche Proteine, und MYC ist eine potente onkogene Kombination [83–87].

Abbildung 4. Häufigkeit genomischer Veränderungen von überlebensfördernden BCL-2-Proteinen bei Krebs. Häufigkeit der Amplifikation (Kreis), Mutation (Dreieck) oder Deletion (Quadrat) von überlebensfördernden BCL-2-Mitgliedern bei einer Reihe von Krebsarten. Daten aus TCGA-Studien durch cBioportal [77]. BCL-2 (schwarz), BCL-XL (BCL2L1 blau), MCL-1 (rot), BFL (BCL2A1 grau), BCL-W (BCL2L2 lila). AML, akute myeloische Leukämie [78], 173 Fälle. Blase, Urothelkarzinom Natur (TCGA vorläufig), 408 Fälle. Brust, invasives Karzinom (TCGA vorläufig), 1100 Fälle. GBM, Glioblastom [79], 166 Fälle. HNSCC, Kopf-Hals-Plattenepithelkarzinom (TCGA vorläufig), 522 Fälle. ccRCC, Nierenklarzellkarzinom [80], 534 Fälle. Lungenadenokarzinom (TCGA vorläufig), 517 Fälle. Schilddrüsen-, papilläres Schilddrüsenkarzinom [81], 509 Fälle. Magen-Adenokarzinom (TCGA vorläufig), 415 Fälle. Uterus, Corpus Endometriumkarzinom [82], 177 Fälle.

Eine erhöhte Transkription von Pro-Survival-Proteinen kann auch deren Expression bei Krebs erhöhen und eine erhöhte Transkription/Translation scheint für die Regulierung der MCL-1-Spiegel wichtig zu sein. Bei chronischer lymphatischer Leukämie (CLL) wurde beispielsweise gezeigt, dass c-ABL eine hohe MCL-1-mRNA- und Proteinexpression durch STAT3/NF-κB fördert [88]. In ähnlicher Weise wurde in einem Mausmodell der akuten lymphatischen B-Zell-Leukämie (B-ALL) gezeigt, dass das BCR-ABL-Onkoprotein eine hohe MCL-1-Expression bewirkt, die für die Leukemogenese essentiell ist [89].

Erhöhte Auswirkungen der Proteintranslation auf die MCL-1- und BCL-XL-Spiegel und MCL-1 wurde als nachgeschalteter Mediator der onkogenen Wirkung des Translationsinitiationsfaktors eIF4e identifiziert [90]. Eine Störung von Signalwegen, die die MCL-1-Proteinstabilität regulieren, tritt auch bei Krebs auf (z. B. der Verlust oder die Mutation von FBW7 hemmt den MCL-1-Abbau und ist mit Tumorentstehung und Chemotherapieresistenz verbunden [91,92]). Daher kann neben genetischen Veränderungen bei Mitgliedern der BCL-2-Familie auch die Aktivierung onkogener Signalwege die Pro-Survival-Proteinspiegel erhöhen.

Es ist wichtig zu bedenken, dass die Beobachtung hoher Spiegel an überlebensfördernden BCL-2-Proteinen bei Krebs nicht unbedingt auf eine starke apoptotische Resistenz hinweisen muss. Eine Erhöhung von BCL-2 sensibilisiert tatsächlich für Apoptose, die durch das auf BCL-2/BCL-XL/BCL-W gerichtete Medikament ABT-737 durch Freisetzung hoher BIM-Spiegel, die in BIM/BCL-2-Komplexen enthalten sind, induziert wird [93]. Auf diese Weise kann eine Zelle als auf den Tod vorbereitet betrachtet werden, nahe der Schwelle, die für die Apoptose-Induktion erforderlich ist, und die Messung des Niveaus des mitochondrialen Primings in Zellen kann verwendet werden, um das Ansprechen auf eine Chemotherapie vorherzusagen [94,95].

Veränderungen der überlebensfördernden BCL2-Proteine ​​könnten über die Krebsgenese hinaus von Bedeutung sein, da hohe MCL-1-Expressionsspiegel bei der Diagnose mit einer schlechten Prognose bei Brustkrebs korrelieren [96] und die MCL-1-Amplifikation bei behandlungsresistenten Brustkrebsen prominent ist [97] , was darauf hindeutet, dass dies eine Quelle für eine angeborene und erworbene Resistenz gegen die Krebstherapie sein könnte. Solche Assoziationen gelten im Allgemeinen nicht für überlebensfördernde BCL-2-ähnliche Proteine, und hohe BCL-2-Spiegel sind tatsächlich mit einer guten Prognose bei Brustkrebs verbunden [98–101].

5.2. Verminderte pro-apoptotische BCL-2-Proteine ​​bei Krebs

Eine verminderte Expression von pro-apoptotischen BCL-2-Proteinen hat das gleiche funktionelle Ergebnis wie eine erhöhte pro-survival-Expression bei Krebs. Gendeletionsstudien an Mäusen zeigen keine starke onkogene Wirkung einer verminderten BH3-only-Proteinexpression. Mit Ausnahme von BAD-Knockout-Mäusen, die einem spät einsetzenden Lymphom erliegen [102], prädisponiert ein Mangel an einzelnen BH3-only-Proteinen Mäuse nicht für die Tumorentwicklung [103]. Eine funktionelle Redundanz zwischen reinen BH3-Proteinen könnte dies erklären, jedoch ist die zusammengesetzte Deletion mehrerer BH3-nur-Proteine ​​immer noch nur schwach tumorfördernd, wobei Autoimmunität zur Morbidität beiträgt [104].

Ähnlich wie die Überexpression von überlebensfördernden BCL2-ähnlichen Proteinen ist der Verlust von nur BH3-Proteinen nicht offen onkogen, kann aber die Lymphomentwicklung im Zusammenhang mit erhöhtem MYC dramatisch beschleunigen. BIM scheint in diesem Zusammenhang am stärksten zu sein, wobei die Deletion sogar eines einzelnen Allels von BIM dramatische Auswirkungen hat [105].

Von Krebstherapeutika, die die p53-Antwort aktivieren, würde vorhergesagt, dass sie PUMA und NOXA hochregulieren, und Apoptoseresistenz könnte durch ihre Herunterregulierung vermittelt werden. Tatsächlich ist die Deletion des für PUMA kodierenden Gens (BBC3) tritt bei einer Reihe von Krebsarten auf [76] und andere Mechanismen können die PUMA-Expression verringern, wie z. B. die Promotor-Methylierung [106].

5.3. Veränderte Expression von Effektorproteinen

Die Eliminierung oder Herunterregulierung von apoptotischen Effektorproteinen wie BAX/BAK ist ein wirksamer Weg, um die mitochondrial vermittelte Apoptose in Zellkultursystemen zu deaktivieren. Da die Funktionen von BAX und BAK weitgehend redundant sind und eine Kopie von beiden eine normale Entwicklung ermöglicht, würde eine Aufhebung ihrer Aktivität den Verlust aller vier Allele erfordern. Es gibt nur begrenzte Hinweise darauf, dass dies bei Krebs auftritt und die BAX/BAK-Spiegel bei Mäusen und Menschen mit dem Alter natürlich abnehmen [107]. Es ist wichtig zu beachten, dass Lokalisation und Konformation noch wichtiger sein können als absolute BAX/BAK-Werte. Beispielsweise ist bei akuter myeloischer Leukämie (AML) mitochondrial lokalisiertes BAX sowohl mit einer erhöhten apoptotischen Sensitivität als auch mit einer verbesserten Patientenprognose assoziiert [108]. Gendeletionsstudien an Mäusen deuten nicht auf eine tumorsuppressive Rolle für BAX oder BAK hin, wenn sie einzeln ausgeknockt werden (vermutlich aufgrund ihrer redundanten Rollen) und doppelter Knockout führt zu perinataler Letalität [59,109]. Verwendung chimärer Mäuse Bax/Bak Deletion im hämatopoetischen Kompartiment führt zu tödlichen Autoimmunerkrankungen [110]. Die Bedeutung von Autoimmunerkrankungen bei chimären Mäusen mit Bax/Bak [111] mangelhafte hämatopoetische Systeme können die Tumorentwicklung maskieren. Gezielte Deletionsstudien an Mäusen können diese Autoimmunkomplikationen vermeiden, und in diesem Fall führt der Verlust von BAX/BAK in Gehirn und Hoden zu Tumoren [112].

Es scheint ein relevanter Verlust von Buch ist ein relativ häufiges Ereignis bei einer Reihe von Krebsarten [76] und Gen-Silencing kann in weiteren Fällen zu einem Verlust des BOK-Proteins führen [111]. Die BOK ist bei nicht-kleinzelligem Lungenkrebs (NSCLC) herunterreguliert und eine hohe BOK ist bei Lymphknoten-positiven Patienten mit einer guten Prognose verbunden [111]. Interessanterweise scheint die tumorsuppressive Wirkung von BOK bei NSCLC nicht durch apoptotische Regulation zu erfolgen, sondern durch Antagonismus der TGF-β2-vermittelten epithelialen zu mesenchymalen Transition (EMT) und Zellmigration [111]. Im Gegensatz zu so vielen anderen BCL-2-Proteinen Buch Verlust zeigte keine tumorsupprimierende Rolle im Eu-Myc-Mausmodell [64], einem System, das eine empfindliche Anzeige für veränderte Apoptose ist, obwohl Faktoren wie kooperierende zweite Treffer, Timing von Buch Verlust und Zelltypspezifität könnten alle an einem BOK-Effekt beteiligt sein. Zusammengesetzter Knockout von Bax/Bak/Bok im hämatopoetischen System führt auch eher zu einer Autoimmunerkrankung als zu einer Tumorgenese [113]. Vor kurzem wurde in einem durch Chemikalien (DEN) induzierten Modell der Leberkarzinogenese gezeigt, dass der Verlust von BOK vor Krebs schützt. In diesem Modell kann Krebs durch den Tod von Hepatozyten gefördert werden, was eine kompensatorische Proliferation mit assoziierter Mutagenese im umgebenden Gewebe unterstützt, die letztendlich zu lebendem Krebs führt [114]. Interessanterweise hemmte die Deletion von BOK die ER-Stress-Reaktion und die Induktion der pro-apoptotischen BH3-only-Proteine ​​BIM und PUMA, wodurch die tumorfördernde Rolle von BOK dem MOMP vorgelagert wurde [114]. Zum anderen wurde für BOK auch ein zusätzlicher wachstumsfördernder Effekt nachgewiesen, wobei die zugrunde liegenden Mechanismen unklar bleiben, es wäre auch eine protumorigene Wirkung zu erwarten [114].

5.4. Pharmazeutische Intervention zum Zurücksetzen des Gleichgewichts

Da das Gleichgewicht der BCL-2-Proteine ​​als Auslöser für die Apoptose wirken kann, wird erwartet, dass Mechanismen zur Veränderung ihrer Expression oder Interaktion einen klinischen Nutzen haben. Tatsächlich können konventionelle Krebstherapien durch eine Störung der BCL-2-Familie wirken. Zum Beispiel aktivieren DNA-schädigende Mittel wie Etoposid oder Daunorubicin den p53-Tumorsuppressor-Transkriptionsfaktor, dessen Ziele PUMA und NOXA umfassen. Jedoch kann die Anwesenheit von erhöhten Pro-Survival-BCL-2-Proteinen als Barriere für die Apoptose selbst bei Hochregulation von nur BH3-Proteinen wirken. Die Neutralisierung von überlebensfördernden Proteinen würde eine Re-Sensibilisierung für eine reine BH3-Hochregulation bewirken und könnte sogar das Potenzial haben, allein Apoptose auszulösen.

Das Interesse an der Entwicklung von Inhibitoren von überlebensfördernden BCL-2-Proteinen ist in den letzten zehn Jahren nach der Identifizierung von niedermolekularen Inhibitoren, die die hydrophobe Tasche von überlebensfördernden Proteinen besetzen können, zum Tragen gekommen. Das erste dieser BH3-Mimetika, ABT-737, wurde durch NMR-basiertes Fragmentscreening entwickelt. ABT-737 ahmt die BH3-Domäne von pro-apoptotischem BAD nach und interagiert mit BCL-2, BCL-XL und BCL-W (Abbildung 5), wodurch nur BH3-Proteine ​​verdrängt werden, um die Apoptose in Zelllinien auszulösen und das Tumorwachstum in Xenotransplantatmodellen einzuschränken [2]. Die Ableitung eines oral verfügbaren Analogons (ABT 263/Navitoclax) ermöglichte eine klinische Prüfung [115]. Eine On-Target-Toxizität von Navitoclax wurde mit einer dosislimitierenden Thrombozytopenie beobachtet, die aufgrund der Thrombozytenabhängigkeit von BCL-XL auftrat [116,117]. Dies kann in der Klinik bewältigt werden, und präklinische Modelle haben den Einsatz von Navitoclax in klinischen Studien als Kombinationstherapie bei einer Reihe von (vorwiegend soliden) Tumorarten [118,119] (clinicaltrials.gov) unterstützt.

Abbildung 5. Selektivität von BH3-Mimetika in der klinischen Prüfung. Medikamente, die speziell auf BCL-2 (Venetoclax/ABT-199), BCL-2, BCL-XL und BCL-W (Navitoclax/ABT263) oder MCL-1 (AMG176, S64315/MIK665) abzielen, befinden sich derzeit in der klinischen Prüfung/Anwendung.

Die Weiterentwicklung hat zu weiteren BH3-Mimetika mit erhöhter Spezifität für einzelne BCL-2-Proteine ​​geführt. Der Erfolg dieses Ansatzes wurde mit dem BCL-2-spezifischen BH3-Mimetikum ABT-199 (Venetoclax) gezeigt, das den bahnbrechenden FDA-Status für den Einsatz bei rezidivierter/refraktärer CLL erhielt. Bei dieser Erkrankung wurde die Wirksamkeit einer einzigen Substanz mit partiellem Ansprechen bei 79 % und vollständigem Ansprechen bei 20 % der Patienten beobachtet [120]. Noch beeindruckendere Ergebnisse wurden erzielt, wenn Venetoclax in Kombination mit Rituximab angewendet wurde – vollständiges Ansprechen trat bei 51 % der Patienten mit einem krankheitsfreien Status auf, der bis zu 2 Jahre nach Abschluss der Therapie auftritt [121]. Ermutigende (aber bescheidenere) Effekte werden bei Non-Hodgkin-Lymphomen, akuter myeloischer Leukämie und multiplem Myelom als Einzelwirkstoff [122-124] oder Kombinationstherapie [125] beobachtet. Während viel über die Rolle der BCL-2-Familie bei Blutkrebs bekannt ist, sind die Argumente für die gezielte Behandlung dieser Proteine ​​in soliden Tumoren, höchstwahrscheinlich in Verbindung mit konventionellen Therapien, zwingend. Translokation oder Amplifikation von BCL2 selbst wird selten bei soliden Tumoren beobachtet, aber eine Abhängigkeit von BCL2 wurde beim kleinzelligen Lungenkarzinom (SCLC) gezeigt [126]. Die Wirksamkeit von Venetoclax als Kombinationstherapie wurde in präklinischen Modellen für Brustkrebs gezeigt [127] und Venetoclax befindet sich derzeit in klinischen Studien in Kombination mit Tamoxifen bei Brustkrebs (ISRCTN98335443).

Resistenzen gegen BCL-2 und BCL-2/BCL-XL, die auf BH3-Mimetika abzielen, wurden beobachtet, und in vitro Studien zeigen, dass die Behandlung mit ABT-737 den MCL-1-Spiegel erhöhen kann und die MCL-1-Expression die Resistenz gegen ABT737 . fördert in vitro und in vivo [128–130]. MCL-1 wird seit einiger Zeit mit einer Resistenz gegenüber Krebstherapien in Verbindung gebracht [131,132], und das Interesse an der Entwicklung von Medikamenten, die spezifisch auf MCL-1 abzielen, hat sich verstärkt. Eine Reihe von MCL-1-Inhibitoren wurde diskutiert, aber bis vor kurzem fehlten Verbindungen mit klarer Spezifität und zielgerichteter Wirkung [133]. Das Blatt hat sich gewendet und eine Reihe robuster BH3-Mimetika, die auf MCL-1 abzielen, sind jetzt erhältlich Abbvies A1210477 hemmt wirksam MCL-1 in vitro um das Wachstum verschiedener Krebszelllinien zu begrenzen [134,135], UMI-77 hemmt das Wachstum von Bauchspeicheldrüsen- und Brustkrebszelllinien in vitro und in vivo [96,136], und die Servier-Verbindung S63845 scheint besonders wirksam zu sein, da sie Leukämie- und Lymphom-Modelle mit einem zielgerichteten Einzelwirkstoff abtötet in vitro und in vivo [4] und in Kombination mit konventioneller Krebstherapie in Xenograft-Modellen von Brustkrebs [137]. Das Potenzial für MCL-1-spezifische BH3-Mimetika in der Klinik wird nun mit dem Novartis/Servier-Medikament S64315/MIK665 und Amgen AMG176 in klinischen Phase-I-Studien für hämatopoetische Karzinome/myelodysplastisches Syndrom (NCT02992483, NCT02979366, NCT02675452) getestet. Unter Ausnutzung der kurzen Halbwertszeit des MCL-1-Proteins können eine Reihe anderer Ansätze verfolgt werden, um die MCL-1-Spiegel zu senken. Dies umfasst die Hemmung der Transkription durch CDK-Hemmung [138] oder die gezielte Translation durch mTOR-Hemmung [139]. Über das Targeting von anti-apoptotischen BCL-2-Proteinen hinaus hat sich das zunehmende Interesse auf die Entwicklung von Medikamenten konzentriert, die BAX und BAK direkt aktivieren, um Tumorzellen abzutöten [140,141]. In diesem Sinne hat eine kürzlich durchgeführte Studie gezeigt, dass ein BAX-aktivierendes Molekül, BTSA1, starke Antitumorwirkungen auf humane Xenotransplantate der akuten myeloischen Leukämie (AML) ohne Toxizität zeigt [142].

6. Hemmung von BCL-2-Proteinen in der Krebsprophylaxe

Es ist denkbar, dass ein gezielter Angriff auf die überlebensfördernden BCL-2-Proteine ​​dazu beitragen könnte, präkanzeröse Läsionen oder Tumore im Frühstadium zu eliminieren. Tatsächlich kann ABT737 als Anti-Krebs-Prophylaxe im Eμ-MYC-Mausmodell des B-Zell-Lymphoms wirken, das nachweislich von BCL-XL abhängig ist [143]. Die Evidenz für eine Anwendbarkeit über das MYC-getriebene Lymphom hinaus ist begrenzt und bei p53-Null-Mäusen (die überwiegend dem Thymus-Lymphom erliegen) hatte die prophylaktische Behandlung mit ABT737 keinen Einfluss auf die Tumorentstehung [144]. Wenn diesem experimentellen Protokoll eine niedrig dosierte γ-Bestrahlung hinzugefügt wurde, um Umweltfaktoren zu imitieren, die zusätzliche Mutationen induzieren könnten, wurde gezeigt, dass die prophylaktische ABT737-Behandlung den Beginn des Lymphoms bei p53-Null-Mäusen verzögert, aber diese Verringerung des Thymus-Lymphoms ging mit einer erhöhten Inzidenz von Sarkomen einher, und obwohl signifikant, war der Unterschied im Überlebensergebnis einer prophylaktischen Behandlung mit ABT 737 minimal [144].

Zu den Störfaktoren gehört die veränderte Aktivität von Zellen, die nicht eliminiert werden konnten, indem sie auf überlebensfördernde BCL2-Proteine ​​abzielten. Zum Beispiel die spontane Apoptose, die durch gezielte Deletion von mcl1 in Hepatozyten führt zu schweren Leberschäden und vermehrter Proliferation, die tatsächlich zum hepatozellulären Karzinom (HCC) führt [145]. Solche Effekte wurden auch in Modellen des -bestrahlungsinduzierten Thymus-Lymphoms gezeigt, bei denen die Deletion von Puma oder Überexpression von Bcl2 (normalerweise als prokanzeröse Ereignisse angesehen) schützt tatsächlich vor der Tumorentwicklung [146]. In diesem Szenario verursacht die γ-Bestrahlung keine Depletion von Knochenmarksleukozyten mehr, was bedeutet, dass es keine Nische für die Proliferation von Stamm-/Vorläuferzellen gibt, die beschädigte DNA tragen, die normalerweise in diesem Modell zu den Thymuslymphomen führen [146,147]. Es gibt weitere Hinweise darauf, dass die Hemmung der Überlebenschancen nicht immer eine krebshemmende Wirkung hat, da in Situationen, in denen ABT737 keine Apoptose induziert, schädliche Nebenwirkungen durch die Aktivierung von CAD und Genominstabilität auftreten können [148]. Ob diese Bedenken in der Klinik zutreffen, bleibt abzuwarten.

In den Jahrzehnten nach der Entdeckung von BCL-2 (und verwandten Familienmitgliedern) hat eine große Menge an Forschung ihre Rolle bei der Regulierung der Apoptose enthüllt. Die funktionelle Aufteilung dieser Familie in pro- und anti-apoptotische Mitglieder und die Aufklärung ihrer Strukturen und Interaktionsmechanismen haben es der pharmazeutischen Entwicklung von Molekülen ermöglicht, diese Protein-Protein-Wechselwirkungen spezifisch zu hemmen und die Apoptose wiederherzustellen. Verfügbare Daten aus klinischen Studien deuten auf eine gute Wirksamkeit von BH3-Mimetika gegen BCL-2 bei einigen Arten von Blutkrebs hin. Die Deregulierung von BCL-2-Proteinen wird heute als häufiges Ereignis bei vielen Krebsarten erkannt, und es scheint wahrscheinlich, dass die gezielte Ausrichtung auf überlebensfördernde BCL-2-Proteine ​​eine wertvolle Ergänzung zu aktuellen Krebstherapien darstellen wird. Die Wiederherstellung der Apoptose bietet das Potenzial, Krebszellen in allen Stadien der Pathologie zu eliminieren, und da BH3-Mimetika ihren Weg in die Klinik finden, könnten sie das Überlebensergebnis bei Krebs dramatisch verbessern.


Krebsbiologische Forschung

Die Erforschung der Krebsbiologie beginnt mit den einfachsten Fragen: Was ist – und ist nicht – normal? Um zu verstehen, wie Krebs entsteht und fortschreitet, müssen Forscher zunächst die biologischen Unterschiede zwischen normalen Zellen und Krebszellen untersuchen. Diese Arbeit konzentriert sich auf die Mechanismen, die grundlegenden Prozessen wie dem Zellwachstum, der Umwandlung normaler Zellen in Krebszellen und der Ausbreitung (Metastasierung) von Krebszellen zugrunde liegen.

Nahezu alle großen Fortschritte gegen Krebs gehen auf Entdeckungen in den Grundlagenwissenschaften zurück. Die Grundlagenforschung enthüllt neue Konzepte über die Ursachen von Krebs und wie er sich entwickelt, fortschreitet und auf die Therapie anspricht.

Die Unterstützung der Krebsgrundlagenforschung durch das NCI ist von wesentlicher Bedeutung. Langfristige Investitionen in die Forschung ohne sofortige klinische Anwendung werden von der Industrie typischerweise nicht getätigt. Die Rendite der anhaltenden Investitionen von NCI in die wissenschaftliche Grundlagenforschung war bemerkenswert. Zum Beispiel:

  • Vor mehr als 40 Jahren entdeckten Wissenschaftler, die untersuchten, wie Retroviren Krebs verursachen, das erste menschliche Onkogen (ein Gen, das eine normale Zelle in eine Krebszelle verwandeln kann). Dieser neue und unerwartete Einblick in die Krebsentwicklung und andere Erkenntnisse, die folgten, eröffneten bisher unerforschte Bereiche der Krebsbiologie – was letztendlich zur Ära der Präzisions-Onkologie und neuer Ansätze zur Krebsprävention, -erkennung und -behandlung führte. die genomischen Veränderungen im Zusammenhang mit 33 verschiedenen Krebsarten katalogisiert. Diese Bemühungen haben zahlreiche Einblicke in die genetischen Grundlagen von Krebs gebracht. Zum Beispiel hat die Identifizierung genetischer Ähnlichkeiten zwischen verschiedenen Tumorarten zu therapeutischen Ansätzen geführt, die auf molekularen Eigenschaften von Tumoren basieren und nicht dort, wo Krebs im Körper beginnt. Darauf aufbauend leistet das Clinical Proteomic Tumor Analysis Consortium von NCI Pionierarbeit bei der integrierten proteogenomischen Analyse einer wachsenden Zahl von Krebsarten.
  • Mehr als drei Jahrzehnte NCI-finanzierte Grundlagenforschung in der Krebsimmunologie und -genetik trugen zur ersten „tumor-agnostischen“ Präzisionsmedizin für Krebs bei. Das Medikament Pembrolizumab (Keytruda) ist ein Immun-Checkpoint-Inhibitor, eine Klasse von Medikamenten, die zur Behandlung von Patienten mit mehr als 15 Krebsarten eingesetzt werden. Im Jahr 2017 wurde Pembrolizumab von der Food and Drug Administration zur Behandlung von Patienten mit jeder Art von Krebs zugelassen, deren Tumor ein bestimmtes genetisches Merkmal aufweist, das als hohe Mikrosatelliteninstabilität oder Mismatch-Reparaturmangel bezeichnet wird.

Die Zukunft der Krebsbiologieforschung

Die Kreativität von NCI-finanzierten Forschern und innovative Technologien werden zu neuartigen Erkenntnissen führen, die nie für möglich gehalten wurden. Diese Entdeckungen könnten neue Erkenntnisse über die Ursachen von Krebs und Grundlagenforschung beinhalten, die zu Behandlungsdurchbrüchen führen. Es könnte eine neue Technologie entwickelt werden, die die Krebsforschung revolutioniert. Das Wissen, das wir heute aus unseren Investitionen in die Grundlagenforschung gewinnen, wird die Fortschritte von morgen vorantreiben, um Krebspatienten und krankheitsgefährdeten Personen zu helfen.

Vision

Die Forscher werden ein umfassendes Verständnis der Krebsbiologie haben, das die Entwicklung neuer und sichererer Methoden zur Vorbeugung, Erkennung, Diagnose und Behandlung von Krebs katalysiert.

Sich nähern

Um unser Verständnis der vielen Krankheiten, die wir Krebs nennen, zu verbessern, müssen wir die Komplexität aufdecken, wie normale Zellen zu Krebs werden und wie Krebszellen wachsen, überleben und sich im ganzen Körper ausbreiten. Um dies zu erreichen, umfassen die Ziele von NCI Folgendes:

1) Entwickeln Sie ein umfassendes Verständnis der molekularen und zellulären Grundlagen von Krebs

Ein umfassenderes Verständnis der Biologie von Krebszellen wird neue Präventions-, Erkennungs- und Behandlungsansätze ermöglichen, die Schwachstellen ausnutzen, die in Krebszellen und ihren präkanzerösen Läsionen identifiziert wurden. Einige unserer Hauptziele sind:

  • Verstehen Sie die genetischen Veränderungen, die zu Krebs führen, und die Mechanismen, durch die diese Veränderungen auftreten, sowie wie Gene abnormal reguliert werden (z. B. Epigenetik)
  • Erforschen Sie die biologischen Prozesse, die der Entstehung, dem Fortschreiten und der Metastasierung von Krebs zugrunde liegen
  • Identifizieren Sie, wie sich Tumore entwickeln und auf eine Behandlung ansprechen oder ihnen widerstehen
  • Untersuchen Sie, wie zelluläre Prozesse – wie Krebszellstoffwechsel, Stressreaktionen und Zellzyklusregulation – zur Krebsentstehung und -progression beitragen

2) Verstehen Sie, wie Krebszellen mit normalen Zellen im Körper interagieren, um die Tumorentwicklung und das Fortschreiten zu unterstützen oder zu unterdrücken

Krebs kann in fast jedem Gewebe des Körpers entstehen, und das Gewebe, in dem sich ein Krebs entwickelt und ausbreitet, kann seine molekularen Eigenschaften beeinflussen. Dies zeigt, wie wichtig es ist, die Wechselwirkungen zwischen Krebszellen und normalen Zellen zu verstehen, um neue Präventions- und Behandlungsansätze zu entwickeln. Zu den Hauptzielen von NCI gehören:


Inhalt

Der deutsche Wissenschaftler Carl Vogt beschrieb 1842 erstmals das Prinzip der Apoptose. Eine genauere Beschreibung des Prozesses des programmierten Zelltods lieferte 1885 der Anatom Walther Flemming. Doch erst 1965 wurde das Thema wiederbelebt. Bei der Untersuchung von Geweben mit Elektronenmikroskopie konnte John Foxton Ross Kerr von der University of Queensland Apoptose vom traumatischen Zelltod unterscheiden. [6] Nach der Veröffentlichung eines Papiers, das das Phänomen beschreibt, wurde Kerr eingeladen, sich Alastair R. Currie anzuschließen, sowie Andrew Wyllie, der Curries Doktorand [7] an der University of Aberdeen war. 1972 veröffentlichte das Trio einen wegweisenden Artikel im British Journal of Cancer. [8] Kerr hatte ursprünglich den Begriff programmierte Zellnekrose verwendet, aber in dem Artikel wurde der Prozess des natürlichen Zelltods genannt Apoptose. Kerr, Wyllie und Currie schrieben James Cormack, einem Professor für griechische Sprache an der University of Aberdeen, den Begriff Apoptose zu. Kerr erhielt am 14. März 2000 den Paul Ehrlich und Ludwig Darmstaedter Preis für seine Beschreibung der Apoptose. Er teilte sich den Preis mit dem Bostoner Biologen H. Robert Horvitz. [9]

Viele Jahre lang war weder „Apoptose“ noch „programmierter Zelltod“ ein viel zitierter Begriff. Zwei Entdeckungen machten den Zelltod aus dem Dunkeln zu einem wichtigen Forschungsgebiet: die Identifizierung von Komponenten der Zelltodkontrolle und der Effektormechanismen und die Verbindung von Anomalien beim Zelltod mit menschlichen Krankheiten, insbesondere Krebs.

Der Nobelpreis für Medizin wurde 2002 an Sydney Brenner, H. Robert Horvitz und John E. Sulston für ihre Arbeit zur Identifizierung von Genen zur Kontrolle der Apoptose verliehen. Die Gene wurden durch Studien in den Nematoden identifiziert C. elegans und Homologe dieser Gene wirken beim Menschen, um die Apoptose zu regulieren.

Im Griechischen bedeutet Apoptose das „Abfallen“ von Blättern von einem Baum. [10] Cormack, Professor der griechischen Sprache, führte den Begriff für den medizinischen Gebrauch wieder ein, da er für die Griechen vor über zweitausend Jahren eine medizinische Bedeutung hatte. Hippokrates benutzte den Begriff, um "das Abfallen von den Knochen" zu bedeuten. Galen erweiterte seine Bedeutung auf "das Abfallen des Schorfs". Cormack war sich dieser Verwendung zweifellos bewusst, als er den Namen vorschlug. Die Debatte über die korrekte Aussprache wird fortgesetzt, wobei die Meinung zwischen einer Aussprache mit der zweiten geteilt wird P still ( / æ p ə ˈ t oʊ s ɪ s / ap-ə- TOH -sis [11] [12] ) und die zweite P ausgesprochen ( / eɪ p ə p ˈ t oʊ s ɪ s / ), [11] [13] wie im griechischen Original. [ Zitat benötigt ] Auf Englisch ist das P der Griechen -pt- Konsonantencluster sind in der Regel am Anfang eines Wortes stumm (z.

Im Originalpapier von Kerr, Wyllie & Currie [8] gibt es eine Fußnote zur Aussprache:

Wir sind Professor James Cormack vom Department of Greek der University of Aberdeen sehr dankbar, dass er diesen Begriff vorgeschlagen hat. Das Wort „Apoptose“ (ἀπόπτωσις) wird im Griechischen verwendet, um das „Abfallen“ oder „Abfallen“ von Blütenblättern oder Blättern von Bäumen zu beschreiben. Um die Herleitung klar zu zeigen, schlagen wir vor, dass die Betonung auf der vorletzten Silbe liegt, wobei die zweite Hälfte des Wortes wie "ptosis" (mit dem "p" stumm) ausgesprochen wird, die von der gleichen Wurzel "to fall" stammt, und wird bereits verwendet, um das Herabhängen des oberen Augenlids zu beschreiben.

Die Initiierung der Apoptose wird durch Aktivierungsmechanismen stark reguliert, denn wenn die Apoptose einmal begonnen hat, führt sie unweigerlich zum Absterben der Zelle. [14] [15] Die beiden am besten verstandenen Aktivierungsmechanismen sind der intrinsische Weg (auch Mitochondrienweg genannt) und der extrinsische Weg. [16] Die intrinsischer Weg wird durch intrazelluläre Signale aktiviert, die bei Stress der Zellen erzeugt werden, und hängt von der Freisetzung von Proteinen aus dem Intermembranraum der Mitochondrien ab. [17] Die extrinsischer Weg wird durch extrazelluläre Liganden aktiviert, die an Rezeptoren für den Zelloberflächentod binden, was zur Bildung des Todes-induzierenden Signalkomplexes (DISC) führt. [18]

Eine Zelle initiiert intrazelluläre apoptotische Signalgebung als Reaktion auf einen Stress [19], der zum Selbstmord der Zelle führen kann. Bindung von Kernrezeptoren durch Glukokortikoide, [20] Hitze, [20] Bestrahlung, [20] Nährstoffmangel, [20] Virusinfektion, [20] Hypoxie, [20] erhöhte intrazelluläre Konzentration an freien Fettsäuren [21] und erhöhte intrazelluläre Calciumkonzentration, [22] [23] beispielsweise durch Schädigung der Membran, kann alle die Freisetzung intrazellulärer apoptotischer Signale durch eine geschädigte Zelle auslösen. Eine Reihe von zellulären Komponenten, wie die Poly-ADP-Ribose-Polymerase, können ebenfalls helfen, die Apoptose zu regulieren. [24] In experimentellen Studien zur stressinduzierten Apoptose wurden Einzelzellfluktuationen beobachtet. [25] [26]

Bevor der eigentliche Prozess des Zelltods durch Enzyme ausgelöst wird, müssen Apoptosesignale regulatorische Proteine ​​veranlassen, den Apoptoseweg einzuleiten. Dieser Schritt ermöglicht es diesen Signalen, den Zelltod zu verursachen oder den Prozess zu stoppen, falls die Zelle nicht mehr sterben muss. Mehrere Proteine ​​sind daran beteiligt, aber zwei Hauptmethoden der Regulation wurden identifiziert: das Targeting der Mitochondrienfunktionalität [27] oder die direkte Übertragung des Signals über Adapterproteine ​​auf die apoptotischen Mechanismen. Ein extrinsischer Initiationsweg, der in mehreren Toxinstudien identifiziert wurde, ist ein Anstieg der Calciumkonzentration in einer Zelle, der durch die Wirkstoffaktivität verursacht wird, der auch über eine Calcium bindende Protease Calpain Apoptose verursachen kann.

Intrinsischer Pfad Bearbeiten

Der intrinsische Weg wird auch als Mitochondrienweg bezeichnet. Mitochondrien sind für das mehrzellige Leben unentbehrlich. Ohne sie hört eine Zelle auf, aerob zu atmen und stirbt schnell. Diese Tatsache bildet die Grundlage für einige apoptotische Wege. Apoptotische Proteine, die auf Mitochondrien abzielen, beeinflussen sie auf unterschiedliche Weise. Sie können durch die Bildung von Membranporen eine mitochondriale Schwellung verursachen, oder sie können die Permeabilität der mitochondrialen Membran erhöhen und zum Austreten apoptotischer Effektoren führen.[20] [28] Sie sind sehr eng mit dem intrinsischen Weg verwandt, und Tumoren entstehen aufgrund der Sensitivität häufiger über den intrinsischen Weg als den extrinsischen Weg. [29] Es gibt auch immer mehr Beweise dafür, dass Stickstoffmonoxid in der Lage ist, Apoptose zu induzieren, indem es dazu beiträgt, das Membranpotenzial von Mitochondrien zu zerstreuen und es daher durchlässiger zu machen. [30] Stickstoffmonoxid wurde durch seine mögliche Wirkung als Signalmolekül nachfolgender Stoffwechselwege, die die Apoptose aktivieren, mit der Initiierung und Hemmung der Apoptose in Verbindung gebracht. [31]

Während der Apoptose wird Cytochrom C wird durch die Wirkung der Proteine ​​Bax und Bak aus den Mitochondrien freigesetzt. Der Mechanismus dieser Freisetzung ist rätselhaft, scheint jedoch von einer Vielzahl von Bax/Bak-Homo- und Heterodimeren von Bax/Bak abzuleiten, die in die äußere Membran eingefügt wurden. [32] Einmal Cytochrom C freigesetzt wird, bindet es mit dem Apoptotic Protease Activating Factor – 1 (Apaf-1) und ATP, die dann an binden pro-caspase-9 um einen Proteinkomplex zu erzeugen, der als Apoptosom bekannt ist. Das Apoptosom spaltet die Pro-Caspase in seine aktive Form der Caspase-9, die wiederum die Pro-Caspase spaltet und in den Effektor aktiviert Caspase-3.

Mitochondrien setzen nach der Erhöhung der Durchlässigkeit der Mitochondrienmembranen auch Proteine, die als SMACs (zweiter mitochondria-derived Activator of Caspases) bekannt sind, in das Zytosol der Zelle frei. SMAC bindet an Proteine, die die Apoptose hemmen (IAPs), wodurch sie deaktiviert werden und die IAPs daran gehindert werden, den Prozess zu stoppen und daher das Fortschreiten der Apoptose zu ermöglichen. IAP unterdrückt normalerweise auch die Aktivität einer Gruppe von Cysteinproteasen, die Caspasen genannt werden, [33] die den Abbau der Zelle durchführen. Daher kann gesehen werden, dass die eigentlichen Abbauenzyme indirekt durch die mitochondriale Permeabilität reguliert werden.

Extrinsischer Pfad Bearbeiten

Zwei Theorien über die direkte Initiierung apoptotischer Mechanismen bei Säugetieren wurden vorgeschlagen: die TNF-induziert (Tumornekrosefaktor)-Modell und die Fas-Fas-Ligand-vermittelt Modell, beide mit Rezeptoren des TNF-Rezeptor (TNFR)-Familie [34] an extrinsische Signale gekoppelt.

TNF-Pfad Bearbeiten

TNF-alpha ist ein Zytokin, das hauptsächlich von aktivierten Makrophagen produziert wird und der wichtigste extrinsische Mediator der Apoptose ist. Die meisten Zellen des menschlichen Körpers besitzen zwei Rezeptoren für TNF-alpha: TNFR1 und TNFR2. Die Bindung von TNF-alpha an TNFR1 initiiert nachweislich den Weg, der über die intermediären Membranproteine ​​TNF-Rezeptor-assoziierte Todesdomäne (TRADD) und Fas-assoziiertes Todesdomänenprotein (FADD) zur Caspase-Aktivierung führt. cIAP1/2 kann die TNF-α-Signalgebung durch Bindung an TRAF2 hemmen. FLIP hemmt die Aktivierung von Caspase-8. [35] Die Bindung dieses Rezeptors kann auch indirekt zur Aktivierung von Transkriptionsfaktoren führen, die am Zellüberleben und an Entzündungsreaktionen beteiligt sind. [36] Die Signalübertragung durch TNFR1 könnte jedoch auch Caspase-unabhängig Apoptose induzieren. [37] Der Zusammenhang zwischen TNF-alpha und Apoptose zeigt, warum eine abnorme Produktion von TNF-alpha bei mehreren menschlichen Erkrankungen, insbesondere bei Autoimmunerkrankungen, eine grundlegende Rolle spielt. Die TNF-alpha-Rezeptor-Superfamilie umfasst auch Todesrezeptoren (DRs), wie DR4 und DR5. Diese Rezeptoren binden an ProteinTRAIL und vermitteln Apoptose. Apoptose ist bekanntlich einer der primären Mechanismen der zielgerichteten Krebstherapie. [38] Kürzlich wurden lumineszierende Iridium-Komplex-Peptid-Hybride (IPHs) entwickelt, die TRAIL nachahmen und an Todesrezeptoren von Krebszellen binden und dadurch deren Apoptose induzieren. [39]

Der Fas-Rezeptor (Erstes Apoptosesignal) – (auch bekannt als Apo-1 oder CD95) ist ein Transmembranprotein der TNF-Familie, das den Fas-Liganden (FasL) bindet. [34] Die Wechselwirkung zwischen Fas und FasL führt zur Bildung des todbringender Signalkomplex (DISC), die das FADD, Caspase-8 und Caspase-10 enthält. In einigen Zelltypen (Typ I) aktiviert prozessierte Caspase-8 direkt andere Mitglieder der Caspase-Familie und löst die Ausführung der Apoptose der Zelle aus. Bei anderen Zelltypen (Typ II) Fas-DISC startet eine Rückkopplungsschleife, die in eine zunehmende Freisetzung von proapoptotischen Faktoren aus den Mitochondrien und die verstärkte Aktivierung von Caspase-8 führt. [40]

Folge TNF-R1 und Fas Aktivierung in Säugerzellen [ Zitat benötigt ] ein Gleichgewicht zwischen proapoptotisch (BAX, [41] BID, BAK oder BAD) und antiapoptotisch (Bcl-Xl und Bcl-2) Mitglieder von Bcl-2 Familie gegründet werden. Dieses Gleichgewicht ist der Anteil proapoptotischer Homodimere, die sich in der Außenmembran des Mitochondriums bilden. Die proapoptotischen Homodimere werden benötigt, um die Mitochondrienmembran für die Freisetzung von Caspase-Aktivatoren wie Cytochrom c und SMAC durchlässig zu machen. Die Kontrolle proapoptotischer Proteine ​​unter normalen Zellbedingungen von nichtapoptotischen Zellen ist unvollständig verstanden, aber im Allgemeinen werden Bax oder Bak durch die Aktivierung von nur BH3-Proteinen aktiviert, die zur Bcl-2-Familie gehören [ Zitat benötigt ] .

Caspasen spielen die zentrale Rolle bei der Transduktion apoptotischer Signale des ER. Caspasen sind Proteine, die hoch konservierte, Cystein-abhängige Aspartat-spezifische Proteasen sind. Es gibt zwei Arten von Caspasen: Initiatorcaspasen, Caspase 2,8,9,10,11,12 und Effektorcaspasen, Caspase 3,6,7. Die Aktivierung von Initiatorcaspasen erfordert die Bindung an ein spezifisches oligomeres Aktivatorprotein. Effektorcaspasen werden dann durch diese aktiven Initiatorcaspasen durch proteolytische Spaltung aktiviert. Die aktiven Effektorcaspasen bauen dann proteolytisch einen Wirt intrazellulärer Proteine ​​ab, um das Zelltodprogramm durchzuführen.

Caspase-unabhängiger apoptotischer Weg

Es existiert auch ein Caspase-unabhängiger apoptotischer Weg, der durch AIF (Apoptose-induzierender Faktor) vermittelt wird. [42]

Apoptose-Modell bei Amphibien Bearbeiten

Amphibienfrosch Xenopus laevis dient als ideales Modellsystem zum Studium der Mechanismen der Apoptose. Tatsächlich stimulieren Jod und Thyroxin auch die spektakuläre Apoptose der Zellen der Larvenkiemen, des Schwanzes und der Flossen bei der Metamorphose von Amphibien und stimulieren die Evolution ihres Nervensystems, indem sie die aquatische, vegetarische Kaulquappe in den terrestrischen, fleischfressenden Frosch verwandeln. [43] [44] [45] [46]

Die negative Regulation der Apoptose hemmt die Signalwege des Zelltods, was Tumoren hilft, dem Zelltod zu entgehen und Arzneimittelresistenzen zu entwickeln. Das Verhältnis zwischen anti-apoptotischen (Bcl-2) und pro-apoptotischen (Bax) Proteinen bestimmt, ob eine Zelle lebt oder stirbt. [47] [48] Viele Proteinfamilien fungieren als negative Regulatoren, die entweder in antiapoptotische Faktoren wie IAPs und Bcl-2-Proteine ​​oder in Überlebensfaktoren wie cFLIP, BNIP3, FADD, Akt und NF-κB kategorisiert werden. [49]

Viele Wege und Signale führen zur Apoptose, aber diese laufen auf einen einzigen Mechanismus zusammen, der tatsächlich den Tod der Zelle verursacht. Nachdem eine Zelle einen Stimulus erhält, unterliegt sie einem organisierten Abbau von Zellorganellen durch aktivierte proteolytische Caspasen. Neben der Zerstörung von Zellorganellen wird mRNA durch einen noch nicht vollständig charakterisierten Mechanismus schnell und global abgebaut. [50] Der mRNA-Zerfall wird sehr früh in der Apoptose ausgelöst.

Eine Zelle, die eine Apoptose durchmacht, zeigt eine Reihe charakteristischer morphologischer Veränderungen. Frühe Änderungen umfassen:

  1. Aufgrund der Retraktionslamellipodien und des Abbaus des proteinhaltigen Zytoskeletts durch Caspasen kommt es zu Zellschrumpfung und -rundung. [51]
  2. Das Zytoplasma erscheint dicht und die Organellen erscheinen dicht gepackt.
  3. Chromatin kondensiert zu kompakten Flecken gegen die Kernhülle (auch als perinukleäre Hülle bekannt) in einem Prozess, der als Pyknose bekannt ist, ein Kennzeichen der Apoptose. [52][53]
  4. Die Kernhülle wird diskontinuierlich und die darin enthaltene DNA wird in einem Prozess, der als Karyorrhexis bezeichnet wird, fragmentiert. Der Kern zerfällt in mehrere diskrete Chromatinkörper oder nukleosomale Einheiten durch den Abbau von DNA. [54]

Die Apoptose schreitet schnell voran und ihre Produkte werden schnell entfernt, was es schwierig macht, sie auf klassischen histologischen Schnitten zu erkennen oder zu visualisieren. Während der Karyorrhexis hinterlässt die Endonuklease-Aktivierung kurze DNA-Fragmente mit regelmäßigen Abständen. Diese ergeben nach der Elektrophorese auf Agargel ein charakteristisches "leiterförmiges" Aussehen. [55] Tests zur DNA-Leiterbildung unterscheiden Apoptose von ischämischem oder toxischem Zelltod. [56]

Apoptotische Zellzerlegung Bearbeiten

Bevor die apoptotische Zelle entsorgt wird, findet ein Zerlegungsprozess statt. Es gibt drei anerkannte Schritte bei der Zerlegung apoptotischer Zellen: [58]

  1. Membranbläschen: Die Zellmembran zeigt unregelmäßige Knospen, die als Bläschen bekannt sind. Dies sind zunächst kleinere Oberflächenbläschen. Später können diese zu größeren sogenannten dynamischen Membranbläschen wachsen. [58] Ein wichtiger Regulator des apoptotischen Zellmembran-Blebbings ist ROCK1 (rho-assoziierte Coiled-Coil-enthaltende Proteinkinase 1). [59][60]
  2. Bildung von Membranvorsprüngen: Einige Zelltypen können unter bestimmten Bedingungen verschiedene Arten von langen, dünnen Erweiterungen der Zellmembran entwickeln, die als Membranvorsprünge bezeichnet werden. Drei Typen wurden beschrieben: Mikrotubuli-Spikes, Apoptopodie (Füße des Todes), und Perlenapoptopodie (letzteres mit einem Perlen-auf-einer-Schnur-Aussehen). [61][62][63]Pannexin 1 ist ein wichtiger Bestandteil von Membrankanälen, die an der Bildung von Apoptopodien und kugelförmigen Apoptopodien beteiligt sind. [62] : Die Zelle zerfällt in mehrere Vesikel, genannt apoptotische Körper, die eine Phagozytose durchlaufen. Die Vorsprünge der Plasmamembran können dazu beitragen, apoptotische Körper näher an Phagozyten zu bringen.

Entfernung von toten Zellen Bearbeiten

Die Entfernung abgestorbener Zellen durch benachbarte phagozytäre Zellen wird als Efferozytose bezeichnet. [64] Sterbende Zellen, die das Endstadium der Apoptose durchlaufen, zeigen phagozytotische Moleküle wie Phosphatidylserin auf ihrer Zelloberfläche. [65] Phosphatidylserin findet sich normalerweise auf der inneren Segeloberfläche der Plasmamembran, wird jedoch während der Apoptose durch ein Protein, das als Scramblase bekannt ist, auf die extrazelluläre Oberfläche umverteilt. [66] Diese Moleküle markieren die Zelle für die Phagozytose durch Zellen, die über die entsprechenden Rezeptoren wie Makrophagen verfügen. [67] Die Entfernung sterbender Zellen durch Fresszellen erfolgt in geordneter Weise, ohne eine Entzündungsreaktion auszulösen. [68] Während der Apoptose werden zelluläre RNA und DNA voneinander getrennt und in verschiedene apoptotische Körper einsortiert. Die Trennung der RNA wird als nukleoläre Segregation eingeleitet. [69]

In den Apoptosewegen wurden viele Knock-outs vorgenommen, um die Funktion jedes der Proteine ​​zu testen. Mehrere Caspasen, zusätzlich zu APAF1 und FADD, wurden mutiert, um den neuen Phänotyp zu bestimmen. Um einen Tumornekrosefaktor (TNF)-Knockout zu erzeugen, wurde ein Exon mit den Nukleotiden 3704–5364 aus dem Gen entfernt. Dieses Exon codiert einen Teil der reifen TNF-Domäne sowie die Leader-Sequenz, die eine hochkonservierte Region ist, die für die richtige intrazelluläre Verarbeitung notwendig ist. TNF-/- Mäuse entwickeln sich normal und weisen keine groben strukturellen oder morphologischen Anomalien auf. Bei der Immunisierung mit SRBC (rote Blutkörperchen vom Schaf) zeigten diese Mäuse jedoch einen Mangel in der Reifung einer Antikörperantwort, sie waren in der Lage, normale IgM-Spiegel zu erzeugen, konnten jedoch keine spezifischen IgG-Spiegel entwickeln. Apaf-1 ist das Protein, das Caspase 9 durch Spaltung einschaltet, um die Caspase-Kaskade zu beginnen, die zur Apoptose führt. Da eine -/- Mutation im APAF-1-Gen embryonal letal ist, wurde eine Gen-Trap-Strategie verwendet, um eine APAF-1 -/- Maus zu erzeugen. Dieser Assay wird verwendet, um die Genfunktion zu unterbrechen, indem eine intragene Genfusion erzeugt wird. Wenn eine APAF-1-Genfalle in Zellen eingeführt wird, treten viele morphologische Veränderungen auf, wie Spina bifida, die Persistenz von Interdigitalgeweben und offenes Gehirn. Darüber hinaus zeigte das Gehirn der Embryonen nach dem Embryonaltag 12,5 mehrere strukturelle Veränderungen. APAF-1-Zellen sind vor Apoptose-Stimuli wie Bestrahlung geschützt. Eine BAX-1-Knock-out-Maus zeigt eine normale Vorderhirnbildung und einen verringerten programmierten Zelltod in einigen neuronalen Populationen und im Rückenmark, was zu einer Zunahme der Motoneuronen führt.

Die Caspase-Proteine ​​sind integrale Bestandteile des Apoptose-Wegs, so dass Knock-outs unterschiedliche schädliche Folgen haben. Ein Caspase-9-Knock-out führt zu einer schweren Hirnfehlbildung. Ein Caspase-8-Knock-out führt zum Herzversagen und damit zur embryonalen Letalität. Durch den Einsatz der cre-lox-Technologie wurde jedoch ein Caspase-8-Knockout geschaffen, der eine Zunahme der peripheren T-Zellen, eine beeinträchtigte T-Zell-Antwort und einen Defekt im Neuralrohrverschluss zeigt. Diese Mäuse erwiesen sich als resistent gegen Apoptose, die durch CD95, TNFR usw. vermittelt wird, aber nicht resistent gegen Apoptose, die durch UV-Bestrahlung, Chemotherapeutika und andere Stimuli verursacht wird. Schließlich war ein Caspase-3-Knock-out durch ektopische Zellmassen im Gehirn und abnormale apoptotische Merkmale wie Membranblasen oder Kernfragmentierung gekennzeichnet. Ein bemerkenswertes Merkmal dieser KO-Mäuse ist, dass sie einen sehr eingeschränkten Phänotyp haben: Casp3, 9, APAF-1 KO-Mäuse haben Verformungen des Nervengewebes und FADD und Casp 8 KO zeigten eine fehlerhafte Herzentwicklung, jedoch bei beiden Arten von KO anderen Organen normal entwickelt und einige Zelltypen waren immer noch empfindlich gegenüber apoptotischen Stimuli, was darauf hindeutet, dass unbekannte proapoptotische Wege existieren.

Um eine Analyse von apoptotischen gegenüber nekrotischen (nekroptotischen) Zellen durchzuführen, kann man eine Analyse der Morphologie durch markierungsfreie Bildgebung von lebenden Zellen, Zeitraffermikroskopie, Durchfluss-Fluorozytometrie und Transmissionselektronenmikroskopie durchführen. Es gibt auch verschiedene biochemische Techniken zur Analyse von Zelloberflächenmarkern (Phosphatidylserin-Exposition versus Zellpermeabilität mittels Durchflusszytometrie), zellulären Markern wie DNA-Fragmentierung [70] (Durchflusszytometrie), [71] Caspase-Aktivierung, Bid-Spaltung und Cytochrom-c-Freisetzung (Western-Blotting). Es ist wichtig zu wissen, wie primäre und sekundäre nekrotische Zellen durch Analyse des Überstands auf Caspasen, HMGB1 und Freisetzung von Zytokeratin 18 unterschieden werden können. Es wurden jedoch noch keine eindeutigen Oberflächen- oder biochemischen Marker für den nekrotischen Zelltod identifiziert, und nur negative Marker stehen zur Verfügung. Dazu gehören das Fehlen apoptotischer Marker (Caspase-Aktivierung, Cytochrom-C-Freisetzung und oligonukleosomale DNA-Fragmentierung) und die differenzielle Kinetik von Zelltodmarkern (Phosphatidylserin-Exposition und Zellmembranpermeabilisierung). Eine Auswahl von Techniken, die verwendet werden können, um Apoptose von nekroptotischen Zellen zu unterscheiden, kann in diesen Literaturstellen gefunden werden. [72] [73] [74] [75]

Defekte Pfade Bearbeiten

Die vielen verschiedenen Arten von apoptotischen Signalwegen enthalten eine Vielzahl verschiedener biochemischer Komponenten, von denen viele noch nicht verstanden sind. [76] Da ein Stoffwechselweg mehr oder weniger sequentiell ist, führt das Entfernen oder Modifizieren einer Komponente zu einer Wirkung in einer anderen. In einem lebenden Organismus kann dies verheerende Auswirkungen haben, oft in Form von Krankheiten oder Störungen. Eine Diskussion über jede Krankheit, die durch die Modifikation der verschiedenen apoptotischen Wege verursacht wird, wäre unpraktisch, aber das Konzept, das jedem zugrunde liegt, ist das gleiche: Die normale Funktion des Weges wurde so gestört, dass die Fähigkeit der Zelle, sich zu entwickeln, beeinträchtigt wurde normale Apoptose. Dies führt zu einer Zelle, die über ihr "Verfallsdatum" hinauslebt und in der Lage ist, sich zu replizieren und fehlerhafte Maschinen an ihre Nachkommen weiterzugeben, was die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass die Zelle krebsartig oder krank wird.

Ein kürzlich beschriebenes Beispiel für dieses Konzept in der Praxis kann in der Entwicklung eines Lungenkrebses namens NCI-H460 gesehen werden. [77] Die X-chromosomaler Inhibitor des Apoptoseproteins (XIAP) wird in Zellen der H460-Zelllinie überexprimiert. XIAPs binden an die prozessierte Form von Caspase-9 und unterdrücken die Aktivität des apoptotischen Aktivators Cytochrom c, daher führt eine Überexpression zu einer Abnahme der Menge an proapoptotischen Agonisten. Infolgedessen wird das Gleichgewicht der anti-apoptotischen und proapoptotischen Effektoren zugunsten der ersteren gestört und die geschädigten Zellen replizieren weiterhin, obwohl sie zum Absterben angewiesen sind. Defekte bei der Regulation der Apoptose in Krebszellen treten häufig auf der Ebene der Kontrolle von Transkriptionsfaktoren auf. Als ein besonderes Beispiel ändern Defekte in Molekülen, die den Transkriptionsfaktor NF-κB bei Krebs kontrollieren, den Modus der Transkriptionsregulation und die Reaktion auf apoptotische Signale, um die Abhängigkeit von dem Gewebe, zu dem die Zelle gehört, zu begrenzen. Dieser Grad an Unabhängigkeit von externen Überlebenssignalen kann Krebsmetastasen ermöglichen. [78]

Dysregulation von p53 Bearbeiten

Das Tumorsuppressorprotein p53 akkumuliert, wenn die DNA durch eine Kette biochemischer Faktoren geschädigt wird. Ein Teil dieses Signalwegs umfasst Alpha-Interferon und Beta-Interferon, die die Transkription des p53 Gen, was zu einer Erhöhung des p53-Proteinspiegels und einer Verstärkung der Krebszell-Apoptose führt. [79] p53 verhindert die Replikation der Zelle, indem es den Zellzyklus bei G1 oder der Interphase stoppt, um der Zelle Zeit für die Reparatur zu geben, es wird jedoch Apoptose induzieren, wenn der Schaden groß ist und die Reparaturbemühungen fehlschlagen. [80] Jede Störung der Regulierung der p53 oder Interferon-Gene führen zu einer beeinträchtigten Apoptose und der möglichen Bildung von Tumoren.

Hemmung Bearbeiten

Die Hemmung der Apoptose kann zu einer Reihe von Krebsarten, entzündlichen Erkrankungen und Virusinfektionen führen. Ursprünglich wurde angenommen, dass die damit verbundene Akkumulation von Zellen auf eine Zunahme der Zellproliferation zurückzuführen ist, aber heute ist bekannt, dass sie auch auf eine Abnahme des Zelltods zurückzuführen ist. Die häufigste dieser Krankheiten ist Krebs, die Krankheit der übermäßigen Zellproliferation, die oft durch eine Überexpression von Mitgliedern der IAP-Familie gekennzeichnet ist. In der Folge reagieren die malignen Zellen auf die Apoptose-Induktion abnorm: Zyklusregulierende Gene (wie p53, ras oder c-myc) werden in erkrankten Zellen mutiert oder inaktiviert, und weitere Gene (wie bcl-2) modifizieren ebenfalls ihre Expression in Tumoren. Einige apoptotische Faktoren sind während der mitochondrialen Atmung lebenswichtig, z.B. Cytochrom C. [81] Die pathologische Inaktivierung der Apoptose in Krebszellen korreliert mit häufigen metabolischen Verschiebungen der Atemwege in Richtung Glykolyse (eine Beobachtung, die als „Warburg-Hypothese“ bekannt ist. [82]

HeLa Zelle Bearbeiten

Die Apoptose in HeLa [b]-Zellen wird durch Proteine ​​gehemmt, die von der Zelle produziert werden. Diese inhibitorischen Proteine ​​zielen auf Tumor-unterdrückende Proteine ​​des Retinoblastoms ab. [83] Diese tumorsupprimierenden Proteine ​​regulieren den Zellzyklus, werden jedoch inaktiviert, wenn sie an ein inhibitorisches Protein gebunden werden. [83] HPV E6 und E7 sind inhibitorische Proteine, die vom humanen Papillomavirus exprimiert werden, wobei HPV für die Bildung des Gebärmutterhalstumors verantwortlich ist, aus dem HeLa-Zellen gewonnen werden. [84] HPV E6 bewirkt, dass p53, das den Zellzyklus reguliert, inaktiv wird.[85] HPV E7 bindet an Retinoblastom-Tumor-supprimierende Proteine ​​und schränkt seine Fähigkeit ein, die Zellteilung zu kontrollieren. [85] Diese beiden inhibitorischen Proteine ​​sind teilweise für die Unsterblichkeit der HeLa-Zellen verantwortlich, indem sie das Auftreten von Apoptose hemmen. [86] CDV (Canine Distemper Virus) ist in der Lage, trotz der Anwesenheit dieser hemmenden Proteine ​​Apoptose zu induzieren. Dies ist eine wichtige onkolytische Eigenschaft von CDV: Dieses Virus ist in der Lage, Lymphomzellen des Hundes abzutöten. Die Onkoproteine ​​E6 und E7 lassen p53 immer noch inaktiv, aber sie sind nicht in der Lage, die Aktivierung von Caspasen zu vermeiden, die durch den Stress einer Virusinfektion induziert wird. Diese onkolytischen Eigenschaften stellten eine vielversprechende Verbindung zwischen CDV und Lymphom-Apoptose dar, die zur Entwicklung alternativer Behandlungsmethoden sowohl für Hunde-Lymphome als auch für humane Non-Hodgkin-Lymphome führen kann. Defekte im Zellzyklus werden für die Resistenz gegen Chemotherapie oder Bestrahlung durch bestimmte Tumorzellen verantwortlich gemacht, sodass ein Virus, das trotz Defekten im Zellzyklus Apoptose induzieren kann, für die Krebsbehandlung nützlich ist. [86]

Behandlungen Bearbeiten

Die Hauptbehandlungsmethode für den potenziellen Tod durch signalbedingte Krankheiten besteht darin, die Anfälligkeit für Apoptose in erkrankten Zellen entweder zu erhöhen oder zu verringern, je nachdem, ob die Krankheit entweder durch die Hemmung oder übermäßige Apoptose verursacht wird. Zum Beispiel zielen Behandlungen darauf ab, die Apoptose wiederherzustellen, um Krankheiten mit mangelhaftem Zelltod zu behandeln, und die Apoptoseschwelle zu erhöhen, um Krankheiten zu behandeln, die mit übermäßigem Zelltod verbunden sind. Um die Apoptose zu stimulieren, kann man die Zahl der Todesrezeptorliganden (wie TNF oder TRAIL) erhöhen, den anti-apoptotischen Bcl-2-Weg antagonisieren oder Smac-Mimetika zur Hemmung des Inhibitors (IAPs) einführen. [47] Die Zugabe von Wirkstoffen wie Herceptin, Iressa oder Gleevec verhindert den Zellzyklus und bewirkt die Aktivierung der Apoptose, indem sie die Wachstums- und Überlebenssignale weiter stromaufwärts blockiert. Schließlich verdrängt die Zugabe von p53-MDM2-Komplexen p53 und aktiviert den p53-Weg, was zu Zellzyklusarrest und Apoptose führt. Viele verschiedene Methoden können an verschiedenen Stellen entlang des Todessignalweges verwendet werden, um die Apoptose entweder zu stimulieren oder zu hemmen. [87]

Apoptose ist ein mehrstufiges Zelltod-Programm, das jeder Zelle des Körpers innewohnt. Bei Krebs ist das Zellteilungsverhältnis der Apoptose verändert. Die Krebsbehandlung durch Chemotherapie und Bestrahlung tötet Zielzellen hauptsächlich durch Induktion der Apoptose.

Hyperaktive Apoptose Bearbeiten

Andererseits kann der Verlust der Kontrolle über den Zelltod (was zu einer übermäßigen Apoptose führt) zu neurodegenerativen Erkrankungen, hämatologischen Erkrankungen und Gewebeschäden führen. Es ist von Interesse, darauf hinzuweisen, dass Neuronen, die auf mitochondriale Atmung angewiesen sind, bei neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer [88] und Parkinson eine Apoptose eingehen. [89] (eine Beobachtung, die als „Inverse Warburg-Hypothese“ [90] [81] bekannt ist). Darüber hinaus besteht eine inverse epidemiologische Komorbidität zwischen neurodegenerativen Erkrankungen und Krebs. [91] Das Fortschreiten von HIV ist direkt mit übermäßiger, unregulierter Apoptose verbunden. Bei einem gesunden Individuum ist die Anzahl der CD4+-Lymphozyten im Gleichgewicht mit den vom Knochenmark gebildeten Zellen, bei HIV-positiven Patienten geht dieses Gleichgewicht jedoch verloren, da das Knochenmark nicht in der Lage ist, CD4+-Zellen zu regenerieren. Im Fall von HIV sterben CD4+-Lymphozyten beschleunigt durch unkontrollierte Apoptose, wenn sie stimuliert werden. Auf molekularer Ebene kann hyperaktive Apoptose durch Defekte in Signalwegen verursacht werden, die die Proteine ​​der Bcl-2-Familie regulieren. Eine erhöhte Expression apoptotischer Proteine ​​wie BIM oder deren verminderte Proteolyse führt zum Zelltod und kann eine Reihe von Pathologien verursachen, abhängig von den Zellen, in denen eine übermäßige Aktivität von BIM auftritt. Krebszellen können der Apoptose durch Mechanismen entkommen, die die BIM-Expression unterdrücken, oder durch eine erhöhte Proteolyse von BIM. [ Zitat benötigt ]

Behandlungen Bearbeiten

Behandlungen mit dem Ziel der Hemmung wirken, um bestimmte Caspasen zu blockieren. Schließlich fördert die Akt-Proteinkinase das Überleben der Zellen auf zwei Wegen. Akt phosphoryliert und hemmt Bad (ein Mitglied der Bcl-2-Familie), wodurch Bad mit dem 14-3-3-Gerüst interagiert, was zu einer Bcl-Dissoziation und damit zum Überleben der Zellen führt. Akt aktiviert auch IKKα, was zur Aktivierung von NF-κB und zum Überleben der Zellen führt. Aktives NF-κB induziert die Expression von anti-apoptotischen Genen wie Bcl-2, was zu einer Hemmung der Apoptose führt. Es wurde gefunden, dass NF-&kgr;B in Abhängigkeit von den verwendeten Stimuli und dem Zelltyp sowohl eine antiapoptotische als auch eine proapoptotische Rolle spielt. [92]

HIV-Fortschritt Bearbeiten

Das Fortschreiten der Infektion mit dem humanen Immunschwächevirus zu AIDS ist in erster Linie auf die Erschöpfung der CD4+ T-Helfer-Lymphozyten auf eine Weise zurückzuführen, die für das Knochenmark des Körpers zu schnell ist, um die Zellen wieder aufzufüllen, was zu einem geschwächten Immunsystem führt. Einer der Mechanismen, durch die T-Helferzellen erschöpft werden, ist die Apoptose, die aus einer Reihe biochemischer Wege resultiert: [93]

  1. HIV-Enzyme deaktivieren Anti-Apoptotika Bcl-2. Dies führt nicht direkt zum Zelltod, sondern bereitet die Zelle auf Apoptose vor, sollte das entsprechende Signal empfangen werden. Parallel dazu aktivieren diese Enzyme proapoptotische procaspase-8, das die mitochondrialen Ereignisse der Apoptose direkt aktiviert.
  2. HIV kann die Menge an zellulären Proteinen erhöhen, die eine Fas-vermittelte Apoptose auslösen.
  3. HIV-Proteine ​​verringern die Menge an CD4-Glykoprotein-Marker, die auf der Zellmembran vorhanden ist.
  4. Freigesetzte Viruspartikel und Proteine, die in der extrazellulären Flüssigkeit vorhanden sind, können in nahegelegenen "bystander"-T-Helferzellen Apoptose induzieren.
  5. HIV verringert die Produktion von Molekülen, die an der Markierung der Zelle für die Apoptose beteiligt sind, was dem Virus Zeit gibt, sich zu replizieren und weiterhin Apoptose und Virionen in das umgebende Gewebe freizusetzen.
  6. Die infizierte CD4+-Zelle kann auch das Todessignal von einer zytotoxischen T-Zelle empfangen.

Zellen können auch als direkte Folgen von Virusinfektionen absterben. Die HIV-1-Expression induziert den G2/M-Arrest und die Apoptose der tubulären Zellen. [94] Das Fortschreiten von HIV zu AIDS erfolgt nicht unmittelbar oder sogar notwendigerweise schnell. Die zytotoxische Aktivität von HIV gegenüber CD4+-Lymphozyten wird als AIDS klassifiziert, sobald die CD4+-Zellzahl eines Patienten unter 200 fällt. [95]

Forscher der Kumamoto-Universität in Japan haben eine neue Methode zur Ausrottung von HIV in viralen Reservoirzellen entwickelt, die als "Lock-in und Apoptose" bezeichnet wird. Unter Verwendung der synthetisierten Verbindung Heptanoylphosphatidyl L-Inositol Pentakisphophate (oder L-Hippo), um stark an das HIV-Protein PR55Gag zu binden, waren sie in der Lage, die virale Knospung zu unterdrücken. Durch die Unterdrückung der viralen Knospung konnten die Forscher das HIV-Virus in der Zelle einfangen und der Zelle die Apoptose (natürlicher Zelltod) ermöglichen. Associate Professor Mikako Fujita hat erklärt, dass der Ansatz für HIV-Patienten noch nicht verfügbar ist, da das Forschungsteam weitere Forschungen durchführen muss, um die derzeit bestehende medikamentöse Therapie mit diesem "Lock-in and Apoptosis"-Ansatz zu kombinieren, um zu einer vollständigen Genesung von HIV zu führen . [96]

Virusinfektion Bearbeiten

Eine virale Induktion der Apoptose tritt auf, wenn eine oder mehrere Zellen eines lebenden Organismus mit einem Virus infiziert werden, was zum Zelltod führt. Der Zelltod in Organismen ist für die normale Entwicklung von Zellen und die Reifung des Zellzyklus notwendig. [97] Es ist auch wichtig für die Aufrechterhaltung der regelmäßigen Funktionen und Aktivitäten von Zellen.

Viren können über eine Reihe von Mechanismen die Apoptose infizierter Zellen auslösen, darunter:

  • Rezeptorbindung
  • Aktivierung der Proteinkinase R (PKR)
  • Interaktion mit p53
  • Expression von viralen Proteinen, die an MHC-Proteine ​​auf der Oberfläche der infizierten Zelle gekoppelt sind, was eine Erkennung durch Zellen des Immunsystems (wie Natural Killer und zytotoxische T-Zellen) ermöglicht, die dann die infizierte Zelle zur Apoptose veranlassen. [98]

Es ist bekannt, dass das Canine Staupevirus (CDV) Apoptose im Zentralnervensystem und Lymphgewebe von infizierten Hunden in vivo und in vitro verursacht. [99] Die durch CDV verursachte Apoptose wird typischerweise über den extrinsischen Weg induziert, der Caspasen aktiviert, die die Zellfunktion unterbrechen und schließlich zum Zelltod führen. [83] In normalen Zellen aktiviert CDV zuerst Caspase-8, die als Initiatorprotein fungiert, gefolgt vom Henkersprotein Caspase-3. [83] An der CDV-induzierten Apoptose in HeLa-Zellen ist jedoch nicht das Initiatorprotein Caspase-8 beteiligt. Die durch CDV verursachte HeLa-Zell-Apoptose folgt einem anderen Mechanismus als in Vero-Zelllinien. [83] Diese Änderung in der Caspase-Kaskade legt nahe, dass CDV Apoptose über den intrinsischen Weg induziert, ohne dass die Initiator-Caspase-8 benötigt wird. Das Henkersprotein wird stattdessen durch die internen Reize aktiviert, die durch eine Virusinfektion verursacht werden, nicht durch eine Caspase-Kaskade. [83]

Das Oropouche-Virus (OROV) kommt in der Familie vor Bunyaviridae. Das Studium der Apoptose durch Bunyaviridae wurde 1996 initiiert, als beobachtet wurde, dass das La-Crosse-Virus Apoptose in den Nierenzellen von Baby-Hamstern und in den Gehirnen von Baby-Mäusen induziert. [100]

OROV ist eine Krankheit, die zwischen Menschen durch die Stechmücke (Culicoides paraensis). [101] Es wird als zoonotisches Arbovirus bezeichnet und verursacht eine fieberhafte Erkrankung, die durch das Einsetzen eines plötzlichen Fiebers, das als Oropouche-Fieber bekannt ist, gekennzeichnet ist. [102]

Das Oropouche-Virus verursacht auch Störungen in kultivierten Zellen – Zellen, die unter bestimmten und spezifischen Bedingungen kultiviert werden. Ein Beispiel hierfür sind HeLa-Zellen, bei denen die Zellen kurz nach der Infektion zu degenerieren beginnen. [100]

Bei der Gelelektrophorese kann beobachtet werden, dass OROV eine DNA-Fragmentierung in HeLa-Zellen verursacht. Sie kann durch Zählen, Messen und Analysieren der Zellen der Sub/G1-Zellpopulation interpretiert werden. [100] Wenn HeLA-Zellen mit OROV infiziert werden, wird das Cytochrom C von der Membran der Mitochondrien in das Cytosol der Zellen freigesetzt. Diese Art der Interaktion zeigt, dass die Apoptose über einen intrinsischen Weg aktiviert wird. [97]

Damit die Apoptose innerhalb von OROV auftritt, ist eine virale Enthüllung, eine virale Internalisierung zusammen mit der Replikation von Zellen notwendig. Die Apoptose wird bei einigen Viren durch extrazelluläre Stimuli aktiviert. Studien haben jedoch gezeigt, dass die OROV-Infektion eine Aktivierung der Apoptose durch intrazelluläre Reize bewirkt und die Mitochondrien involviert. [100]

Viele Viren kodieren Proteine, die die Apoptose hemmen können. [103] Mehrere Viren kodieren virale Homologe von Bcl-2. Diese Homologe können proapoptotische Proteine ​​wie BAX und BAK hemmen, die für die Aktivierung der Apoptose essentiell sind. Beispiele für virale Bcl-2-Proteine ​​umfassen das Epstein-Barr-Virus-BHRF1-Protein und das Adenovirus-E1B-19K-Protein. [104] Einige Viren exprimieren Caspase-Inhibitoren, die die Caspase-Aktivität hemmen, und ein Beispiel ist das CrmA-Protein von Kuhpockenviren. Während eine Reihe von Viren die Wirkung von TNF und Fas blockieren können. Zum Beispiel kann das M-T2-Protein von Myxomaviren TNF binden, wodurch es daran gehindert wird, den TNF-Rezeptor zu binden und eine Reaktion zu induzieren. [105] Darüber hinaus exprimieren viele Viren p53-Inhibitoren, die p53 binden und seine transkriptionale Transaktivierungsaktivität hemmen können. Als Konsequenz kann p53 keine Apoptose induzieren, da es die Expression von proapoptotischen Proteinen nicht induzieren kann. Das Adenovirus-E1B-55K-Protein und das Hepatitis-B-Virus-HBx-Protein sind Beispiele für virale Proteine, die eine solche Funktion erfüllen können. [106]

Viren können insbesondere in den letzten Stadien der Infektion durch Apoptose intakt bleiben. Sie können in die exportiert werden apoptotische Körper die sich von der Oberfläche der sterbenden Zelle abschnüren, und die Tatsache, dass sie von Fresszellen verschlungen werden, verhindert die Auslösung einer Wirtsantwort. Dies begünstigt die Verbreitung des Virus. [105]

Der programmierte Zelltod in Pflanzen weist eine Reihe von molekularen Ähnlichkeiten mit der tierischen Apoptose auf, weist jedoch auch Unterschiede auf, wobei die Anwesenheit einer Zellwand und das Fehlen eines Immunsystems, das die Teile der toten Zelle entfernt, bemerkenswert sind. Anstelle einer Immunantwort synthetisiert die sterbende Zelle Substanzen, um sich selbst zu zersetzen, und legt sie in eine Vakuole, die beim Absterben der Zelle aufplatzt. Ob dieser gesamte Prozess der tierischen Apoptose stark genug ähnelt, um die Verwendung des Namens zu rechtfertigen? Apoptose (im Gegensatz zu den allgemeineren programmierter Zelltod) ist unklar. [107] [108]

Die Charakterisierung der Caspasen ermöglichte die Entwicklung von Caspase-Inhibitoren, mit denen festgestellt werden kann, ob an einem zellulären Prozess aktive Caspasen beteiligt sind. Unter Verwendung dieser Inhibitoren wurde entdeckt, dass Zellen ohne Caspase-Aktivierung sterben können, während sie eine apoptoseähnliche Morphologie aufweisen. [109] Spätere Studien verbanden dieses Phänomen mit der Freisetzung von AIF (Apoptose-induzierendem Faktor) aus den Mitochondrien und seiner Translokation in den Zellkern, die durch sein NLS (nukleares Lokalisierungssignal) vermittelt wird. In den Mitochondrien ist AIF an der inneren Membran verankert. Zur Freisetzung wird das Protein durch eine Calcium-abhängige Calpain-Protease gespalten.


Abstrakt

Die Entdeckung, dass der Tumornekrosefaktor-bezogene Apoptose-induzierende Ligand (TRAIL) die Apoptose von Krebszellen induzieren kann, ohne bei Mäusen Toxizität zu verursachen, hat zu einer eingehenden Untersuchung der Signalübertragung des pro-apoptotischen TRAIL-Rezeptors (TRAIL-R) und der Entwicklung geführt von biotherapeutischen Wirkstoffkandidaten, die TRAIL-Rs aktivieren. Die Ergebnisse klinischer Studien mit diesen TRAIL-R-Agonisten waren jedoch bisher enttäuschend. Neuere Erkenntnisse deuten darauf hin, dass viele Krebsarten nicht nur TRAIL-resistent sind, sondern auch das endogene TRAIL-TRAIL-R-System zu ihrem eigenen Vorteil nutzen. Neue Erkenntnisse an zwei Fronten – wie die Resistenz von Krebszellen gegenüber TRAIL-basierten pro-apoptotischen Therapien überwunden werden könnte und wie den protumorigenen Wirkungen von endogenem TRAIL entgegengewirkt werden könnte – lassen jedoch berechtigte Hoffnung aufkommen, dass das TRAIL-System genutzt werden kann, um Krebs behandeln. In diesem Aufsatz bewerten wir den Status quo unseres Verständnisses der Biologie des TRAIL-TRAIL-R-Systems – sowie die Lücken darin – und diskutieren die Chancen und Herausforderungen bei der effektiven Ausrichtung dieses Weges.


30 - Apoptose: der extrinsische Weg

Der programmierte Zelltod (auch PCD genannt) wird allgemein als ein regulierter Prozess definiert, durch den Zellen zu ihrem eigenen Untergang beitragen. Apoptose ist die am besten charakterisierte Form des programmierten Zelltods, aber alternative nicht-apoptotische Zelltod-Wege, die für die menschliche Physiologie und Krankheitspathologie wichtig sind, werden jetzt aktiv untersucht. Hinsichtlich der Apoptose gibt es zwei allgemeine Wege, den extrinsischen Weg und den intrinsischen Weg, je nachdem, ob der molekulare Faktor, der den Todesweg einleitet, extrazellulär oder intrazellulär ist. Sowohl extrinsische als auch intrinsische Wege führen zur Aktivierung von Caspasen, den Proteasen, die viele wichtige Proteinziele in Zellen spalten, was innerhalb weniger Minuten bis Stunden zu apoptotischer Zellmorphologie und Zelltod führt. Obwohl es alternative molekulare Wege geben kann, die eine apoptoseähnliche Zellmorphologie verursachen, bezieht sich der Begriff Apoptose am häufigsten auf den Caspase-abhängigen Zelltod.

Die extrinsischen und intrinsischen Wege aktivieren verschiedene Initiatorcaspasen. Jede Initiator-Caspase wird durch einen einzigartigen Proteinkomplex aktiviert. Der intrinsische Todesweg umfasst Mitochondrien und wird durch pro- und anti-apoptotische Proteine ​​der Bcl-2-Familie kontrolliert, die die Freisetzung von Cytochrom c aus dem mitochondrialen Zwischenmembranraum erleichtern oder hemmen. Cytosolisches Cytochrom c und ATP/ADP wiederum binden Apaf-1 und induzieren die Oligomerisierung von Apaf-1 zu einer heptameren Ringstruktur, die als Apoptosom bekannt ist. Das Apoptosom aktiviert Caspase-9, die wiederum Caspasen-3 und -7 spaltet und aktiviert, um Apoptose während der normalen Entwicklung zu vermitteln und Krebs zu verhindern. Andere intrinsische apoptotische Wege werden durch den Aufbau alternativer Caspase-aktivierender Komplexe als Reaktion auf intrazelluläre Faktoren initiiert, wie z -1β-umwandelndes Enzym).


Verweise

Pitti RM, Marsters SA, Ruppert S, et al. Induktion der Apoptose durch Apo-2-Ligand, ein neues Mitglied der Tumornekrosefaktor-Zytokin-Familie. J Biol Chem. 1996271:12687–12690.

T. Lin, J. Gu, L. Zhang et al. Die gezielte Expression des grün fluoreszierenden Proteins/Tumornekrosefaktor-bezogenen Apoptose-induzierenden Liganden-Fusionsproteins vom humanen Telomerase-Reverse-Transkriptase-Promotor ruft Antitumoraktivität ohne toxische Wirkungen auf primäre humane Hepatozyten hervor. Krebs Res. 200262:3620–3625.

Armeanu S, Lauer UM, Smirnow I, et al. Der adenovirale Gentransfer eines Tumornekrosefaktor-bezogenen Apoptose-induzierenden Liganden überwindet eine beeinträchtigte Reaktion von Hepatomzellen, verursacht jedoch eine schwere Apoptose in primären menschlichen Hepatozyten. Krebs Res. 200363:2369–2372.

Gu J, Zhang L, Huang X, et al. Ein neuer einzelner Tetracyclin-regulierender adenoviraler Vektor für die tumorspezifische Bax-Genexpression und das Abtöten von Zellen in vitro und in vivo. Onkogen. 200221:4757–4764.

Hinz S, Trauzold A, Boenicke L, et al. Bcl-XL schützt Pankreas-Adenokarzinomzellen vor CD95- und TRAIL-Rezeptor-vermittelter Apoptose. Onkogen. 200019:5477–5486.

Fulda S, Kufer MU, Meyer E, et al. Sensibilisierung für Todesrezeptor- oder Arzneimittel-induzierte Apoptose durch Reexpression von Caspase-8 durch Demethylierung oder Gentransfer. Onkogen. 200120:5865–5877.

Eggert A, Grotzer MA, Zuzak TJ, et al. Die Resistenz gegen Tumornekrosefaktor-bezogene Apoptose-induzierende Ligand (TRAIL)-induzierte Apoptose in Neuroblastomzellen korreliert mit einem Verlust der Caspase-8-Expression. Krebs Res. 200161:1314–1319.

L. Zhang, J. Gu, T. Lin et al. Mechanismen, die an der Entwicklung einer Resistenz gegen eine Adenovirus-vermittelte proapoptotische Gentherapie in der humanen DLD1-Darmkrebszelllinie beteiligt sind. Gentherapie. 20029:1262–1270.

Pan G, O'Rourke K, Chinnaiyan AM, et al. Der Rezeptor für den zytotoxischen Liganden TRAIL. Wissenschaft. 1997276:111–113.

Walczak H, Degli-Esposti MA, Johnson RS, et al. TRAIL-R2: ein neuer Apoptose-vermittelnder Rezeptor für TRAIL. EMBO J. 199716:5386–5397.

Daniel PT, Wieder T, Sturm I, et al. Der Kuss des Todes: Versprechen und Versagen von Todesrezeptoren und -liganden in der Krebstherapie. Leukämie. 200115:1022–1032.

Liu X, Kim CN, Yang J, et al. Induktion des apoptotischen Programms in zellfreien Extrakten: Bedarf an dATP und Cytochrom C. Zelle. 199686:147–157.

Kluck RM, Bossy-Wetzel E, Green DR, et al. Die Freisetzung von Cytochrom c aus Mitochondrien: eine primäre Stelle für die Bcl-2-Regulation der Apoptose. Wissenschaft. 1997275:1132–1136.

Micheau O, Tschopp J . Induktion von TNF-Rezeptor I-vermittelter Apoptose über zwei sequentielle Signalkomplexe. Zelle. 2003114:181–190.

Chaudhary PM, Eby M, Jasmin A, et al. Todesrezeptor 5, ein neues Mitglied der TNFR-Familie, und DR4 induzieren FADD-abhängige Apoptose und aktivieren den NF-kappaB-Signalweg. Immunität. 19977:821–830.

P. Schneider, M. Thome, K. Burns et al. TRAIL-Rezeptoren 1 (DR4) und 2 (DR5) signalisieren FADD-abhängige Apoptose und aktivieren NF-kappaB. Immunität. 19977:831–836.

Degli-Esposti MA, Smolak PJ, Walczak H, et al. Klonierung und Charakterisierung von TRAIL-R3, einem neuen Mitglied der aufstrebenden TRAIL-Rezeptorfamilie. J Exp Med. 1997186:1165–1170.

Degli-Esposti MA, Dougall WC, Smolak PJ et al. Der neue Rezeptor TRAIL-R4 induziert NF-kappaB und schützt vor TRAIL-vermittelter Apoptose, behält jedoch eine unvollständige Todesdomäne. Immunität. 19977:813–820.

Emery, JG, McDonnell, P., Burke, MB, et al. Osteoprotegerin ist ein Rezeptor für den zytotoxischen Liganden TRAIL. J Biol Chem. 1998273:14363–14367.

Pan G, Ni J, Wei YF et al. Ein Antagonist-Köderrezeptor und ein Todesdomäne-enthaltender Rezeptor für TRAIL. Wissenschaft. 1997277:815–818.

Sheridan JP, Marsters SA, Pitti RM, et al. Kontrolle der TRAIL-induzierten Apoptose durch eine Familie von Signal- und Köderrezeptoren. Wissenschaft. 1997277:818–821.

Griffith TS, Chin WA, Jackson GC et al. Intrazelluläre Regulation der TRAIL-induzierten Apoptose in menschlichen Melanomzellen. J Immunol. 1998161:2833–2840.

Fisher MJ, Virmani AK, Wu L, et al. Die Nukleotidsubstitution in der Ektodomäne des Trail-Rezeptors DR4 wird mit Lungenkrebs und Kopf-Hals-Krebs in Verbindung gebracht. Clin Cancer Res. 20017:1688–1697.

Kim K, Fisher MJ, Xu SQ et al. Molekulare Determinanten der Reaktion auf TRAIL beim Abtöten von normalen und Krebszellen. Clin Cancer Res. 20006:335–346.

Ozoren N., Fisher MJ, Kim K. et al. Die homozygote Deletion des Todesrezeptor-DR4-Gens in einer Nasopharynx-Krebszelllinie wird mit TRAIL-Resistenz in Verbindung gebracht. Int J Oncol. 200016:917–925.

Shin MS, Kim HS, Lee SH, et al. Mutationen von Tumornekrosefaktor-bezogenen Apoptose-induzierenden Ligandrezeptor 1 (TRAIL-R1) und Rezeptor 2 (TRAIL-R2) Genen bei metastasierendem Brustkrebs. Krebs Res. 200161:4942–4946.

Lee SH, Shin MS, Kim HS et al. Somatische Mutationen der TRAIL-Rezeptor-1- und TRAIL-Rezeptor-2-Gene beim Non-Hodgkin-Lymphom. Onkogen. 200120:399–403.

Pai SI, Wu GS, Ozoren N, et al. Seltene Mutation mit Funktionsverlust eines Todesrezeptor-Gens bei Kopf-Hals-Tumoren. Krebs Res. 199858:3513–3518.

Lee SH, Shin MS, Kim HS et al. Veränderungen des DR5/TRAIL-Rezeptor-2-Gens bei nicht-kleinzelligem Lungenkrebs. Krebs Res. 199959:5683–5686.

Jeng YM, Hsu HC . Mutationen des DR5/TRAIL-Rezeptor-2-Gens sind beim hepatozellulären Karzinom selten. Krebs Lett. 2002181:205–208.

Kischkel FC, Hellbardt S, Behrmann I, et al. Zytotoxizitätsabhängige APO-1 (Fas/CD95)-assoziierte Proteine ​​bilden mit dem Rezeptor einen todesinduzierenden Signalkomplex (DISC). EMBO J. 199514:5579–5588.

M. MacFarlane, M. Ahmad, S.M. Srinivasula et al. Identifizierung und molekulare Klonierung von zwei neuen Rezeptoren für den zytotoxischen Liganden TRAIL. J Biol Chem. 1997272:25417–25420.

Petak I, Vernes R, Szucs KS et al. Eine Caspase-8-unabhängige Komponente beim TRAIL/Apo-2L-induzierten Zelltod in menschlichen Rhabdomyosarkom-Zellen. Unterschied zwischen Zelltod. 200310:729–739.

Wajant H, Johannes FJ, Haas E, et al. Dominant-negatives FADD hemmt den TNFR60-, Fas/Apo1- und TRAIL-R/Apo2-vermittelten Zelltod, jedoch nicht die Geninduktion. Curr Biol. 19988:113–116.

Kuang AA, Diehl GE, Zhang J, et al. FADD ist für DR4- und DR5-vermittelte Apoptose erforderlich: Fehlen von spurinduzierter Apoptose in FADD-defizienten embryonalen Fibroblasten der Maus. J Biol Chem. 2000275:25065–25068.

Yeh WC, Pompa JL, McCurrach ME, et al. FADD: essentiell für die Entwicklung des Embryos und die Signalübertragung von einigen, aber nicht allen Induktoren der Apoptose. Wissenschaft. 1998279:1954–1958.

Bodmer JL, Holler N., Reynard S. et al. TRAIL-Rezeptor-2 signalisiert Apoptose durch FADD und Caspase-8. Nat Cell Biol. 20002:241–243.

Seol DW, Li J, Seol MH et al. Signalisierungsereignisse, die durch den Tumornekrosefaktor-bezogenen Apoptose-induzierenden Liganden (TRAIL) ausgelöst werden: Caspase-8 ist für die TRAIL-induzierte Apoptose erforderlich. Krebs Res. 200161:1138–1143.

Sprick MR, Rieser E, Stahl H, et al. Caspase-10 wird in einer FADD-abhängigen Weise an die nativen TRAIL- und CD95-Todes-induzierenden Signalkomplexe rekrutiert und aktiviert, kann aber Caspase-8 nicht funktionell ersetzen. EMBO J. 200221:4520–4530.

Lacour S, Micheau O, Hammann A, et al. Chemotherapie verbessert den TNF-bezogenen Apoptose-induzierenden Liganden DISC-Aufbau in HT29 menschlichen Dickdarmkrebszellen. Onkogen. 200322:1807–1816.

P. Secchiero, D. Milani, A. Gonelli et al. Tumornekrosefaktor (TNF)-verwandter Apoptose-induzierender Ligand (TRAIL) und TNF-alpha fördern die NF-kappaB-abhängige Reifung von normalen und leukämischen myeloischen Zellen. J Leukoc Biol. 200374:223–232.

Chun HJ, Zheng L, Ahmad M, et al. Pleiotrope Defekte in der Lymphozytenaktivierung, die durch Caspase-8-Mutationen verursacht werden, führen zu einer menschlichen Immunschwäche. Natur. 2002419:395–399.

Wang J, Chun HJ, Wong W, et al. Caspase-10 ist eine Initiator-Caspase bei der Signalübertragung von Todesrezeptoren. Proc Natl Acad Sci USA. 200198:13884–13888.

Kischkel FC, Lawrence DA, Tinel A, et al. Todesrezeptorrekrutierung von endogener Caspase-10 und Apoptose-Initiation in Abwesenheit von Caspase-8. J Biol Chem. 2001276:46639–46646.

Yang X, Händler MS, Romero ME, et al. Die Induktion von Caspase 8 durch Interferon-gamma macht einige Neuroblastom-(NB)-Zellen empfindlich gegenüber dem Tumornekrosefaktor-bezogenen Apoptose-induzierenden Liganden (TRAIL), zeigt jedoch, dass ein Fehlen der Membran TR1/TR2 auch zur TRAIL-Resistenz bei NB beiträgt. Krebs Res. 200363:1122–1129.

T. Teitz, T. Wei, MB Valentine et al. Caspase 8 wird bei Neuroblastomen im Kindesalter mit Amplifikation von MYCN bevorzugt deletiert oder stummgeschaltet. Nat Med. 20006:529–535.

Hopkins-Donaldson S, Ziegler A, Kurtz S, et al. Silencing der Todesrezeptor- und Caspase-8-Expression in kleinzelligen Lungenkarzinomzelllinien und Tumoren durch DNA-Methylierung. Unterschied zwischen Zelltod. 200310:356–364.

Krueger A, Baumann S, Krammer PH, et al. FLICE-hemmende Proteine: Regulatoren der Todesrezeptor-vermittelten Apoptose. Mol Cell Biol. 200121:8247–8254.

YV Goltsev, AV Kovalenko, E. Arnold et al. CASH, ein neuartiges Caspase-Homolog mit Todeseffektordomänen. J Biol Chem. 1997272:19641–19644.

Han DK, Chaudhary PM, Wright ME, et al. MRIT, ein neuartiges Protein, das eine Todeseffektordomäne enthält, interagiert mit Caspasen und BclXL und leitet den Zelltod ein. Proc Natl Acad Sci USA. 199794:11333–11338.

Inohara N., Koseki T., Hu Y, et al. CLARP, ein Protein, das eine Todeseffektordomäne enthält, interagiert mit Caspase-8 und reguliert die Apoptose. Proc Natl Acad Sci USA. 199794:10717–10722.

Shu HB, Halpin DR, Goeddel DV . Casper ist ein FADD- und Caspase-bezogener Induktor der Apoptose. Immunität. 19976:751–763.

S. Hu, C. Vincenz, J. Ni et al. I-FLICE, ein neuer Inhibitor der Tumornekrosefaktor-Rezeptor-1- und CD-95-induzierten Apoptose. J Biol Chem. 1997272:17255–17257.

M. Irmler, M. Thome, M. Hahne et al. Hemmung von Todesrezeptorsignalen durch zelluläres FLIP. Natur. 1997388:190–195.

Rasper DM, Vaillancourt JP, Hadano S, et al. Abschwächung des Zelltods durch „Usurpin“, ein Säuger-DED-Caspase-Homolog, das die Rekrutierung und Aktivierung von Caspase-8 durch den CD-95 (Fas, APO-1)-Rezeptorkomplex verhindert. Unterschied zwischen Zelltod. 19985:271–288.

S. Srinivasula, M. Ahmad, S. Ottilie et al. FLAME-1, ein neuartiges FADD-ähnliches anti-apoptotisches Molekül, das die Fas/TNFR1-induzierte Apoptose reguliert. J Biol Chem. 1997272:18542–18545.

Siegel RM, Martin DA, Zheng L, et al. Todeseffektorfilamente: neuartige zytoplasmatische Strukturen, die Caspasen rekrutieren und Apoptose auslösen. J Cell Biol. 1998141:1243–1253.

T. Kataoka, M. Schröter, M. Hahne et al. FLIP verhindert die durch Todesrezeptoren induzierte Apoptose, aber nicht durch Perforin/Granzym B, Chemotherapeutika und Gammabestrahlung. J Immunol. 1998161:3936–3942.

Krueger A, Schmitz I, Baumann S, et al. Zelluläre FLICE-hemmende Proteinspleißvarianten hemmen verschiedene Schritte der Caspase-8-Aktivierung am CD95-Tod-induzierenden Signalkomplex. J Biol Chem. 2001276:20633–20640.

Ryu BK, Lee MG, Chi SG et al. Erhöhte Expression von cFLIP(L) beim Kolon-Adenokarzinom. J Pathol. 2001194:15–19.

Bullani RR, Huard B, Viard-Leveugle I, et al. Selektive Expression von FLIP in malignen melanozytären Hautläsionen. J Invest Dermatol. 2001117:360–364.

Okano H, Shiraki K, Inoue H, et al. Zelluläres FLICE/Caspase-8-hemmendes Protein als Hauptregulator des Zelltods und Überlebens beim humanen hepatozellulären Karzinom. Laborinvest. 200383:1033–1043.

Tepper CG, Seldin MF . Modulation der Caspase-8- und FLICE-inhibitorischen Proteinexpression als potenzieller Mechanismus der Epstein-Barr-Virus-Tumorgenese beim Burkitt-Lymphom. Blut. 199994:1727–1737.

Französisch LE, Tschopp J . Hemmung der Todesrezeptor-Signalgebung durch FLICE-hemmendes Protein als Mechanismus für die Immunabwehr von Tumoren. J Exp Med. 1999190:891–894.

Medema JP, de Jong J, van Hall T, et al. Immune Flucht von Tumoren in vivo durch Expression von zellulärem FLICE-hemmendem Protein. J Exp Med. 1999190:1033–1038.

Fulda S, Meyer E, Debatin KM . Hemmung der TRAIL-induzierten Apoptose durch Bcl-2-Überexpression. Onkogen. 200221:2283–2294.

Kandasamy K, Srinivasula SM, Alnemri ES et al. Beteiligung der proapoptotischen Moleküle Bax und Bak an Tumornekrosefaktor-bezogenem Apoptose-induzierendem Ligand (TRAIL)-induzierter mitochondrialer Störung und Apoptose: differentielle Regulation von Cytochrom C und Smac/DIABLO-Version. Krebs Res. 200363:1712–1721.

LeBlanc H, Lawrence D., Varfolomeev E, et al. Tumorzellresistenz gegen Todesrezeptor-induzierte Apoptose durch Mutationsinaktivierung des proapoptotischen Bcl-2-Homologs Bax. Nat Med. 20028:274–281.

Wang GQ, Gastman BR, Wieckowski E, et al. Eine Rolle des mitochondrialen Bak bei der apoptotischen Reaktion auf Krebsmedikamente. J Biol Chem. 2001276:34307–34317.

Duckett CS, Nava VE, Gedrich RW, et al. Eine konservierte Familie von zellulären Genen, die mit dem iap-Gen des Baculovirus verwandt sind und für Apoptose-Inhibitoren kodieren. EMBO J. 199615:2685–2694.

McEleny KR, Watson RW, Fitzpatrick JM. Definition einer Rolle für die Inhibitoren von Apoptoseproteinen bei Prostatakrebs. Prostatakrebs Prostatadis. 20014:28–32.

Ng CP, Zisman A, Bonavida B . Synergie wird durch Komplementation mit Apo2L/TRAIL und Actinomycin D bei der Apo2L/TRAIL-vermittelten Apoptose von Prostatakrebszellen erreicht: Rolle von XIAP bei der Resistenz. Prostata. 200253:286–299.

NgCP, Bonavida B . X-chromosomal Inhibitor of Apoptosis (XIAP) blockiert Apo2-Ligand/Tumor-Nekrosefaktor-bezogene Apoptose-induzierende Ligand-vermittelte Apoptose von Prostatakrebszellen in Gegenwart einer mitochondrialen Aktivierung: Sensibilisierung durch Überexpression des zweiten von Mitochondrien abgeleiteten Aktivators von Caspase/direkter IAP -bindendes Protein mit niedrigem pl (Smac/DIABLO). Mol Krebs dort. 20021:1051–1058.

C. Du, M. Fang, Y. Li et al. Smac, ein mitochondriales Protein, das die Cytochrom-C-abhängige Caspase-Aktivierung durch Aufhebung der IAP-Hemmung fördert. Zelle. 2000102:33–42.

AM Verhagen, PG Ekert, M. Pakusch et al. Identifizierung von DIABLO, einem Säugetierprotein, das die Apoptose fördert, indem es an IAP-Proteine ​​bindet und diese antagonisiert. Zelle. 2000102:43–53.

Zhang XD, Zhang XY, Gray CP et al. Die durch Tumornekrosefaktor bedingte Apoptose-induzierende Ligand-induzierte Apoptose des menschlichen Melanoms wird durch die smac/DIABLO-Freisetzung aus Mitochondrien reguliert. Krebs Res. 200161:7339–7348.

Bernard D, Quatannens B, Vandenbunder B, et al. Rel/NF-kappaB-Transkriptionsfaktoren schützen vor Tumornekrosefaktor (TNF)-verwandter Apoptose-induzierender Ligand (TRAIL)-induzierter Apoptose, indem sie den TRAIL-Köderrezeptor DcR1 hochregulieren. J Biol Chem. 2001276:27322–27328.

Harper N., Farrow SN, Kaptein A, et al. Modulation der Tumornekrosefaktor-Apoptose-induzierenden Liganden-induzierten NF-kappa B-Aktivierung durch Hemmung apikaler Caspasen. J Biol Chem. 2001276:34743–34752.

Kim YS, Schwabe RF, Qian T, et al. TRAIL-vermittelte Apoptose erfordert NF-kappaB-Hemmung und den mitochondrialen Permeabilitätsübergang in menschlichen Hepatomzellen. Hepatologie. 200236:1498–1508.

Ehrhardt H, Fulda S, Schmid I, et al. TRAIL induzierte Überleben und Proliferation in Krebszellen, die gegen TRAIL-induzierte Apoptose, die durch NF-kappaB vermittelt wird, resistent waren. Onkogen. 200322:3842–3852.

Shetty S, Gladden JB, Henson ES et al. Der Tumornekrosefaktor-bezogene Apoptose-induzierende Ligand (TRAIL) reguliert den durch NFkappaB-Aktivierung vermittelten Todesrezeptor 5 (DR5) in epithelialen Zelllinien hoch. Apoptose. 20027:413–420.

Chen X, Kandasamy K, Srivastava RK . Unterschiedliche Rollen von RelA (p65) und c-Rel Untereinheiten des Kernfaktors Kappa B bei der Tumornekrosefaktor-bezogenen Apoptose-induzierenden Ligandensignalisierung. Krebs Res. 200363:1059–1066.

Ichijo H. Von Rezeptoren zu stressaktivierten MAP-Kinasen. Onkogen. 199918:6087–6093.

Zhang XD, Borrow JM, Zhang XY et al. Die Aktivierung von ERK1/2 schützt Melanomzellen vor TRAIL-induzierter Apoptose, indem sie die Smac/DIABLO-Freisetzung aus den Mitochondrien hemmt. Onkogen. 200322:2869–2881.

S. Frese, F. Pirnia, D. Miescher et al. Die PG490-vermittelte Sensibilisierung von Lungenkrebszellen gegenüber Apo2L/TRAIL-induzierter Apoptose erfordert die Aktivierung von ERK2. Onkogen. 200322:5427–5435.

T. Ohtsuka, D. Buchsbaum, P. Oliver et al. Synergistische Induktion der Tumorzell-Apoptose durch Todesrezeptor-Antikörper und Chemotherapeutikum durch JNK/p38 und den mitochondrialen Todesweg. Onkogen. 200322:2034–2044.

NK Sah, A. Munshi, JF Kurland et al. Translationsinhibitoren sensibilisieren Prostatakrebszellen für die Apoptose, die durch den Tumornekrosefaktor-verwandten Apoptose-induzierenden Liganden (TRAIL) induziert wird, indem sie die N-terminale Kinase von c-Jun aktivieren. J Biol Chem. 2003278:20593–20602.

L. Zhang, H. Zhu, J. J. Davis et al. Das Fehlen einer p38-MAP-Kinase-Aktivierung in TRAIL-resistenten Zellen steht nicht im Zusammenhang mit der Resistenz gegen TRAIL-vermittelten Zelltod. Krebs Biol Ther. 20043:296–301.

Ono K, Han J . Der p38-Signaltransduktionsweg: Aktivierung und Funktion. Zellsignal. 200012:1–13.

Shankar S, Srivastava RK . Verbesserung des therapeutischen Potenzials von TRAIL durch Chemotherapie und Bestrahlung bei Krebs: Mechanismen und klinische Implikationen. Arzneimittelresistenz-Update. 20047:139–156.

K. Ichikawa, W. Liu, L. Zhao et al. Tumorizide Aktivität eines neuen monoklonalen Anti-Human-DR5-Antikörpers ohne Hepatozyten-Zytotoxizität. Nat Med. 20017:954–960.

Wang Y, Engels IH, Knie DA, et al. Synthetisches letales Targeting von MYC durch Aktivierung des DR5-Todesrezeptorwegs. Krebszelle. 20045:501–512.

Lawrence D, Shahrokh Z, Marsters S, et al. Differentielle Hepatozytentoxizität von rekombinanten Apo2L/TRAIL-Versionen. Nat Med. 20017:383–385.

Jo M, Kim TH, Seol DW et al. Apoptose, die in normalen menschlichen Hepatozyten durch Tumornekrosefaktor-verwandten Apoptose-induzierenden Liganden induziert wird. Nat Med. 20006:564–567.

XD Zhang, T. Nguyen, WD Thomas et al. Die Mechanismen der Resistenz normaler Zellen gegenüber TRAIL-induzierter Apoptose variieren zwischen verschiedenen Zelltypen. FEBS Lett. 2000482:193–199.

Bhojani MS, Rossu BD, Rehemtulla A . TRAIL und Anti-Tumor-Reaktionen. Krebs Biol Ther. 20032:S71–S78.