Identifikation von PIDDosom-Aktivatoren für die Krebstherapie

Genomische Instabilität beschreibt die Neigung von Tumorzellen die Chromosomenzahl und somit die Erbinforation in der Zelle krankhaft zu verändern. Genomische Instabilität bedingt in weiter Folge häufig die Selektion von aneuploidy Zellen, in denen die Erbinformation nicht mehr der von gesunden Zellen entspricht. Aneuploidy ist ein charakteristisches Merkmal von vielen Tumoren, wie Brust- oder Lungenkrebs, und ist in der Regel mit erhöhter Aggressivität, schwerer Behandelbarkeit und schlechter Prognose verbunden. Die molekularen Ursachen von genomischer Instabilität und Aneuploidy sind vielschichtig, liegen jedoch alle in der fehlerhaften Kontrolle der Zellteilung (Mitose), die normalerweise die gleichmäßige Verteilung des Erbguts auf Mutter- und Tochterzelle gewährleistet. Zentraler Bestandteil der Zellteilungsmaschinerie sind Zentriolen, Proteinstrukturen die an gegenüberliegenden Polen der sich teilenden Zelle zur Verankerung der Kernspindel dienen. Die Kernspindel umschreibt einen filamentösen Apparat, bestehend aus Tubulin-Fasern und anderen Proteinen, die der gleichmäßigen Aufteilung der Chromosomen während der Zellteilung dient. Eine ungewollte Ansammlung von Zentrosomen bedingt jedoch in weiterer Folge fehlerhafte Zellteilung durch die Ausbildung von multi-polaren Kernspindeln, bei der Chromosomen nicht mehr gleichmäßig verteilt werden können. Die fördert wiederum die Entstehung von Aneuploidy. Um diesen Problemen entgegen zu wirken hat die Zelle verschiedene Schutzmechanismen etabliert. Eine Anhäufung von Zentrosomen bewirkt in der Regel die Aktivierung von p53, ein Anti-Onkogen, das bei mehr als 50% aller Krebsarten beim Menschen inaktiviert wurde. Wie eine Häufung von Zentrosomen p53 aktiviert war lange Zeit unklar, ist jedoch für das Verständnis der Entstehung von Aneuploidy sowie für die Entwicklung von therapeutischen Strategien, die dies verhindern können, essentiell. Unsere eigenen Studien zeigen nun erstmalig, dass ein Komplex aus verschiedenen Proteinen, das PIDDosom, für diesen Prozess essentiell ist und selektiv p53 als Antwort auf Zentrosomen-Akkumulation aktiviert. Im Vorgelegten Projekt schlagen wir nun vor die Signale zu identifizieren die Zentrosomen und das PIDDosome verbinden sowie die Konsequenzen der Aktivierung des PIDDosoms in präklinischen Modellen zu untersuchen um die Anwendbarkeit eines solchen Therapiekonzeptes zu prüfen. Wir erwarten uns von diesen Studien einerseits ein besseres Verständnis der Grundlagen von Aneuploidy in der Tumorbiologie, als auch die Identifikation von neuen Kandidaten in der Krebstherapie.

Wir haben innerhalb dieses Projekts vorgeschlagen nach Aktivatoren einer Protease zu suchen, welche Zelltod in Tumorzellen auslösen kann. Um aktiviert zu werden, muss diese Protease, Caspase-2 genannt, in einem Komplex mit anderen Proteinen, PIDD1 und RAIDD, vorliegen, um selbst aktiv werden zu können. Normalerweise wird dieser Multi-protein Komplex, der PIDDosome genannt wird, nur aktiv, wenn eine Zelle schwere Fehler bei der Zellteilung macht, die zu einer Verdopplung des DNA Gehalts bzw. der Zentrosomenzahl führt. Zentrosomen sind für die die korrekte Verteilung von Chromosomen verantwortlich und kontrollieren genomische Stabilität. Dieser Prozess ist in vielen Tumorzellen gestört und mitverantwortlich Therapieresistenz und Tumorprogression zu erzeugen. Ein selektiver Aktivator des PIDDosoms könnte somit das Wachstum von Tumorzellen einschränken, die Stabilität des Genoms der Tumorzellen verbessern oder diese gezielt abtöten. Um zu verstehen, welche potentiellen Nebeneffekte eine gezielte Aktivierung des PIDDosoms haben kann, haben wir auch Modelle etabliert die eine solche Aktvierung simulieren können. Darüber hinaus haben wir versucht zu verstehen, ob das PIDDosome ein allgemein aktiver Tumor-Suppressor ist, oder nur in bestimmten Situationen aktiviert wird. Unsere Untersuchungen haben folgende Ergebnisse erbracht, die Basis für weiterführenden Studien zur Rolle des PIDDosoms in der Tumorgenese, Therapieresistenz, aber auch bei der Leber-Regeneration, sind. 1)Eine Reihe von bereits zugelassenen klinischen Substanzen wurde identifiziert, die zur Aktivierung von Caspase-2 in Tumorzellen beitragen. Keine dieser Substanzen ist jedoch dazu in der Lage, Caspase-2 Aktivität zu erzeugen, die von Komplexbildung mit PIDD1 und RAIDD abhängig ist. Eine dieser Substanzen interferiert mit der Funktion von Tubulin und arretiert Tumorzellen in Mitose, solange, bis Zelltod ausgelöst wird. Weiter wurden zwei Proteine identifiziert, die für die korrekte Lokalisation von PIDD1 notwendig sind. 2)Zelltod, der durch Caspase-2 Aktivierung ausgelöst wird, wird durch Hemmung der Mitochondrienfunktion ausgelöst und von zwei Proteinen der BCL2 Familie exekutiert. 3) Die Aktivierung von Caspase-2 hat möglicherweise teratogene Wirkung und ist mit normaler Embryonalentwicklung nicht vereinbar. Gezielte Aktivierung von Caspase-2 kann von einzelnen Zellarten toleriert zu werden. Ob diese Zellen, nach Transformation sensitiver auf Caspase-2 Aktivierung reagieren muss noch getestet werden. 4)Das PIDDosome ist mit Sicherheit kein allgemeiner Tumor-Suppressor, da (i) nicht alle Tumorarten durch die Funktion dieses Komplexes im Wachstum eingeschränkt werden. Und (ii), unter bestimmten Umständen die Gegenwart des PIDDosoms sogar die Ausbildung von bestimmten Tumoren, zB in der Leber, erleichtert.