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Unterschiedliche Resistenzmechanismen verhindern eine effektive Chemotherapie induzierte Apoptose in Tumoren. Wir untersuchten in der bronchialen Plattenepithelkarzinomzelllinie KNS 62 in vitro die Apoptoseinduktion durch das zur palliativen Therapie eingesetzte Gemcitabin und verglichen diese mit der CD95-induzierten Apoptose. Weiterhin wurde die Bedeutung des mitochondrialen Apoptoseweges durch Überexpression des anti-apoptotischen Proteins Bcl-xL untersucht und in einem orthotopen Xenotransplantationsmodell überprüft.

Die Apoptoseraten der Zelllinie KNS 62 durch Behandlung mit Gemcitabine bzw. durch Stimulation des CD95 Rezeptors (agonistischer CH-11 Antikörper) wurde durch verschiedene Apoptose-Assays bestimmt (Jam Assay, EZ4U Assay, Dapi-stain). Weiterhin wurde die Wirkung des Caspaseinhibitors zVAD auf die Apoptoseinduktion überprüft. Verwandt wurden jeweils die KNS 62 Wildtyp-Zellen, sowie Zellpools mit Überexpression (stabile retrovirale Transduktion) des anti-apoptotischen Proteins Bcl-xL und einer entsprechenden Vektorkontrolle. Die unterschiedlichen Zellpools wurden per FACS Analyse auf ihre CD95-Rezeptor Expression hin untersucht. Nach Behandlung mit Gemcitabine bzw. CH-11 wurde zu verschiedenen Zeitpunkten die Spaltung der Caspasen-8, -3, sowie des Caspase-3-Substrates PARP mittels Western-Blot bestimmt. Zur Evaluation des mitochondrialen Apoptoseweges wurden die Spaltung von BID und Caspase-9, sowie die mitochondriale Cytochrom-C Freisetzung und das mitchondriale Transmembran Potential (MTP) gemessen. In einem orthotopen murinen Tumormodell wurden das Wachstum pulmonaler Tumoren der drei o.g. KNS 62 Varianten unter Gemcitabinebehandlung (i.p.) über 3 Wochen evaluiert.

Die CD95 Oberflächen-Expression war bei den drei KNS 62 Pools gleich. Im Jam-Assay konnte sowohl die CD95- als auch die Gemcitabine- induzierte Apoptose nachgewiesen werden. In den KNS 62-Bcl-xL Zellen war sowohl die Gemcitabine induzierte- als auch die CD95 induzierte Apoptose deutlich gehemmt. Die Gemcitabine induzierte Apoptose konnte bei allen drei Zelltypen durch zVAD inhibiert werden. Durch CH-11, nicht jedoch durch Gemcitabine-Therapie ließ sich eine Spaltung von Caspase-8 und BID nachweisen. Die Effektor-Caspase-3 und deren Substrat PARP, sowie Caspase-9 wurden sowohl unter Gemcitabine, als auch unter CH-11 Behandlung gespalten. In den KNS62-Bcl-xL Zellen wurde die Freisetzung von Cytochrom-C und der Defekt des MTP im Vergleich zu den Wildtyp-Zellen und der Vektorkontrolle gehemmt. Im orthotopen Tiermodell zeigte sich unter Gemcitabine-Therapie ein signifikant resistentes (MW 6mm3 vs. MW 22mm3) Tumorwachstum der KNS62-Bcl-xL Tumoren im Vergleich zu den Kontrollen.

Die vorliegenden Ergebnisse zeigen eine Aktivierung des mitochondrialen Apoptoseweges durch Gemcitabine im bronchialen Plattenepithelzellkarzinom. Es konnte in vitro und im Tierversuch eine Gemcitabine-Resistenz durch Überexpression des anti-apoptotischen Gens Bcl-xL belegt werden. Dies begründet im Hinblick auf die Chemotherapie nichtkleinzelliger Bronchialkarzinome eine Analyse der Expression pro- und anti-apoptotischer Faktoren im Sinne einer Patientenstratefizierung.