Bedeutung der Tyrosinkinase p56/Lck für die Apoptose-Signaltransduktion

Abstract

Apoptoseinduktion ist eine Reaktion humaner Lymphozyten und Lymphomzellen auf Bestrahlung oder Behandlung mit Chemotherapeutika. Voraussetzung der Apoptoseinduktion durch diese Stimuli ist die Aktivierung eines komplexen Signalnetzwerkes, welches über mitochondriale Apoptoseschritte zur Aktivierung von Caspasen führt. In vorausgegangenen Untersuchungen wurde gezeigt, dass die Tyrosinkinase p56/Lck für die Apoptoseinduktion durch ionisierende Strahlung, Stimulation mit Ceramid oder Überexpression des Proteins HIV-tat benötigt wird. Dennoch war die Position von Lck innerhalb der Apoptose-Signalkaskade unklar. Daher sollte im Rahmen dieser Arbeit die Rolle von Lck innerhalb apoptotischer Signalwege nach Bestrahlung oder Behandlung mit Chemotherapeutika bestimmt werden. In Lck-defizienten JCaM1.6-Zellen waren im Gegensatz zu Lck-exprimierenden Jurkat- und JCaM1.6/Lck-Zellen nach Bestrahlung keine Apoptoseinduktion, kein Zusammenbruch des mitochondrialen Membranpotentials, keine Cytochrom-c-Freisetzung und keine Caspasenaktivierung detektierbar. Damit verhalten sich Lck-defiziente Zellen bei der strahleninduzierten Apoptose phänotypisch wie Bcl-2-überexprimierende Zellen, in welchen mitochondriale Apoptoseschritte inhibiert werden. Da mitochondriale Apoptosesignale einen Feedback-Mechanismus bei der Todesrezeptor-vermittelten Apoptose darstellen, wurde die Bedeutung von Lck für die Apoptoseinduktion durch CD95/Fas/Apo-1-L und TRAIL ebenfalls untersucht. Todesrezeptor-Stimulierung bewirkte sowohl in Lck-exprimierenden, als auch in Lck-defizienten Zellen Apoptoseinduktion, allerdings mit deutlich verzögerter Kinetik in Lck-defizienten Zellen. Behandlung mit den Chemotherapeutika Doxorubicin, Paclitaxel oder 5-FU bewirkte in Lck-exprimierenden Zellen ebenfalls eine rasche Apoptoseinduktion mit mitochondrialen Veränderungen und Caspasenaktivierungen, jedoch kaum in Lck-defizienten Zellen. Zur genaueren Analyse der Regulation der Apoptose-Signaltransduktion durch Lck wurde die Bedeutung der Kinaseaktivität von Lck untersucht. Die Behandlung mit dem Kinasen–Inhibitor PP2 zeigte, dass die Kinaseaktivität für die Apoptoseinduktion nicht benötigt wird. In weiterführenden Experimenten konnte gezeigt werden, dass Lck bei der Apoptoseinduktion durch die verwandte Tyrosinkinase Src funktionell nicht ersetzbar ist und daher eine spezifische Funktion im Rahmen der Apoptoseinduktion erfüllt. Die Untersuchungsergebnisse zeigen somit, dass Lck frühe Ereignisse innerhalb mitochondrialer Apoptosesignalwege reguliert und dass diese Regulation spezifisch durch Lck und unabhängig von der Kinaseaktivität erfolgt.

Induction of apoptosis is a reaction of human lymphocytes and lymphoma cells to irradiation or treatment with anticancer drugs. Apoptosis induction requires the activation of a highly coordinated signaling network which leads through mitochondrial apoptosis pathways to the activation of caspases. In previous works, it has been shown that the tyrosine kinase p56/Lck is involved in the induction of apoptosis in response to ionizing radiation, treatment with ceramide or overexpression of the HIV-TAT protein. However, the position of Lck within the apoptotic signaling network remained unclear. Therefore, this study aimed at defining the role of Lck within apoptotic signaling pathways after irradiation or treatment of cells with cytotoxic drugs. In contrast to Lck-expressing Jurkat T cells and Lck-retransfected JCaM1.6/Lck cells, no apoptosis induction, breakdown of the mitochondrial transmembrane potential, release of cytochrome c and caspase activation were detectable after irradiation of Lck-deficient JCaM1.6 cells. Thus, during radiation-induced apoptosis, the phenotype of Lck-deficient cells strongly ressembles that of cells overexpressing Bcl-2, in which mitochondrial apoptosis pathways are inhibited. Since mitochondrial apoptosis pathways act within a feedback mechanism during death receptor mediated apoptosis, the requirement of Lck for CD95/Fas/Apo-1-L or TRAIL-induced apoptosis was also investigated. Death receptor stimulation induced apoptosis in Lck-expressing cells as well as in Lck-deficient cells. However the kinetics of apoptosis induction was clearly slowed in Lck-deficient cells. Treatment with the chemotherapeutic drugs Doxorubicin, Paclitaxel or 5-FU also resulted in apoptosis-induction with mitochondrial alterations and activation of caspases in Lck-expressing cells but hardly in Lck-deficient cells. To further elucidate the role of Lck for the regulation of apoptotic signal transduction, it was tested whether kinase activity of p56/Lck was required for apoptosis induction. Treatment with the Src kinase inhibitor PP2 revealed that kinase-activity of p56/Lck may be dispensable for its proapoptotic activity. Further experiments showed that the function of p56/Lck during apoptosis induction cannot be replaced by the related tyrosine kinase Src, indicating a specific role of the tyrosine kinase p56/Lck in apoptosis signaling. In conclusion, p56/Lck is involved in the regulation of early steps of the mitochondrial apoptosis signaling cascade in a Lck-specific and kinase-independent manner.