Strahleninduzierte Apoptose : Mechanismen und Bedeutung für den klonogenen Zelltod

Abstract

Bei der Behandlung von Tumoren spielt die Strahlentherapie eine wesentliche Rolle. Es ist jedoch wenig über die molekularen Mechanismen bekannt, die die Strahlensensitivität beeinflussen und zur Tumorregression führen. Ziel dieser Arbeit war deshalb die Aufklärung der apoptotischen Signalwege nach Bestrahlung. Hier wurde gezeigt, dass Caspasen, die Effektoren der apoptotischen Kaskade, nach Bestrahlung sekundär zu mitochondrialen Schäden aktiviert werden. Caspase-8 fungiert in diesem Fall nicht wie bisher angenommen als Initiatorcaspase sondern wird durch andere Caspasen aktiviert. Weiterhin ist Caspase-8 zwar nicht essentiell für strahleninduzierte Apoptose, für Apoptose nach Stimulierung des Zelltodrezeptors CD95 jedoch unerläßlich. Außerdem konnte erstmalig nachgewiesen werden, dass das pro-apoptotische Molekül Bid, ein Substrat von Caspase-8, ebenso durch die DEVD-spezifischen Proteasen, vermutlich Caspase-3 oder Caspase-7, unabhängig von Caspase-8 aktiviert werden kann. Die PT-Pore, ein unspezifischer mitochondrialer Kanal mit essentieller Funktion in einigen apoptotischen Signalwegen, scheint nach Bestrahlung dagegen keine wesentliche Rolle zu spielen, da ihre Blockierung mit Cyclosporin A keine Wirkung zeigte.

Radiation therapy plays an important role in cancer treatment. However, little is kown about the molecular mechanisms that affect the radiation sensitivity and lead to tumor regression. Therefore the aim of this study was to enlighten of the apoptotic signal transduction pathways in response to irradiation. These data revealed that caspases, the major players in the apoptotic cascade, were activated secondarily to mitochondrial damage after irradiation. In contrast to previous assumptions, Caspase-8 does not act as initiation caspase but is activated by other caspases. Further on, caspase-8 is not essential for radiation-induced apoptosis but is necessary for apoptosis induced by death receptors. In addition, the pro-apoptotic molecule Bid, known as a substrate for caspase-8, may also be cleaved by DEVD-specific proteases, presumable by caspase-3 or caspase-7. The permeability transition pore, an unspecific mitochondrial channel with relevant function in some apoptotic pathways, seems to be dispensable in radiation-induced apoptosis since blocking this pore with cyclosporine A had no effect. Using Bcl-2 constructs that allow a specific expression either at the ER or the mitochondria it has been shown that endoplasmic and mitochondrial as well as wildtype Bcl-2 protect against radiation-induced apoptosis. Deletion of the Bcl-2 anchorage domain results in a loss of protection. In contrast, none of these constructs were able to block death receptor-induced apoptosis. Finally, using clonogenic tests it has been shown that the anti-apoptotic function of Bcl-2 does not correlate inevitably with an improved survival after irradiation. The radiation sensitivity rather depends on the expression of other factors, that varies between the cell systems.