Untersuchungen zur Wirkungsweise des Radioprotektors O-Phospho-L-Tyrosin auf die Zellreparatur und den Metabolismus der Zelle

Abstract

Im Rahmen der Krebstherapie stellt die Strahlentherapie einen sehr wichtigen Teil der aktuellen medizinischen Behandlungen dar. Etwa die Hälfte aller Krebspatienten wird neben weiteren therapeutischen Maßnahmen, wie Operationen oder Chemotherapie, mit Strahlung behandelt. Es ist durch verbesserte Algorithmen und Geräte mittlerweile möglich, die Dosis und den zu bestrahlenden Bereich sehr präzise einzugrenzen. Dennoch wird noch immer auch gesundes Gewebe bestrahlt. Um die Nebenwirkungen der Strahlentherapie im umliegenden gesunden Gewebe so niedrig wie möglich zu halten, können Radioprotektoren eingesetzt werden. Ein sehr aussichtsreicher Kandidat ist dabei das in dieser Arbeit näher untersuchte O-Phospho-L-Tyrosin (pTyr). Es konnte hier gezeigt werden, dass eine 16-stündige Vorinkubation mit pTyr zu einer effektiven Radioprotektion der TP53-Wildtypzelllinie A549 führt. Bei kürzeren Behandlungszeiten konnte dieser Effekt nicht nachgewiesen werden. Vorangegangene Untersuchungen mit pTyr hatten gezeigt, dass es nach einer Inkubation von Zellen mit pTyr zu einer Akkumulation des Epidermalen Wachstumsfaktors (EGFR) und des Aryl-Hydrokarbon-Rezeptors (AhR) im Zellkern kommt. In der vorliegenden Arbeit konnte diese Beobachtung bestätigt werden und außerdem festgestellt werden, dass es zu einer Bindung zwischen dem AhR und dem EGFR nach pTyr-Behandlung kommt. Jedoch zeigte ein AhR-Knockdown deutlich, dass das durch eine pTyr-Vorbehandlung verbesserte klonogene Überleben nach Bestrahlung nicht vom AhR abhängig ist. Allerdings scheint der AhR bedeutend für das Gesamtüberleben nach ionisierender Strahlung zu sein. Stattdessen konnte diese Arbeit zeigen, dass eine pTyr-Behandlung in TP53-Wildtypzellen zu einer verstärkten Öffnung der DNA durch eine verstärkte Acetylierung/ Phosphorylierung an Histon H3 (K9/ S10) ohne vorige Bestrahlung führt. Die Öffnung der DNA ist eine wichtige Voraussetzung, damit Reparaturproteine an DNA-Schäden gelangen und diese beheben können. Dieser Effekt konnte bei den untersuchten TP53-mutierten Zelllinien jedoch nicht beobachtet werden, da diese von vornherein ein höheres Acetylierungslevel aufwiesen als die TP53-Wildtypzellen. Diese Acetylierung an Histon H3 konnte in dieser Arbeit in Zusammenhang mit der Histon- Acetyltransferase Tip60 gebracht werden. Nach pTyr-Inkubation akkumuliert Tip60 ebenfalls in dem Zellkern und zeigt eine gesteigerte Aktivität, was bei der ebenfalls untersuchten Acetyltransferase P300 nicht beobachtet werden konnte. Da die bereits bekannten pTyr-Effekte sehr energieaufwendige Signalkaskaden in Gang setzen und zudem auch ein Zusammenhang zwischen TP53 und der mitochondrialen Atmung Zusammenfassung 71 bekannt ist, wurden in dieser Arbeit auch die Effekte von pTyr auf den Metabolismus näher untersucht. Hierbei konnte gezeigt werden, dass die TP53-Wildtypzellen nach pTyr-Behandlung eine erhöhte Aufnahme an Glukose aufwiesen, welche über den Glukosetransporter SGLT-1 stattfand und zu einem vorrübergehend erhöhten ATP-Level führte. Gleichzeitig sank jedoch das mitochondriale Membranpotential ab, was für eine reduzierte Aktivität der Mitochondrien spricht. Die Anzahl an Mitochondrien sank ebenfalls kurzzeitig ab, stabilisierte sich nach 16 Stunden jedoch wieder. Die Ursache liegt vermutlich darin, dass die Zellen ihre Energiegewinnung von mitochondrialer Atmung auf die bei Bestrahlung stabilere Laktatfermentation verschieben. Der vorübergehende Abfall der Mitochondrienzahl ist wahrscheinlich durch Mitophagie bedingt, hierfür spricht auch der beobachtete Anstieg des Autophagie-Initiatorproteins AMPK. Das vorübergehende Absinken der Mitochondrienzahl konnte auch auf molekularer Ebene auf der Basis des Proteinlevels der Cytochrom-C-Oxidase 2 (COX2) und dessen für den Einbau in den COX-Komplex notwendigen Faktor SCO2 bestätigt werden. Offenbar führt eine pTyr-Inkubation zu einem Abbau von wahrscheinlich älteren oder defekten Mitochondrien und einer anschließenden Neusynthese. Gleichzeitig wird aber die Aktivität der Mitochondrien herabgesetzt, was die Zellen vor einem erhöhten ROS-Level nach Bestrahlung schützt. Die Zelle wird ihre notwendige Energie stattdessen durch die Glykolyse decken, für die sie aufgrund der herabgesetzten Effektivität eine gesteigerte Menge an Glukose aufnimmt. Zusammenfassend kann man festhalten, dass pTyr sowohl einen positiven Einfluss auf die DNA-Reparatur hat, als auch Einfluss auf den Metabolismus der TP53-Wildtypzellen ausübt und ihnen damit bessere Voraussetzung schafft, wenn es anschließend zu einer Bestrahlung der Zellen kommt. Es ist zu hoffen, dass diese Erkenntnisse in Zukunft zu einer nebenwirkungsärmeren und sogar effektiveren Strahlentherapie von Krebspatienten führen werden.