Die Rolle einzelner Komponenten der EGFR-vermittelten PI3K/Akt/mTOR-Signalkaskade für die Strahlenresistenz von Tumorzellen und damit assoziierte molekulare Targeting Strategien zur Verbesserung der zellulären Strahlenempfindlichkeit

Abstract

Der EGFR/PI3K/Akt/mTOR-Signalweg ist entscheidend mit der Strahlenresistenz verschiedener Tumorzellen assoziiert. Dieser Signalweg wird u. a. durch ionisierende Strahlung, wie sie bei der Strahlentherapie von Tumorpatienten zum Einsatz kommt, aktiviert und induziert infolgedessen zahlreiche Mechanismen, die den Tumorzellen zum Überleben verhelfen. So führt beispielsweise die Aktivierung der Signalwegskomponenten Akt zur Aktivierung der DNA-abhängigen Proteinkinase (DNA-PK), welche maßgeblich an der Reparatur strahleninduzierter DNA-Doppelstrangbrüche (DNA-DSB) über die Nicht-homologe Endverknüpfung beteiligt ist. Anhand von molekularen Targeting Strategien wurde untersucht, inwieweit die Signalwegskomponenten PI3K, panAkt bzw. die Akt-Isoformen Akt1, Akt2 und Akt3 sowie mTOR das klonogene Überleben von bestrahlten nicht-kleinzelligen Lungenkarzinomzellen und Mammakarzinomzellen beeinflussen und ob es möglich ist, diese Zellen durch Einsatz gezielter Signalwegshemmstoffe gegenüber Strahlung zu sensitivieren. Durch Hemmung von PI3K bzw. Akt mittels pharmakologischen Inhibitoren, siRNA und/ oder shRNA konnten diverse Zelllinien gegenüber ionisierender Strahlung sensitiviert werden. Wie γ-H2AX Foci Assays zeigten, entstand dieser Effekt aufgrund einer reduzierten Reparatur strahleninduzierter DNA-DSB. Hierbei zeigten jedoch die verschiedenen Akt-Isoformen unterschiedliche Effektivitäten hinsichtlich der Aktivierung der DNA-Schadensreparatur. Der mTOR-Inhibitor Rapamycin erzielte eine zytostatische Wirkung. In Kombination mit klinisch relevanten Strahlendosen wirkte sich Rapamycin auf das klonogene Überleben von bestrahlten Tumorzellen unterschiedlich aus – es gab Responder- und Nicht-Responder-Zellen. Die molekularbiologische Untersuchung des Nicht-Responder-Phänotyps ergab, dass die Rapamycin-bedingte mTOR-Blockade zu einer PI3K-abhängigen Aktivierung der Proteinkinase Akt1 führt und diese Rapamycin-induzierte Akt1-Aktivierung mit einer fehlenden Rapamycin-induzierten Strahlensensitivierung korreliert. Durch diese Rapamycin-induzierte Akt1-Aktivierung wird die Reparatur strahleninduzierter DNA-DSB stimuliert, was eine Strahlenresistenz der Zellen zur Folge hat. Dementsprechend konnte durch eine gleichzeitige Behandlung der bestrahlten Zellen mit Rapamycin und einem PI3K- bzw. Akt1-Inhibitor eine Strahlensensitivierung induziert und damit der Nicht-Responder-Phänotyp in einen Responder-Phänotyp umgewandelt werden. Aufgrund der erzielten Ergebnisse lässt sich schlussfolgern, dass Kombinationsstrategien aus ionisierender Strahlung und molekularem Targeting eine geeignete Vorgehensweise in vitro darstellen, mit der die Überwindung inhärenter und erworbener Strahlenresistenzen ermöglicht wird. Diese präklinischen Daten erscheinen vielversprechend und rechtfertigen die Erprobung in vivo.