Die Rolle von Ca 2+ -aktivierten K + -Kanälen für die Radioresistenz des Glioblastoms

Abstract

Glioblastoma multiforme sind die häufigsten und gleichzeitig malignesten primären Neoplasien im Gehirn. Glioblastomzellen können innerhalb des Gehirns weite Strecken zurücklegen, eine diffuse Infiltration des Gehirns ist die Folge. Eine komplette operative Entfernung und Erfassung der residuellen Tumorzellen durch das Zielvolumen während der adjuvanten Strahlentherapie ist daher oft nicht möglich. Die Migration von Glioblastomzellen hängt sehr stark von hoch effizienten Zellvolumenänderungen ab, welche es der Zelle ermöglicht, sich durch die engen Zellzwischenräume hindurch zu zwängen. Diese Ab- und Zunahme des Zellvolumens schließt die Abgabe von KCl mit ein, welche von einem osmotisch bedingten Verlust an freiem Zellwasser gefolgt wird. Dieser Prozess wird bewerkstelligt durch Ca2+- regulierte K+- und Cl--Kanäle in der Plasmamembran. Eine Bestrahlung (IR) dieser Zellen scheint die Migration von Glioblastomzellen sogar noch weiter zu stimulieren. Ein Schlüsselereignis in diesem Vorgang ist die Aktivierung von BK K+-Kanälen in den bestrahlten Zellen. Der erste Teil dieser Doktorarbeit analysierte das Signaling „down“- und „upstream“ der durch Bestrahlung induzierten BK K+-Kanal-Aktivierung. Eine Bestrahlung induzierte die Bildung des CXCR4 Agonisten SDF-1 und veränderte das Ca2+- Signaling, welches in einer Ca2+-abhängigen Aktivierung von BK K+-Kanälen resultierte. Wie bei einer Bestrahlung der Glioblastomzellen induzierte SDF-1 oder konditioniertes Medium von bestrahlten Zellen Ca2+-Signale, die eine Hypermigration von unbehandelten Glioblastomzellen stimulierte. Der CXCR4 Antagonist AMD3100 und der BK-Kanal Inhibitor Paxilline unterbanden die Signale, die eine Hypermigration ermöglichen. Die Ergebnisse deuten auf eine Stimulation der Hypermigration in bestrahlten Glioblastomzellen hin, ermöglicht durch ein Signaling via SDF-1, den CXCR4 Chemokinrezeptor, Ca2+-aktivierte BK K+-Kanäle und die Ca2+-aktivierte CaMKII Serin/Threoninkinase. Letztere aktiviert ClC-3 Cl--Kanäle, die zusammen mit BK K+- Kanälen und Aquaporinen die Zellvolumenänderungen bewerkstelligen, welche für die Migration notwendig sind.Neben BK-Kanälen überexprimieren Glioblastomzellen auch Ca2+-aktivierte IK K+-Kanäle. Der zweite Teil dieser Doktorarbeit untersuchte die Funktion dieser IK Kanäle für die Radioresistenz der Glioblastomzellen. Eine Bestrahlung von Glioblastomzellen erhöhte die Aktivität von TRAM34-sensitiven IK K+-Kanälen, welche zu einem veränderten Ca2+-Signaling und der Aktivierung von Ca2+/Calmodulin-abhängigen Kinase II (CaMKII) Isoformen führten. Diese Aktivierung resultierte anschließend in einer Inaktivierung des cdc2 „mitosis promoting factor“ und einem vorübergehenden G2/M Arrest. TRAM34 schwächte die IR-induzierte Aktivierung der CaMKII, eine cdc2 Dephosphorylierung und eine verringerte Akkumulierung der Zellen im G2/M Arrest waren die Folge. Des Weiteren erhöhte TRAM34 die Anzahl der gamma-H2AX Foci 24 Stunden nach Bestrahlung, welche auf einen durch TRAM34 induzierten Anstieg von residuellen DNA Doppelstrangbrüchen hindeutet. TRAM34 radiosensitivierte T98G und U87MG Glioblastomzellen in Koloniebildungstests. Zudem zeigte das klonogene Überleben zweier mit Retroviren transfizierten T98G Glioblastomzellklone, welche sich in ihrer IK-Kanal Expression unterscheiden, sowohl eine durch IK-Kanäle vermittelte Radioresistenz als auch eine IK-Spezifität des TRAM34-Effektes. Es konnte ebenso gezeigt werden, dass eine zeitgleiche TRAM34-Behandlung und Bestrahlung zu einem verzögerten ektopen Tumorwachstum im hinteren rechten Oberschenkel von immunkompromittierten Nacktmäusen führte. Zusammenfassend zeigen die Daten eine Zellzyklus-regulatorische Funktion von IK K+-Kanälen.