title: Einfluss der zielgerichteten Therapie mit DNA-PK- und mTOR-Kinase-Inhibitoren auf die Effekte ionisierender Strahlung im Kopf-Hals-Plattenepithelkarzinom und Normalgewebe
Creators: name: Klieber, Nina
Publisher: name: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Year: 2024
Subjects: subject: AZD7648
subject: DNA-PK
subject: head and neck cancer
subject: HNC
subject: head and neck squamous cell carcinoma
subject: ionizing radiation
subject: kinase inhibitor
subject: mTOR
subject: Sapanisertib
subject: targeted therapy
subject: PI3K
subject: cancer
subject: CC-115
subject: cell lines
subject: HNSCC
subject: Hals-Kopf-Tumor
subject: HKT
subject: Hals Kopf Tumor
subject: Plattenepithelkarzinom
subject: ionisierende Strahlung
subject: Strahlentherapie
subject: Kinaseinhibitor

description: Despite substantial advancements in understanding the pathomechanisms of head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC), effective therapy remains challenging. The application of kinase inhibitors (KIs) in HNSCC, specifically mTOR and DNA-PK inhibitors, can increase radiosensitivity and therefore presents a promising strategy when used simultaneously with ionizing radiation (IR) in cancer treatment. Our study focused on the selective DNA-PK-inhibitor AZD7648; the selective mTOR-inhibitor Sapanisertib; and CC-115, a dual inhibitor targeting both mTOR and DNA-PK. The impact of these KIs on HNSCC and normal tissue cells was assessed using various analytical methods including cell death studies, cell cycle analysis, real-time microscopy, colony-forming assays and immunohistochemical staining for γH2AX and downstream mTOR protein p-S6. We detected a strong inhibition of IR-induced DNA double-strand break (DSB) repair, particularly in AZD7648-treated HNSCC, whereas normal tissue cells repaired DNA DSB more efficiently. Additionally, AZD7648 + IR treatment showed a synergistic decline in cell proliferation and clonogenicity, along with an elevated G2/M arrest and cell death in the majority of HNSCC cell lines. CC-115 + IR treatment led to an elevation in G2/M arrest, increased cell death, and a synergistic reduction in cell proliferation, though the effect was notably lower compared to the AZD7648 + IR- treated group. Sapanisertib led to a high cellular toxicity in both HNSCC and normal tissue cells, even in non-irradiated cells. Regarding cell proliferation and the induction of apoptosis and necrosis, Sapanisertib + IR was beneficial only in HPV+ HNSCC. Overall, this study highlights the potential of AZD7648 as a radiosensitizing agent in advanced-stage HPV-positive and negative HNSCC, offering a promising therapeutic strategy. However, the dual mTOR/DNA-PK-I CC-115 did not provide a distinct advantage over the use of selective KIs in our investigations, suggesting limited benefits for its application in KI + IR therapy. Notably, the selective mTOR-inhibitor Sapanisertib was only beneficial in HPV+ HNSCC and should not be applied in HPV− cases.
description: Trotz erheblicher Fortschritte im Verständnis der Pathomechanismen der head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC), zu Deutsch Plattenepithelkarzinome im Kopf- und Halsbereich, bleibt eine wirksame Therapie eine Herausforderung. Es ist bekannt, dass HNSCC häufig eine unzureichende Funktion der homologen Rekombination (HR) aufweist und zur Reparatur von strahleninduzierten DNA-Doppelstrangbrüchen (DSB) auf die nonhomologus end-joining (NHEJ) angewiesen ist. Durch gezielte Inhibition der NHEJ können letale DSB nicht mehr behoben werden. Dies legt nahe, dass eine Augmentation der Strahlentherapie mit Kinaseinhibitoren, wie z.B. DNA-abhängige Proteinkinase-Inhibitoren (DNA-PK), sinnvoll ist, um die Strahlensensitivität in den Tumorzellen zu erhöhen. Eine weitere Strategie zur Nutzung der Interaktion zwischen Kinaseinhibitoren und Strahlentherapie ist die Modulation des Zellzyklus unter Berücksichtigung der genetischen Besonderheiten von HNSCC. Während die Synthesephase des Zellzyklus eher strahlenunempfindlich ist, reagiert die G1- und insbesondere die G2/M-Phasen sensibler auf Bestrahlung. Die häufigsten Mutationen in HNSCC sind auf den PI3K/AKT/mTOR-Signalweg (30,5 %) zurückzuführen, und sind hochgradig mit HNSCC im fortgeschrittenen Stadium assoziiert ist. Diese HNSCC sprechen sowohl als Monotherapie als auch in Kombination mit Strahlentherapie sehr gut auf PI3K-Inhibitoren an, wodurch sie ein vielversprechendes Ziel für mögliche Therapieansätze darstellen. Der mechanistic target of rapamycin (mTOR) ist ein wichtiger Bestandteil des PI3KSignalweges und reguliert die Zellhomöostase, die Lipidsynthese, den Energiestoffwechsel sowie die Apoptose der Zelle. Es ist bekannt, dass mTOR-Inhibitoren die Strahlensensitivität erhöhen können, indem sie die DNA-DSB-Reparatur unterdrücken. Die Studie konzentrierte sich auf drei Wirkstoffe: AZD7648, einen selektiven DNA-PK-Inhibitor, Sapanisertib, einen selektiven mTOR-Inhibitor, und CC-115, einen dualen Inhibitor, der sowohl mTOR als auch DNA-PK hemmt. Aufgrund der strahlensensibilisierenden Wirkung von Kinaseinhibitoren und der beobachteten Zunahme von Nebenwirkungen bei kombinierter Anwendung mit Strahlentherapie haben wir zusätzlich auch Normalgewebszellen mituntersucht, um das Ausmaß unerwünschter Effekte auf das umliegende Gewebe im Bereich des Tumors abzuschätzen.