title: Expression HIF-1 abhängier Gene nach Inhibition von HIF-1α mittels Sirna in humanen Lungenadenokarzinomzellen und deren Regulation nach Photonen- und Kohlenstoffionenbestrahlung
title: Expression of HIF-1 dependen genes after inhibiotion of HIF-1α with Sirna in human bronchialcarcinoma cells and their regulation after photon- and carbonionirradiation
Creators: name: Westholt, Niklas
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2016
Subjects: Bestrahlung , Strahlenresistenz
Onkologie
Strahlentherapie
mTOR
Hypoxie
HIF-1 , Kohlenstoffionenbestrahlung
HIF-1 , Carbonionirradiation
Medizin, Gesundheit
Medical sciences, Medicine

description: Die Strahlentherapie spielt eine
      bedeutende Rolle in der Behandlung von Bronchialkarzinomen;
      Dabei gilt es Resistenzfaktoren zu erkennen und nach
      Möglichkeit zu umgehen. Für die Bestrahlung mit Photonen ist
      bekannt, dass Hypoxie zu Therapieversagen führen kann. Dies
      liegt zum einen an dem sogenannten chemischen
      Sauerstoffeffekt und damit an einer verminderten
      Radikalbildung. Zum anderem an dem biologischen
      Sauerstoffeffekt und damit an einer vermehrten Expression von
      HIF-1 und den davon abhängigen Zielgenen. Weiterhin ist
      bekannt, dass auch die Photonenstrahlung selber zu einer
      erhöhten HIF-1 Expression und damit zu einer
      strahleninduzierten Strahlenresistenz führt. In dieser Arbeit
      wurde modellhaft überprüft, wann es zu einer erhöhten HIF-1
      Expression kam, wie sich dies auf die von HIF-1 abhängigen
      Zielgene auswirkte, was die Mechanismen hinter der vermehrten
      Expression waren und ob sich eine strahleninduzierte
      Strahlenresistenz verhindern ließ. Dabei wurden drei
      unterschiedliche Methoden untersucht, um diese
      strahleninduzierte Strahlenresistenz zu umgehen: 1. Abbau der
      mRNA von HIF-1α mittels siRNA Transfektion 2. Hemmung der
      PI3K/AKT/mTOR-Signalkaskade 3. Bestrahlung mit
      Kohlenstoffionen Zusammengefasst konnte gezeigt werden, dass
      sowohl Hypoxie als auch Photonenstrahlung (nicht jedoch
      Kohlenstoffionenstrahlung) zu einer erhöhten Expression von
      HIF-1 und den davon abhängigen Zielgenen führte. Weiterhin
      konnte gezeigt werden, dass dies auf eine Aktivierung der
      PI3K/AKT/mTOR-Signalkaskade zurück zu führen sein könnte. Und
      letztlich konnte außerdem gezeigt werden, dass alle drei
      Methoden geeignet waren in unserem in vitro System eine
      vermehrte Expression von HIF-1 und den davon abhängigen
      Zielgenen zu verhindern und dadurch eine vermehrte
      Strahlenresistenz zu umgehen. Bei der Bestrahlung mit
      Kohlenstoffionen kam es so zum einen nicht zu einer erhöhten
      HIF-1 Expression; Zum anderen spielt jedoch HIF-1 bei der
      Therapie mit Kohlenstoffionen wahrscheinlich nur eine
      untergeordnete Rolle. Die Hemmung der
      PI3K/AKT/mTOR-Signalkaskade mittels Rapamycin verhinderte
      eine Induktion von HIF-1 nach Photonenbestrahlung und kann
      dadurch einer strahleninduzierten Strahlenresistenz
      entgegenwirken. Und letztlich ließ sich eine erhöhte HIF-1
      Expression, beziehungsweise eine erhöhte Expression der von
      HIF-1 abhängigen Zielgene und dadurch womöglich auch eine
      vermehrte Strahlenresistenz zuverlässig durch die
      Transfektion mit siRNA verhindern. Um zu entscheiden, ob
      diese Methoden jedoch am Menschen einsetzbar sind, bedarf es
      weiterer Forschung. Im Bereich der Kohlenstoffionenstrahlung
      muss noch viel geforscht werden, bis Patienten regelhaft und
      mit bestmöglichen Ergebnissen von dieser Therapie profitieren
      können; Es lässt sich jedoch sagen, dass dies eine
      vielversprechende Methode bei Therapieversagen unter
      Photonenstrahlung ist. Auch Rapamycin wird bereits in der
      Klinik unter anderen Indikationen angewandt und könnte hier
      möglicherweise zu höheren Therapieerfolgsquoten beitragen. Ob
      jedoch eine siRNA Transfektion im menschlichen Organismus
      durchgeführt werden kann, ist unwahrscheinlich, da bei
      systemischer Anwendung mit weitreichenden Nebenwirkungen zu
      rechnen ist.
description: Radiation therapy plays an
      important role in treatment of lung cancer. Hereby, it is
      helpful to identify and, if possible, avoid resistance
      factors. It is known that hypoxia can lead to failure of
      treatment in radiotherapy with photons. On the one hand, this
      is due to a so-called chemical oxygen effect, which refers to
      a reduced formation of free radicals. On the other hand, it
      is caused by the biological oxygen effect and thus an
      increased expression of HIF-1 and HIF-1 dependent genes.
      Further it is also known that the photon radiation itself
      leads to increased HIF-1 expression and therefore to
      radiation-induced radio resistance. In regard to
      radiation-induced radioresistance, this thesis reviewed the
      situations and underlying mechanisms leading to increased
      HIF-1 expression and the effect this has on HIF-1 dependent
      genes. Further, this work was concerned with the means of
      preventing radiation-induced radioresistance; More
      specifically, it studied the following three methods of
      avoiding radiation-induced radioresistance: 1. Irradiation
      with carbon ions 2. Inhibition of PI3K / AKT / mTOR signaling
      cascade 3. Degradation of the mRNA of HIF-1α by siRNA
      transfection In summary it could be shown that both hypoxia
      as well as irradiation with photons (but not with carbon
      ions) leads to increased expression of HIF-1 and the HIF-1
      dependent genes. Furthermore, it was shown that this could be
      due to activation of the PI3K / AKT / mTOR signaling cascade.
      Ultimately, it was also shown that all three methods to
      bypass an increased radio resistance in our in vitro system
      were suitable to prevent the overexpression of HIF-1 and
      HIF-1 dependent genes. On the one hand, cells which were
      irradiated with carbon ions did not show increased HIF-1
      expression. On the other hand HIF-1 however does not play a
      major role in treatment with carbon ions. The inhibition of
      the PI3K / AKT / mTOR signaling pathway with rapamycin
      prevents induction of HIF-1 by photon irradiation and can
      circumvent a radiation-induced radio resistance. And
      furthermore transfection with siRNA can reliably prevent high
      HIF-1 expression and thereby possibly prevent an increased
      radiation resistance. To decide whether such methods are
      suitable for the use on humans, further research is
      necessary. Especially carbon ion irradiation has yet to be
      researched until patients can benefit from this in a regular
      therapy regimen and with the best possible outcome. However,
      it can be said that this is a promising method to overcome
      treatment failure in photon radiation. Furthermore the
      administration of rapamycin is already used in clinical
      practice under other conditions and could potentially
      contribute to higher treatment success rates. But it remains
      unlikely whether siRNA transfection can be performed in the
      human body.