title: mitosis associated cell death through chemotherapy induced G2 checkpoint abrogation
title: Mitose assoziierter Zelltod nach Chemotherapie vermittelter Durchbrechung des G2-Zellzyklus-Kontrollpunktes
Creators: name: Hager, Christian
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2013
Subjects: g2-abrogation
Apoptosis
Medizin, Gesundheit
g2-durchbrechung
Zellzyklus
Chemotherapie
DNS-Schädigung
Mitose

description: Eine häufige Eigenschaft von
      Tumorzellen ist die Fehlfunktion von Signalwegen, die den
      Zellzyklus regulieren, wodurch eine erhöhte Proliferations-
      und Mutationsrate ermöglicht wird. Zellen mit einer gestörten
      Funktion des p53-abhängigen DNA-Schaden-Signalwegs in der
      G1-Phase besitzen einerseits diese Tumor-fördernden
      Eigenschaften und sind andererseits vollständig auf den
      DNA-Schaden-Signalweg der G2-Phase angewiesen, um schädlichen
      DNA-Schaden reparieren zu können. Ein neues Konzept einer
      kombinierten Chemotherapie besteht in der sequentiellen Gabe
      einer DNA-schädigenden Substanz und eines CHK1-Inhibitors,
      welcher den DNA-Schaden-Signalweg der G2-Phase hemmt. Zellen
      mit gestörter p53-Funktion können so weder in der G1- noch in
      der G2-Phase arretieren, um eine DNA-Reparatur zu
      ermöglichen, und versterben in großer Zahl nach Eintritt in
      die Mitose. Die hierbei eingeleiteten mitotischen und
      apoptotischen Signalwege sind bisher nicht im Detail bekannt
      und sollten in dieser Arbeit weiter untersucht werden. Ich
      konnte zeigen, dass in Zellen, die nach Behandlung mit
      Adriamycin (Topoisomerase-II-Hemmstoff) und UCN-01
      (CHK1-Hemmstoff) mitotisch arretieren, neben der Einleitung
      einer mitochondrialen Apoptose auch antiapoptotische
      Signalwege aktiviert werden. So kommt es zu einer Abnahme der
      aktiven Form des proapoptotischen Proteins Bax und einer
      Hyperphosphorylierung des antiapoptotischen Proteins Bcl-2.
      Durch zusätzliche Gabe von Roscovitine (CDK1-Hemmstoff) kann
      der Zelltod deutlich verstärkt werden, was möglicherweise in
      einer direkten antiapoptotischen Funktion von CDK1 in der
      Mitose oder einer Entblockung apoptotischer Signale durch den
      mitotischen Austritt begründet ist. Eine ähnliche
      Therapieverstärkung zeigte sich nach einer Kombination mit
      dem Aurora-B-Inhibitor ZM447439. Diese Ergebnisse stützen den
      allgemeinen Ansatz, Tumorzellen mit DNA-Schaden in die Mitose
      zu treiben und einen hierdurch eingeleiteten Zelltod durch
      Interaktion mit mitotischen oder apoptotischen Proteinen zu
      verstärken. Ob eine kombinierte sequentielle Chemotherapie
      aus DNA-Schädigung, CHK1-Inhibierung und CDK1-Inhibierung
      eine Option zur Effizienzsteigerung und Resistenzumgehung
      einer antiproliferativen Therapie darstellen könnte, müssen
      weitere Untersuchungen zeigen. Niedermolekulare CHK1- und
      CDK1-Inhibitoren befinden sich als Einzelsubstanzen oder
      Kombinationstherapien in der klinischen Erprobung.
description: Deficiency in cell cycle
      checkpoint function is a characteristic of tumour cells that
      enables to high proliferation and mutation rates. In
      particular, deficiency of p53-dependent signalling networks
      gives rise to such malignant traits while on the other hand
      making cells more dependent on the DNA damage recovery system
      in the G2-phase of the cell cycle to repair DNA damage. A new
      concept of combinational chemotherapy is the combination of a
      classical DNA damaging drug with an inhibitor of the
      CHK1-kinase, resulting in abrogation of the DNA damage
      recovery pathway in G2-phase. P53-deficient cells can
      therefore no longer arrest in G1 or G2 and enter mitosis with
      the introduced DNA damage, which leads to a mitotic arrest
      and high rates of cell death. The pathways linking DNA
      damage, mitotic arrest and apoptosis are not known in detail
      and are further studied in this work. I showed that in cells,
      arrested in mitosis after treatment with Adriamycin and
      UCN-01, antiapoptotic pathways are activated, although
      mitochondrial apoptosis is induced. Under these conditions a
      reduction in the protein level of the active conformation of
      the proapoptotic protein bax and a hyperphosphorylation of
      the antiapoptotic protein Bcl-2 can be observed. Cell death
      is further enhanced by addition of the CDK1 inhibitor
      roscovitine, conceivably due to an antiapoptotic function of
      CDK1 in mitosis or an activation of apoptotic pathways
      triggered by mitotic exit. A similar effect can be seen by
      addition of ZM447439, a small molecule inhibitor of Aurora-B
      kinase. Forcing cells with DNA damage into mitosis and
      manipulating activated mitotic and apoptotic pathways to
      enhance cell death, might therefore be a promising
      therapeutic strategy. Whether a combination treatment with a
      DNA damaging drug, a CHK1 inhibitor and a CDK1-inhibitor
      shows similar effects in other p53-deficient tumour cell
      lines and if it is tolerated by benign somatic tissues,
      should be tested in further experiments. Small molecule
      inhibitors of CHK1 and CDK1 are already in clinical trials as
      single treatment or in combination with various established
      chemotherapeutic agents.