The Role of the Mitotic Spindle Checkpoint in Chemotherapy-Induced Apoptosis

Der mitotische Spindelcheckpoint (SCP) ist ein Signalweg, der die ordnungsgemäße Chromosomentrennung in der Mitose dadurch sicherstellt, daß er die Anaphase solange hemmt bis alle Chromosomen korrekt ausgerichtet sind. Eine Gruppe von hochkonservierten Proteinen, wie Mad1, Mad2, Bub1, BubR1, Mps1 und der sogenannte „Chromosomal Passenger Complex“, bestehend aus Survivin, Borealin, INCENP und der Aurora B-Kinase, trägt zur Funktionalität des SCP bei. Während einer normalen Mitose sichert der SCP die korrekte Verteilung der Chromatiden und dadurch die chromosomale Stabilität. Er wird jedoch auch durch Chemotherapeutika, die die Chromosomenaufreihung stören, aktiviert, was zunächst zu einem verlängerten mitotischen Arrest führt. Anschließend beobachtet man einen Austritt tetraploider Zellen aus der Mitose – ein als „mitotic slippage“ bezeichneter Prozeß –, wodurch nachfolgend ein sogenannter Pseudo-G1 Checkpoint aktiviert wird, der die Zellen p53-abhängig am G1/S-Übergang arretiert. Ein Versagen dieses zweiten Sicherungsmechanismus’ könnte die Krebsentstehung durch Polyploidisierung und genomische Instabilität fördern. Die vorliegende Arbeit hat die Abhängigkeit des Pseudo-G1 Checkpoints sowohl von p53, als auch von einem funktionellen SCP nachgewiesen. Außerdem wird ein zusätzlicher SCP-unabhängiger Checkpoint in der darauffolgenden G2-Phase aktiviert, der den Eintritt von polyploiden Zellen in die nächste Mitose unterbindet. Somit kooperieren mehrere Checkpoints, um eine weitergehende Polyploidisierung infolge einer fehlerhaften Mitose zu verhindern. Antimitotische Wirkstoffe gehören zu den am häufigsten verwendeten Chemotherapeutika. Allerdings sind die Mechanismen der mitoseassoziierten Apoptose und Chemotherapieresistenz weitgehend unbekannt. In meiner Arbeit habe ich gezeigt, daß der SCP für die Apoptoseauslösung durch diverse antimitotische Therapeutika notwendig ist. Insbesondere Mad2 erwies sich als ein zentraler proapoptotischer Faktor bei der Behandlung mit Wirkstoffen, die die Kinetochorspannung beeinträchtigen. Diese umfassen nicht nur Spindelgifte wie Taxol, sondern überraschenderweise auch DNA-schädigende Therapeutika wie Topoisomerase II-Hemmer. Eine klinisch relevante mitoseassoziierte Chemotherapiestrategie ist die Auslösung der „mitotischen Katastrophe“, einer bislang nur unzureichend definierten Form des Zelltods. Die Ausschaltung des durch DNA-Beschädigung aktivierten G2 Checkpoints mittels Chk1-Kinaseinhibitoren führt selektiv für p53-negative Zellen zum mitotischen Eintritt, der einen mitoseassoziierten Zelltod verursacht. Diese Arbeit weist nach, daß die „mitotische Katastrophe“ eine mitosespezifische Form der Apoptose ist, die mit einer SCP-Aktivierung einhergeht und die proapoptotische Funktion von Mad2 erfordert. Überraschenderweise habe ich festgestellt, daß der proapoptotische Signalweg während der Mitose durch Überlebenssignalwege mit den Komponenten Survivin, Aurora B und Cdk1 gehemmt wird. Daher verstärkt die genetische oder pharmakologische Hemmung dieser Überlebenssignalwege synergistisch die mitotische Apoptose und könnte eine erheblich verbesserte chemotherapeutische Strategie gegen Krebs darstellen. Meine Ergebnisse zeigen, daß der SCP eine zentrale Rolle bei der chemotherapieaktivierten Apoptose spielt, und deuten darauf hin, daß SCP-Defekte Chemotherapieresistenzen verursachen können, was ein signifikantes Problem in der Krebstherapie darstellt. Deshalb sind alternative Behandlungsansätze dringend erforderlich, die unabhängig von der vollen SCP-Funktion wirksam sind. Interessanterweise ist der SCP essentiell für das Überleben von Tumorzellen, was ein neuartiges Chemotherapiekonzept nahelegt, in dem der SCP als Zielstruktur genutzt wird. In der Tat hat unser Labor einen effektiven pharmakologischen SCP-Inhibitor identifiziert, und ich konnte nachweisen, daß dieser Inhibitor Apoptose in Krebszellen auslöst, selbst wenn diese aufgrund von SCP-Defekten Resistenzen gegenüber Spindelgiften aufweisen.