Einfluss des dualen Targetings des PI3K/mTOR- und MAP-Kinase-Signalweges auf die Strahlenempfindlichkeit von nicht-kleinzelligen Lungenkarzinomzellen bei Bestrahlung mit Photonen und Kohlenstoffionen
Der MAPK- und der PI3K/mTOR-Signalweg sind zwei der wichtigsten Signalwege in Tumoren und oft an der Resistenzentwicklung gegen Therapien beteiligt. Ionisierende Strahlung aktiviert diese Signalwege. Über konsekutiv eingeleitete DNA-Reparaturmechanismen resultiert langfristig eine Strahlen- und somi...
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| Main Author: | |
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| Contributors: | |
| Format: | Doctoral Thesis |
| Language: | German |
| Published: |
Philipps-Universität Marburg
2025
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| Subjects: | |
| Online Access: | PDF Full Text |
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| Summary: | Der MAPK- und der PI3K/mTOR-Signalweg sind zwei der wichtigsten Signalwege in Tumoren und oft an der Resistenzentwicklung gegen Therapien beteiligt. Ionisierende Strahlung aktiviert diese Signalwege. Über konsekutiv eingeleitete DNA-Reparaturmechanismen resultiert langfristig eine Strahlen- und somit Therapieresistenz von Tumoren. In dieser Arbeit wurden sechs verschiedene NSCLC-Zelllinien mit unterschiedlichen Mutationsprofilen in Bezug auf p53, EGFR und K-Ras untersucht (A549, H460, H1975, H520, H661 und H1299). Die Zellen wurden mit dem MAPK-Inhibitor PD98059 (50 μM), dem PI3K/mTOR-Inhibitor
NVP-BEZ235 (50 nM) oder einer Kombination der beiden Inhibitoren behandelt und im Anschluss mit Photonen oder mit Kohlenstoffionen bestrahlt. Mittels Koloniebildungstest wurde die Überlebensfraktion der Zellen nach der Behandlung und der Bestrahlung bewertet.
Die durchgeführten Experimente brachten folgende Ergebnisse:
1. Der isolierte Einsatz von PD98059 (50 μM), von NVP-BEZ235 (50 nM) und das Doppeltargeting durch beide Inhibitoren hat ohne konsekutive Bestrahlung keinen Einfluss auf die Koloniebildungsfähigkeit der untersuchten NSCLC-Zelllinien.
2. Alle untersuchten NSCLC-Zelllinien sind bei physikalischer Dosisäquivalenz deutlich empfindlicher gegenüber 12C-Ionen als gegenüber Photonen. In den Zelllinien H1299, H1975, H661 und A549 liegt die relative biologische Wirksamkeit bei drei.
3. PD98059 (50 μM) sensibilisiert die Zelllinien H1299, H1975 und A549 gegenüber
Photonen mit einer Dosis von 2 Gy. Bei höheren Dosen bringt der Einsatz von PD98059 im Vergleich zum reinen Bestrahlungseffekt durch Photonen keinen zusätzlichen Benefit in Bezug auf die Koloniebildungsfähigkeit der Zellen.
4. NVP-BEZ235 (50 nM) sensibilisiert alle untersuchten NSCLC-Zelllinien unabhängig von der Bestrahlungsdosis gegenüber Photonen.
5. Der strahlensensibilisierende Effekt von NVP-BEZ235 (50 nM) kann durch das Doppeltargeting weiter gesteigert werden. Die Zelllinien A549 und H1299 profitieren von einem Doppeltargeting bei einer Bestrahlungsdosis von 6 Gy Photonen, Zellen der H1975 bereits ab einer Dosis von 2 Gy Photonen. In der Zelllinie H520 führt das Doppeltargeting im Vergleich zur isolierten Behandlung mit NVP-BEZ235 hingegen zu einer Desensibilisierung der Zellen gegenüber einer Bestrahlung mit Photonen.
6. Die Behandlung mit PD98059 (50 μM) sensibilisiert die untersuchten NSCLC-Zelllinien nicht gegenüber 12C-Ionen.
7. Der Einsatz von NVP-BEZ235 (50 nM) führt zu einer Strahlensensibilisierung der untersuchten NSCLC-Zelllinien gegenüber 12C-Ionen.
8. Das Doppeltargeting des MAPK- und des PI3K/mTOR-Signalweges zeigt im Vergleich zum isolierten Einsatz von NVP-BEZ235 (50 nM) keine zusätzliche Reduktion des klonogenen Überlebens bei nachfolgender Bestrahlung durch 2 Gy 12C-Ionen.
9. Der Einsatz von NVP-BEZ235 (50 nM) und auch das Doppeltargeting führen vornehmlich zu einer Strahlensensibilisierung gegenüber Photonen. Der strahlensensibilisierende Effekt gegenüber 12C-Ionen ist ebenfalls vorhanden, jedoch weitaus geringer ausgeprägt.
Bei der Bestrahlung mit Photonen werden letale Doppelstrangbrüche induziert, die über den Reparaturmechanismus der Nicht-homologen Endverknüpfung repariert werden können. NVP-BEZ235 hemmt diese DNA-Reparatur, was sich in einer erhöhten Strahlensensibilität der Zellen äußert. Das Doppeltargeting unterbindet zusätzlich die Reaktivierung des MAPK-Signalweges über Rückkopplungsmechanismen der Signalwege untereinander. Der Erfolg
des Doppeltargeting ist jedoch stark von der Wahl der Inhibitoren, der Zeit zwischen der Behandlung mit dem Inhibitor und der Bestrahlung, der Bestrahlungsdosis und insbesondere der Tumorentität der Zellen und deren Mutationsprofil abhängig. Hier sind weitere Untersuchungen erforderlich, um diejenigen Tumorzellen zu identifizieren, die von einem Doppeltargeting
profitieren würden. Langfristig könnte so ein Therapiekonzept für das NSCLC mit gezielter dualer Inhibition entwickelt werden.
Diese Arbeit zeigt, dass der Einsatz von NVP-BEZ235 die Zellen auch gegenüber der Bestrahlung mit Kohlenstoffionen sensibilisiert. Das Doppeltargeting zeigt im Vergleich hierzu keine zusätzliche Reduktion der Überlebensfraktion. Ein möglicher Erklärungsansatz wäre die ausbleibende Aktivierung des MAPK- und des PI3K/mTOR-Signalweges nach Bestrahlung mit Kohlenstoffionen. Dies sollte in weiterführenden Experimenten untersucht werden. Die durch Kohlenstoffionen entstandenen Schäden werden zunehmend auch über alternative
Reparaturmechanismen, wie das alternative End-Joining oder das Single-Strand Annealing repariert. Demnach wäre eine Inhibition dieser Reparaturmechanismen mit konsekutiver Bestrahlung mit Kohlenstoffionen ein weiterer interessanter Forschungsansatz. |
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| DOI: | 10.17192/z2025.0205 |