Dokument: Mechanismen der apoptotischen Signaltransduktion: Modulation der Aktivierung von Initiator-Caspasen

Titel:	Mechanismen der apoptotischen Signaltransduktion: Modulation der Aktivierung von Initiator-Caspasen
Weiterer Titel:	Mechanisms of apoptotic signal transduction: modulation of initiator caspase activation
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=4501
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20070611-105106-2
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Sohn, Dennis [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 9,96 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 08.05.2007 / geändert 08.05.2007
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Im Fokus von Krebstherapien steht die gezielte und effiziente Aktivierung von Initiator-Caspasen, die an der Spitze der Caspasen-Kaskade stehen und somit für die Induktion von Apoptose verantwortlich sind. Das Ziel dieser Arbeit war es daher, die molekularen Aktivierungsmechanismen dieser Caspasen in verschiedenen Apoptose-induzierenden Signalwegen zu untersuchen und ihre Modulation über verschiedenen Tumortherapie-Strategien zu charakterisieren. Hierbei konnte gezeigt werden, dass ein aktives Proteasom für eine schnelle und effiziente Aktivierung der Initiator-Caspase-8, die die Todesrezeptor-induzierte Apoptose vermittelt, sowie der Initiator-Caspase-9, die den mitochondrialen Apoptose-Signalweg induziert, unbedingt benötigt wird. Das Proteasom sorgt durch den Abbau von anti-apoptotischen Inhibitoren der Initiator-Caspasen-Aktivierung wie c-FLIP oder XIAP für eine rasche Initiierung des apoptotischen Programms. In der Effektor-Phase der Apoptose allerdings degradiert das Proteasom auch pro-apoptotische Proteine und wirkt sich damit inhibierend auf die Apoptose aus. Aufgrund dieser Erkenntnisse konnten wir erstmalig ein biphasisches Modell konzipieren, welches von großer Bedeutung für eine auf Proteasom-Inhibitoren und Apoptose-induzierenden Wirkstoffen basierende Kombinationstherapie sein dürfte. Eine zu frühe Verabreichung von Proteasom-Inhibitoren stabilisiert nämlich die bereits vorhandenen anti-apoptotischen Proteine, wodurch eine gesteigerte Apoptose-Resistenz ausgelöst wird. Eine nach der Apoptose-Induktion erfolgende Behandlung allerdings resultiert in einer Stabilisierung der nun generierten pro-apoptotischen Proteine und führt somit zu einer erfolgreichen Tumorbekämpfung. Weiterhin konnten in dieser Arbeit eine ungewöhnliche Prozessierung und enzymatische Aktivierung der Initiator-Caspase-8 und -2 innerhalb der mitochondrialen Effektor-Caspasen-Kaskade nachgewiesen werden. Diese beiden Caspasen übernehmen in der Chemotherapeutika-vermittelten Apoptose neben ihrer eigentlichen Funktion als Initiator- auch eine zusätzliche Rolle als Effektor-Caspase. Die Aktivierung der Caspase-8 ist hierbei besonders bei einem schwachen Apoptose-Stimulus von großer Bedeutung, da sie über die Spaltung von BID eine zusätzliche Aktivierung der Mitochondrien bewirkt und so die Caspasen-Kaskade verstärkt. Damit diese verstärkende Rückkopplungsschleife nicht unbeabsichtigt induziert wird, werden für eine erfolgreiche und effiziente Aktivierung der Caspase-8 in Abwesenheit eine Todesrezeptorkomplexes sowohl die Effektor-Caspase-3 als auch die Caspase-6 benötigt. Außerdem konnte in dieser Arbeit eine interessante Verknüpfung zwischen dem Zellzyklus und der Apoptose-Induktion aufgezeigt werden. Nur in Anwesenheit von aktiven CDK-Komplexen, die für den Ablauf des Zellzyklus verantwortlich sind, findet eine detektierbare Aktivierung der Initiator-Caspase-9 und damit eine Apoptose-Induktion nach einer Behandlung mit -Strahlung statt. Die Zellen, die zur Reparatur der DNA-Schäden erfolgreich im Zellzyklus arretieren, in dem sie wegen der Schädigung die Expression des CDK-Inhibitors p21 induzieren, werden so gleichzeitig vor der Apoptose geschützt. Da die Induktion der p21-Expression vom Tumorsuppressor p53 vermittelt wird, ist dies eine der bisher selten beobachteten Fälle, in denen p53 eine anti-apoptotische Rolle spielt. Die hier veröffentlichten Ergebnisse führen zu einem weit besseren Verständnis der molekularen Aktivierungsmechanismen von Initiator-Caspasen. Zusätzlich zeigen sie neue Möglichkeiten auf, wie diese Aktivierung in verschiedenen Krebstherapie-Ansätzen induziert bzw. erfolgreicher moduliert und effektiver gestaltet werden kann. Allerdings weisen diese Beobachtungen auch darauf hin, dass trotz der immer ausführlicheren Charakterisierung der apoptotischen Signaltransduktion eine erfolgreiche Tumorbekämpfung von der Zelltyp- und Stimulus-spezifischen Beeinflussung dieser Signalwege abhängt. The main aim of many anti-cancer strategies is the specific and efficient activation of initiator caspases, which are at the apex of the caspase cascade and responsible for the induction of apoptosis. The goal of this thesis was therefore to elucidate the molecular mechanisms of initiator caspase activation in different apoptosis systems and to explore their modulation in different anti-cancer strategies. One of the studies presented here demonstrates the requirement of proteasomal activity for a rapid and efficient activation of the two initiator caspases -8 and -9 that mediate the death receptor and the mitochondrial pathway of apoptosis, respectively. This conclusion was drawn from experiments showing that the proteasome-mediated degradation of the inhibitors of initiator caspases, c-FLIP and XIAP, is an important prerequisite for the initial steps of apoptosis. At the later stages, however, the proteasome is also responsible for the degradation of pro-apoptotic proteins and thus, counteracts the correct execution of the apoptotic program. We therefore postulate a biphasic model for the influence of the proteasome on apoptosis, which could be of utmost importance for a combinatorial anti-cancer therapy employing proteasomal inhibitors together with apoptosis-inducing agents. This model implies that a premature application of proteasomal inhibitors leads to the stabilization of the inhibitory proteins of initiator caspases and therefore to an increased resistance to apoptosis induction. A more timely application, i.e. at a later time point at which the death stimulus already succeeded in the generation of degradable pro-apoptotic proteins, would surely result in their increased stabilization and hence, to a successful execution of the apoptotic program. An additional observation in this thesis concerns the discovery of an unusual processing and enzymatic activation of the initiator caspase-8 and -2 during the progression of the mitochondrial effector caspase cascade. During the course of anti-cancer drug-induced apoptosis, these two caspases possess, besides their known function as initiator-caspases, an additional role as effector caspases. Activation of the initiator-caspase-8 in such a manner might be especially important in systems exhibiting a low apoptosis-inducing potential, as the caspase-8-mediated cleavage of BID results in an increased release of cytochrome c out of the mitochondria and therefore, in an amplification of the mitochondrial death pathway. To prevent an accidental induction of this feedback amplification loop, both the effector caspase-3 and -6 are required for an efficient activation of caspase-8 in the absence of a death receptor-induced signaling complex. Moreover, the results of this thesis indicate an interesting connection between the progression of the cell cycle and the induction of apoptosis. The observation that active CDK complexes, which are the main mediators of cell cycle progression, are required downstream of mitochondrial cytochrome c release for the irradiation-induced activation of the initiator-caspase-9 in the apoptosome adds a new twist to the already complex signaling network following DNA damage. These results not only demonstrate the close connection of events leading to either cell cycle arrest or apoptosis, but also indicate that one and the same molecule, namely the CDK inhibitor p21, has to actively arrest the cell cycle and block apoptosis to allow a successful DNA repair. Together, the results of this thesis considerably extend our knowledge about the molecular mechanisms of initiator caspase activation. Additionally, they open up new avenues for the design of different anti-cancer strategies that hopefully lead to an increased and more efficient activation of apoptotic program. Beside the ongoing characterization of diverse apoptotic signaling pathways, these results indicate that a successful combat of tumors additionally requires a careful evaluation of cell type- and stimulus-specific events.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Medizinische Fakultät » Institute » Institut für Molekulare Medizin
Dokument erstellt am:	08.05.2007
Dateien geändert am:	08.05.2007
Promotionsantrag am:	15.01.2007
Datum der Promotion:	04.05.2007