RT Dissertation/Thesis
T1 Hyperthermie steigert die Zytotoxizität von Cisplatin und Doxorubicin durch Hemmung der Poly(ADP-Ribosyl)ierung und der damit einhergehenden Verhinderung der Replikationsblockade
A1 Schaaf,Lea
WP 2016/06/23
AB Bei der Peritonealkarzinose handelt es sich um eine Metastasierung des Bauchfells (Peritoneum), die insbesondere von Ovarial- und Kolonkarzinomen im Laufe der Tumorprogression ausgeht. Lange Zeit galt diese weit fortgeschrittene Tumorerkrankung als extrem schwer therapierbar, sodass in der Regel nur palliativmedizinische Maßnahmen durchgeführt wurden. Dies hat sich in den letzten Jahren durch die Einführung multimodaler Behandlungsoptionen maßgeblich gewan-delt. Diese bestehen aus einer kompletten makroskopischen Tumorreduktion (CRS) gefolgt von einer intraoperativen, intraperitonealen hyperthermen Chemotherapie (HIPEC). Unbestritten ist, dass durch die lokal begrenzte Applikation wesentlich höhere Konzentrationen der Chemothera-peutika im Vergleich zur systemischen-Therapie verabreicht werden können. Der Stellenwert der Hyperthermie in diesem multimodalen Konzept ist bislang allerdings nicht eindeutig geklärt. 
So existieren bis heute keine klinischen Studien, die einen Benefit der erhöhten Temperatur bei der intraperitonealen Chemotherapie (IP-Chemotherapie) eindeutig belegen. Weitgehend ungeklärt ist auch, welche Temperaturen für eine Zytotoxizitätssteigerung der Chemotherapie wirklich notwendig sind und welche molekularen Mechanismen einer solchen Effizienzsteigerung zugrunde liegen. 
Um diese Fragen beantworten zu können wurde in vorliegender Arbeit zunächst ein in vitro-Modell etabliert, das die Situation der HIPEC-Prozedur möglichst exakt wiederspiegelt. Mit Hilfe dieses Modells gelang es, einen sehr präzisen Temperaturschwellenwert zu identifizieren, ab welchem eine effiziente Steigerung der Zytotoxizität von Cisplatin und Doxorubicin erzielt werden kann. Dieser Temperaturschwellenwert von 40°C ist auch von klinischer Relevanz. So weisen Patienten, die diese Temperatur an zwei Stellen im Bauchraum, nämlich Bursa omentalis und Pelvis, über mindestens 40 Minuten erreichten, ein signifikant erhöhtes Gesamt- und progressionsfreies Überleben auf. 
In-vitro führt Hyperthermie zu einer gesteigerten intrazellulären Doxorubicin-Konzentration. Interessanterweise bleibt allerdings die Synergie von Hyperthermie mit Doxorubicin selbst dann erhalten, wenn die Doxorubicindosierung auf Werte reduziert wird, die auch bei 37°C erreicht werden. Zusammen mit dem Befund, dass Hyperthemie keinen Einfluss auf die Menge der DNA-Cisplatin-Addukte hat, weisen diese Ergebnisse sehr klar darauf hin, dass die erhöhte Zytostatika-Aufnahme nicht der prädominante Mechanismus hinter den Synergieeffekten von Zytostatika und Hyperthermie ist. Vielmehr konnte eine durch Hyperthermie kompromittierte DNA-Reparatur-kapazität sowohl nach Doxorubicin als auch nach Cisplatin gezeigt werden. Die signifikante Verzögerung der DNA-Reparatur konnte auf eine Hyperthermie bedingte Hemmung der Poly(ADP-Ribosyl)ierung (PARylierung) zurückgeführt werden. 
Interessanterweise kann durch Hyperthermie ausschließlich die Effizienz solcher Zytostatika gesteigert werden, die eine PARylierung induzieren. Die These, dass die Hemmung der PARylierung eine zentrale Rolle für die Synergie zwischen Hyperthermie und Chemotherapie darstellt, wird darüber hinaus durch den Befund gestützt, dass spezifische pharmakologische PARP-Inhibitoren zu vergleichbaren Zytotoxizitätssteigerungen von Cisplatin und Doxorubicin führen wie sie durch Hyperthermie erreicht werden. Insofern konnte die PARylierung als molekularer Marker für einen präklinischen Substanzscreen für HIPEC-Zytostatika identifiziert werden. Darüber hinaus zeigen diese in-vitro-Ergebnisse erstmals, dass es durchaus Alternativen zu der mit erheblichen Nebenwirkungen behafteten Hyperthermie-Behandlung gibt. So könnte eine intraperitoneale Chemotherapie mit einer systemischen Vorbehandlung der Patienten mit den sehr verträglicheren PARP-Inhibitoren kombiniert werden.
Die Hyperthermie-vermittelte Hemmung der PARylierung führt zu vermehrten DNA-Doppel-strangbrüchen (DSB), welche tendenziell im Vergleich zur normothermen Behandlung eher über das fehlerbehaftete NHEJ repariert werden. So kommt es durch die Kombination mit Hyperthermie in signifikant mehr Zellen zu einer P-53BP1-Foci-Formierung, während sowohl der prozentuale Anteil der Zellen mit RAD51-Foci als auch die Gesamt-RAD51-Proteinmenge unverändert bleibt. Der Befund, dass diese DSB ausschließlich in S-Phasen-Zellen auftreten, wies auf einen Replikations-assoziierten Mechanismus hin. Tatsächlich konnte im Rahmen dieser Arbeit erstmals gezeigt werden,dass die Zytostatika-induzierten Replikationsblockaden durch die Hyperthermie-vermittelte Hemmung der PARylierung aufgehoben werden. Das Resultat dieser ungehinderten Progression der Replikationsgabeln durch die Hemmung der PARylierung nach Hyperthermie oder pharmakologischer PARP-Inhibition ist dann vermutlich die beobachtete Zunahme der DNA-DSB sowie das signifikant reduzierte Langzeitüberleben.
K1 Replikation
K1 Hyperthermie
K1 Eierstockkrebs
K1 Colonkrebs
K1 Chemotherapie
PP Hohenheim
PB Kommunikations-, Informations- und Medienzentrum der Universität Hohenheim
UL http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2016/1216