Functional cross-talk of mitosis and apoptosis
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Mitose stellt für die Tumorbiologie in zweierlei Hinsicht ein zentrales Ereignis dar. Zum einen sind Fehlregulationen in der Mitose, die zu Chromosomenfehlverteilungen und zur Induktion von Aneuploidie führen, ein Hauptkennzeichen humaner Tumore. Zum anderen stellt die Mitose eine wichtige Zielstruktur für die anti-Tumor Therapie dar. Um die Progression der Mitose und damit die Zellteilung in Tumorzellen zu hemmen, werden seit langem Mikrotubuli-Inhibitoren eingesetzt, die die Funktion der mitotischen Spindel hemmen. Diese Hemmstoffe agieren aber nicht Mitose-spezifisch, sondern hemmen die Mikrotubuli- Funktion auch in nicht-proliferierenden Zellen, beispielsweise beim intrazellulären Transport, was mit profunden Nebenwirkungen bei der Therapie verbunden ist. Darüber hinaus konnten unsere eigenen Daten zeigen, dass für die volle Wirksamkeit der Mikrotubuli-Inhibitoren ein funktionsfähiger Spindelcheckpoint-Signalweg erforderlich ist, der jedoch in Tumorzellen häufig nur eingeschränkt funktioniert. Daher sind neue mitotische Therapie-Ziele wünschenswert, die eine hohe Effizienz auch unabhängig vom Spindelcheckpoint zeigen. Unsere durchgeführten Projekte haben die Frage adressiert, welche neuen mitotischen Zielstrukturen therapeutisch genutzt werden können. Dabei haben wir die Wirkungsweise von Inhibitoren, die die mitotischen Aurora-A und Aurora-B Kinasen hemmen, untersucht. Die Hemmung der Aurora-Kinasen induziert in kolorektalen Karzinomzellen Apoptose in einer Spindelcheckpoint-unabhängigen Weise. Während ein p53-vermittelter postmitotischer G1-Arrest die Effizienz einer Aurora-A Hemmung begünstigt, ist eine Polyploidisierung nach Aurora-B Hemmung für den induzierten Zelltod erforderlich. Darüber hinaus haben wir die Rolle einer Spindelcheckpoint-Hemmung als mögliche Therapie-Strategie untersucht. Sowohl in vitro als auch in vivo konnten wir zeigen, dass eine Hemmung des Spindelcheckpoints entweder mittels von uns identifizierter "small molecule" Inhibitoren oder mit Hilfe von siRNA-Nanopartikeln zur Induktion von Apoptose und zu einem verringerten Tumorwachstum in vivo führt. Damit konnte der mitotische Spindelcheckpoint als eine neue therapeutische Zielstruktur validiert werden. In weiterführenden Projekten haben wir dann die Frage adressiert, welche Rolle Komponenten des "DNA Damage" Signalwegs für die Progression der Mitose spielen. Wir konnten zeigen, dass die Checkpoint-Kinase Chk2 in der Mitose in Abwesenheit einer DNA- Beschädigung aktiviert wird und das Tumorsuppressorprotein Brca1 phosphoryliert. Diese Phosphorylierung sichert normale Aktivitätsspiegel der Aurora-A Kinase an mitotischen Centrosomen und gewährleistet eine normale Mikrotubuli-Dynamik in der Mitose. Der Verlust von Chk2 führt zu einer Hyper-Aktivierung von Aurora-A und dies resultiert in einer erhöhten Wachstumsrate von Mikrotubuli an deren Plusenden, was die Fehlanheftung von Kinetochoren fördert und den Phänotyp einer chromosomalen Instabilität (CIN) definiert. Damit haben wir einen zentralen Mechanismus, der zur Erzeugung von Aneuploidie in Tumorzellen führt identifiziert und gezeigt, dass Komponenten des "DNA Damage" Signalwegs für die normale Progression der Mitose essentiell sind. Zu den letztgenannten Studien und Ergebnissen wurden zwei Pressemitteilungen herausgegeben: http://www.uni-marburg.de/aktuelles/news/2010a/0415a http://www.med.uni-goettingen.de/de/content/presseinformationen/presseinformationen_20687.asp
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2009). Determinants for the efficiency of anti-cancer drugs targeting either Aurora-A or Aurora-B kinases. Mol. Cancer Ther., 8: 2046 - 2056
Kaestner, P., Stolz, A. und Bastians, H.
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(2009). Pharmacologic abrogation of the mitotic spindle checkpoint by an indolocarbazole discovered by cellular screening efficiently kills cancer cells. Cancer Research, 69: 3874 - 3883
Stolz, A., Vogel, C., Schneider, V., Ertych, N., Kienitz, A., Yu.H. und Bastians, H.
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(2010). Mitotic drug targets. J. Cell. Biochem. 111: 258 - 265
Kaestner, P. und Bastians, H.
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(2010). The CHK2-BRCA1 tumor suppressor pathway ensures chromosomal stability in human somatic cells. Nature Cell Biology 12: 492 – 499
Stolz, A., Ertych, N., Kienitz, A., Vogel, C., Schneider, V., Fritz, B., Jacob, R., Dittmar, G., Weichert, W., Petersen, I. und Bastians, H.
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(2011). Therapeutic targeting of the mitotic spindle checkpoint through nanoparticle-mediated siRNA delivery inhibits tumor growth in vivo. Cancer Letters 304: 128 – 136
Kaestner P., Aigner A. und Bastians H.
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(2014). Increased microtubule assembly rates influence chromosomal instability in colorectal cancer cells. Nature Cell Biology, 16: 779 - 791
Ertych, N., Stolz, A., Stenzinger, A., Weichert, W., Kaulfuß, S., Burfeind, P., Aigner, A., Wordeman, L. und Bastians H.
