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Untersuchungen zum Wirkungsmechanismus von Arsentrioxid in malignen lymphatischen und myeloischen Zellinien unterschiedlichen Differenzierungsgrades: CD95-unabhängige, Caspasen- und Mitochondrien-abhängige Apoptose-Induktion, Apoptose-unabhängige Prolifer

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Academic year: 2021

Aktie "Untersuchungen zum Wirkungsmechanismus von Arsentrioxid in malignen lymphatischen und myeloischen Zellinien unterschiedlichen Differenzierungsgrades: CD95-unabhängige, Caspasen- und Mitochondrien-abhängige Apoptose-Induktion, Apoptose-unabhängige Prolifer"

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(1)

Aus dem Universitätsklinikum Benjamin Franklin

der Freien Universität Berlin

Medizinische Klinik III (Hämatologie, Onkologie und Transfusionsmedizin)

Geschäftsführender Direktor: Prof. Dr. E. Thiel

Untersuchungen zum Wirkungsmechanismus von Arsentrioxid

in malignen lymphatischen und myeloischen Zellinien

unterschiedlichen Differenzierungsgrades:

CD95-unabhängige, Caspasen- und Mitochondrien-abhängige Apoptose-Induktion,

Apoptose-unabhängige Proliferationsinhibition

und Expression Zytostatikaresistenz-vermittelnder Proteine

Inaugural-Dissertation

zur

Erlangung der Doktorwürde zum Doctor rerum medicarum

des Fachbereichs Humanmedizin

der Freien Universität Berlin

vorgelegt von: Markus Thomas Rojewski

aus

: Baden-Baden

(2)

Referent:

Prof. Dr. med. Hubert Schrezenmeier

Korreferent: Prof. Dr. med. J. Oertel

Gedruckt mit Genehmigung des Fachbereichs Humanmedizin der

Freien Universität Berlin

(3)

Untersuchungen zum Wirkungsmechanismus von

Arsentrioxid in

malignen lymphatischen und myeloischen Zellinien

unterschiedlichen Differenzierungsgrades:

CD95-unabhängige,

Caspasen- und Mitochondrien-abhängige Apoptose-Induktion,

Apoptose-unabhängige Proliferationsinhibition

und Expression Zytostatikaresistenz-vermittelnder Proteine

As

O

As

O

As

O

O

O

O

As

2,4,6,8,9-Hexaoxa-1,3,5,7-tetraarsatricyclo[3,3,1,1(3,7)]dekan

(4)
(5)

Untersuchungen zum Wirkungsmechanismus von Arsentrioxid – Inhaltsverzeichnis

I

1. S

UMMARY

1

2. Z

USAMMENFASSUNG

4

3. E

INLEITUNG

7

3.1

D

IE

V

ERWENDUNG VON

A

RSENTRIOXID IN DER

M

EDIZIN

7

3.1.1

G

ESCHICHTLICHER

H

INTERGRUND

7

3.1.2

K

LASSIFIZIERUNG DER AKUTEN

L

EUKÄMIEN NACH DER

F

RENCH

-A

MERICAN

-B

RITISH

(FAB)-

UND

W

ORLD

-H

EALTH

-O

RGANISATION

(WHO)-K

LASSIFIZIERUNG

8

3.1.3

A

RSENTRIOXID UND

APL

9

3.1.4

A

RSENTRIOXID UND

N

ICHT

-P

ROMYELOZYTEN

-L

EUKÄMIEN

12

3.1.5

D

IE

V

ERWENDUNG VON

A

RSENTRIOXID IN DER

O

NKOLOGIE

13

3.1.6

W

EITERE

V

ERWENDUNGEN VON

A

RSENTRIOXID IN DER

M

EDIZIN

14

3.1.7

D

IE

B

EDEUTUNG DER

Z

YTOSTATIKA

-R

ESISTENZ FÜR DIE

T

HERAPIE AKUTER

L

EUKÄMIEN

14

3.2

A

POPTOSE

15

3.2.1

A

POPTOSE

– N

EKROSE

– P

ARAPTOSE

– A

PONEKROSE

: D

EFINITIONEN UND

A

BGRENZUNGEN

15

3.2.2

P

HYSIOLOGISCHE

B

EDEUTUNG UND

B

EISPIELE DER

A

POPTOSE

16

3.2.3

I

NDUKTOREN DER

A

POPTOSE

18

3.2.3.1

D

IE DURCH

R

EZEPTOR

-L

IGANDEN

-B

INDUNG INDUZIERTE

A

POPTOSE

21

3.2.3.2

D

IE DURCH

Z

YTOSTATIKA INDUZIERTE

A

POPTOSE

24

3.2.4

W

ICHTIGE BEI DER

A

POPTOSE ABLAUFENDE

P

ROZESSE

24

3.2.4.1

M

ORPHOLOGISCHE

P

ROZESSE

24

3.2.4.2

P

ROZESSE

,

DIE AN DER

Z

ELLMEMBRAN STATTFINDEN

24

3.2.4.3

Z

YTOPLASMATISCHE

P

ROZESSE

25

3.2.4.4

M

ITOCHONDRIALE

P

ROZESSE

29

3.2.5

NOS

UND

A

POPTOSE

30

3.2.6

M

ETHODEN ZUM

N

ACHWEIS DER

A

POPTOSE

30

3.2.6.1

A

NNEXIN

V-FITC

30

3.2.6.2

7-A

MINO

-A

KTINOMYCIN

D (7–AAD)

31

3.2.6.3

N

ACHWEIS UND

B

LOCKIERUNG DER

C

ASPASEN

-A

KTIVITÄT

31

3.2.7

B

LOCKIERUNG DER

A

POPTOSE

31

3.3

E

FFEKTE DER

A

RSENTRIOXID

-W

IRKUNG IN HÄMATOPOETISCHEN

Z

ELLEN MIT UND OHNE DER

T

RANSLOKATION T

(15;17)

UND IN NICHT

-

HÄMATOPOETISCHEN

Z

ELLEN

32

3.3.1

I

NDUKTION VON

A

POPTOSE

32

3.3.2

E

INFLUß AUF DEN

Z

ELLZYKLUS UND DIE

Z

ELLPROLIFERATION

34

3.3.3

Z

ELLTRANSFORMATION DURCH

A

RSENTRIOXID

35

3.3.4

Z

ELLDIFFERENZIERUNG

36

3.3.5

W

EITERE POTENTIELLE

W

IRKUNGSWEISEN DES

A

RSENTRIOXID

(

IMMUNOLOGISCHE

E

FFEKTE

, G

LUKONEOGENESE

, A

NGIOGENESE

)

36

4. Z

IELSETZUNG

37

5. M

ATERIALIEN

39

5.1

E

LEKTRISCHE

G

ERÄTE

39

5.2

G

RUNDCHEMIKALIEN

, F

EINCHEMIKALIEN UND

Z

YTOSTATIKA

39

5.3

P

UFFER UND

S

TAMMLÖSUNGEN

39

5.4

R

EAGENZIEN FÜR DIE

Z

ELLKULTUR

41

5.5

Z

ELLINIEN

42

5.6

F

LUORESZENZFARBSTOFFE

42

5.7

A

NTIKÖRPER

42

5.8

A

NNEXIN

V-FITC, A

MINOSÄUREDERIVATE UND MODIFIZIERTE

P

EPTIDE

44

5.9

V

ERBRAUCHSMATERIALIEN

44

(6)

Untersuchungen zum Wirkungsmechanismus von Arsentrioxid – Inhaltsverzeichnis

II

6. M

ETHODEN

45

6.1

Z

ELLKULTUR

45

6.2

A

UFTAUEN VON

Z

ELLEN

45

6.3

I

SOLIERUNG MONONUKLEÄRER

Z

ELLEN AUS

V

OLLBLUT

45

6.4

A

UFZUCHT VON

Z

ELLEN

46

6.5

B

ESTIMMUNG DER

Z

ELLDICHTE

46

6.6

A

POPTOSE

-I

NDUKTION IN

Z

ELLEN MIT

A

RSENTRIOXID UND

Z

YTOSTATIKA

46

6.7

A

POPTOSE

-I

NDUKTION IN

Z

ELLEN MIT

M

AUS

-A

NTI

-H

UMAN

-CD95-A

NTIKÖRPER

47

6.8

C

ASPASEN

-I

NHIBITION MIT

B

OC

-D-FMK, Z-A

SP

-2,6-DBMK, Z-D(OM

E

)E(OM

E

)VD(OM

E

)-FMK

UND

Z-VAD-FMK

47

6.9

A

NNEXIN

V-FITC-F

ÄRBUNG

48

6.10

7–AAD F

ÄRBUNG

48

6.11

A

NNEXIN

V-FITC/7–AAD-D

OPPELMARKIERUNG

49

6.12

M

ITO

T

RACKER

R

ED

CMXR

OS

-

BZW

. M

ITO

T

RACKER

R

ED

CM-H

2

XR

OS

-F

ÄRBUNG

49

6.13

JC-1-F

ÄRBUNGEN ZUM

N

ACHWEIS DES

Z

USAMMENBRUCHS DES MITOCHONDRIALEN

R

EDOXPOTENTIALS

50

6.14

D

IHYDROETHIDIUM

-F

ÄRBUNGEN ZUM

N

ACHWEIS VON

ROS (

REACTIVE OXYGEN SPECIES

)

50

6.15

N

ACHWEIS FREIER

NO-R

ADIKALE

51

6.16

P

HI

P

HI

L

UX

G

2

D

2

-F

ÄRBUNGEN

51

6.17

FITC-VAD-FMK

UND

FITC-YVADAPK-DNP-F

ÄRBUNG

51

6.18

FITC-VAD-FMK/ M

ITO

T

RACKER

R

ED

CMXR

OS

D

OPPELMARKIERUNG

52

6.19

A

NNEXIN

V-FITC/ M

ITO

T

RACKER

R

ED

CMXR

OS

D

OPPELMARKIERUNG

52

6.20

N

ACHWEIS DER ZYTOPLASMATISCHEN

P

ROTEINE

C

ASPASE

-3, P

OLY

(ADP-R

IBOSE

)

POLYMERASE

(PARP), GDP-D

ISSOZIATIONS

-I

NHIBITOR

(D4-GDI),

P

53

UND

K

I

67

52

6.21

N

ACHWEIS DES ZYTOPLASMATISCHEN

P

ROTEINS

LRP

53

6.22

PKH26-M

ARKIERUNG

54

6.23

P

ROPIDIUMIODID

-F

ÄRBUNG

54

6.24

N

ACHWEIS DER

O

BERFLÄCHENPROTEINE

P-G

LYKOPROTEIN

(MDR-1), CD90, CD95,

TNFRI

UND

TNFRII

55

6.25

B

ESTIMMUNG DER

F

LUORESZENZINTENSITÄT IM

D

URCHFLUßZYTOMETER

56

6.26

S

TATISTISCHE

A

USWERTUNG

58

7. E

RGEBNISSE

59

7.1

A

RSENTRIOXID INDUZIERT

A

POPTOSE IN EINER

V

IELZAHL

Z

YTOSTATIKA

-

SENSITIVER UND

Z

YTOSTATIKA

-

RESISTENTER

Z

ELLINIEN UNTERSCHIEDLICHEN HÄMATOPOETISCHEN

D

IFFERENZIERUNGSGRADES

59

7.1.1

A

RSENTRIOXID INDUZIERT

A

POPTOSE IN MALIGNEN LYMPHATISCHEN UND

MYELOISCHEN

Z

ELLINIEN

59

7.1.2

A

RSENTRIOXID INDUZIERT

A

POPTOSE IN MALIGNEN LYMPHATISCHEN UND

MYELOISCHEN

Z

YTOSTATIKA

-

RESISTENTEN

Z

ELLINIEN

62

7.1.3

D

IE

A

RSENTRIOXID

-

INDUZIERTE

A

POPTOSE IST UNABHÄNGIG VON DER

B

ASALEXPRESSION DES

Z

YTOSTATIKARESISTENZ

-

VERMITTELNDEN

P

ROTEINS

P-G

LYKOPROTEIN

(MDR-1)

66

7.1.4

A

RSENTRIOXID BESITZT KEINEN REGULATORISCHEN

E

INFLUß AUF DIE

P-G

LYKOPROTEIN

(MDR-1)-E

XPRESSION

66

7.1.5

A

RSENTRIOXID BESITZT KEINEN REGULATORISCHEN

E

INFLUß AUF DIE

LRP-E

XPRESSION

70

7.1.6

D

IE

A

RSENTRIOXID

-

INDUZIERTE

A

POPTOSE IST UNABHÄNGIG VON DER

B

ASALEXPRESSION DES

D

IFFERENZIERUNGSMARKERS

T

HY

-1 (CD90)

70

7.1.7

E

INTEILUNG DER UNTERSUCHTEN MALIGNEN LYMPHATISCHEN UND MYELOISCHEN

Z

ELLINIEN BEZÜGLICH IHRER

S

ENSITIVITÄT GEGENÜBER

A

RSENTRIOXID

73

7.1.8

V

ERGLEICH DES

N

ACHWEISES APOPTOTISCHER

Z

ELLEN DURCH

B

INDUNG VON

(7)

Untersuchungen zum Wirkungsmechanismus von Arsentrioxid – Inhaltsverzeichnis

III

7.2

D

IE DURCH

A

RSENTRIOXID INDUZIERTE

P

ROLIFERATIONSINHIBITION IST UNABHÄNGIG VON DER

A

POPTOSE

-I

NDUKTION UND FÜHRT ZU KEINEM

Z

ELLZYKLUSARREST

75

7.2.1

D

IE

A

RSENTRIOXID

-B

EHANDLUNG VON

Z

ELLEN FÜHRT ZU EINER

P

ROLIFERATIONSINHIBITION BZW

. V

ERMINDERUNG DER

Z

ELLTEILUNGSRATE

76

7.2.2

D

IE

A

RSENTRIOXID

-

INDUZIERTE

P

ROLIFERATIONSINHIBITION IST UNABHÄNGIG VON

DER

A

POPTOSE

-I

NDUKTION

77

7.2.3

D

IE

A

RSENTRIOXID

-

INDUZIERTE

P

ROLIFERATIONSINHIBITION HAT KEINEN

E

INFLUß AUF DIE

E

XPRESSION DES

P

ROLIFERATIONSMARKERS

K

I

67

79

7.2.4

D

IE DURCH

A

RSENTRIOXID

-

INDUZIERTE

P

ROLIFERATIONSINHIBITION IST UNABHÄNGIG VON DER

P

OSITION DER

Z

ELLE IM

Z

ELLZYKLUS

82

7.3

U

NTERSUCHUNGEN ZUM

W

IRKUNGSMECHANISMUS DER

A

RSENTRIOXID

-

VERMITTELTEN

A

POPTOSEINDUKTION

: C

ASPASEN

-A

KTIVIERUNG UND

B

EEINFLUSSUNG DER

M

ITOCHONDRIENFUNKTION

85

7.3.1

D

IE

A

KTIVIERUNG VON

C

ASPASEN BEI DER

A

RSENTRIOXID

-

INDUZIERTEN

A

POPTOSE

:

S

PALTUNG VON

P

ROCASPASE

-3, P

OLY

(ADP-

RIBOSE

)P

OLYMERASE

-1 (PARP)

UND

GDP-D

ISSOZIATIONS

-I

NHIBITOR

(D4-GDI)

85

7.3.2

D

IE

A

KTIVIERUNG VON

C

ASPASEN BEI DER

A

RSENTRIOXID

-

INDUZIERTEN

A

POPTOSE

:

S

PALTUNG DES

C

ASPASEN

-S

UBSTRATES

P

HI

P

HI

L

UX

G

2

D

2 UND

B

INDUNG DER

C

ASPASEN

-I

NHIBITOREN

FITC-VAD-FMK

UND

FITC-YVADAPK-DNP.

90

7.3.3

D

IE

A

RSENTRIOXID

-B

EHANDLUNG VON

Z

ELLEN FÜHRT ZUM

Z

USAMMENBRUCH DES

MITOCHONDRIALEN

R

EDOXPOTENTIALS

92

7.3.4

D

IE

A

RSENTRIOXID

-B

EHANDLUNG VON

Z

ELLEN FÜHRT ZUR

B

ILDUNG VON

ROS

(

REACTIVE OXYGEN SPECIES

)

96

7.3.5

C

ASPASEN

-I

NHIBITOREN HEMMEN DIE DURCH

A

NNEXIN

V-FITC

NACHWEISBARE

A

RSENTRIOXID

-

VERMITTELTE

A

POPTOSE IN

CCRF-CEM-

UND

J

URKAT

-Z

ELLEN

,

NICHT JEDOCH DIE

B

EEINFLUSSUNG DER MITOCHONDRIALEN

A

KTIVITÄT

.

99

7.3.6

D

IE

A

RSENTRIOXID

-B

EHANDLUNG VON

Z

ELLEN UND DIE

B

ILDUNG VON

NO-R

ADIKALEN

108

7.3.7

A

RSENTRIOXID BEEINFLUßT DIE

E

XPRESSION DES

P

ROLIFERATIONSMARKERS P

53

NUR IN EINIGEN

A

RSENTRIOXID

-

SENSITIVEN

Z

ELLINIEN

109

7.4

D

IE

A

RSENTRIOXID

-

INDUZIERTE

A

POPTOSE KANN DURCH

B

LOCKIERUNG

CD95-SPEZIFISCHER

P

ROZESSE NICHT INHIBIERT WERDEN UND IST SOMIT

CD95-

UNABHÄNGIG

.

114

7.4.1

D

IE

A

RSENTRIOXID

-

INDUZIERTE

A

POPTOSE IST UNABHÄNGIG VON DER

CD95 (F

AS

)-B

ASALEXPRESSION

115

7.4.2

A

RSENTRIOXID BESITZT KEINEN REGULATORISCHEN

E

INFLUß AUF DIE

CD95 (F

AS

)-E

XPRESSION

115

7.4.3

D

IE IN

CCRF-CEM

UND

J

URKAT

-Z

ELLEN MIT

A

RSENTRIOXID

-

INDUZIERTE

A

POPTOSE KANN DURCH

B

LOCKIERUNG VON

CD95 (F

AS

)

NICHT GEHEMMT WERDEN

119

7.4.4

T

ITRATION DER

A

POPTOSE

-

INDUZIERENDEN UND

A

POPTOSE

-

INHIBIERENDEN

A

NTI

-CD95-A

NTIKÖRPER

119

7.4.5

CD95-B

LOCKIERUNGSEXPERIMENTE

123

7.4.6

D

IE

TNFRI-

UND

TNFRII-E

XPRESSION WIRD DURCH

A

RSENTRIOXID NICHT MODULIERT

127

7.5

U

NTERSUCHUNG MONONUKLEÄRER

Z

ELLEN VON

P

ATIENTEN

,

WELCHE FÜR EINE

A

RSENTRIOXID

-T

HERAPIE IM

V

ORFELD UND

R

AHMEN DER KLINISCHEN

S

TUDIE

„A

RSENTRIOXID ZUR

B

EHANDLUNG DER

AML

BEI

R

EZIDIV

,

THERAPIE

-

REFRAKTÄREM

Z

USTAND ODER

> 70 J

AHRE UND

K

ONTRAINDIKATION FÜR EINE

S

TANDARD

-P

OLYCHEMOTHERAPIE

REKRUTIERT WURDEN

,

AUF IHRE

S

ENSITIVITÄT GEGENÜBER

A

RSENTRIOXID

133

8. D

ISKUSSION

136

8.1

I

NDUKTION DER

A

POPTOSE IN LYMPHO

-

HÄMATOPOETISCHEN

Z

ELLINIEN

UNTERSCHIEDLICHEN

D

IFFERENZIERUNGSGRADES

136

8.2

I

NDUKTION DER

A

POPTOSE IN LYMPHO

-

HÄMATOPOETISCHEN

Z

YTOSTATIKA

-RESISTENTEN

Z

ELLINIEN

138

8.3

V

ERGLEICH DES

N

ACHWEISES APOPTOTISCHER

Z

ELLEN DURCH

B

INDUNG VON

(8)

Untersuchungen zum Wirkungsmechanismus von Arsentrioxid – Inhaltsverzeichnis

IV

8.4

D

IE DURCH

A

RSENTRIOXID INDUZIERTE

P

ROLIFERATIONSINHIBITION IST UNABHÄNGIG VON DER

A

POPTOSE

-I

NDUKTION UND FÜHRT ZU KEINEM

Z

ELLZYKLUSARREST

141

8.5

D

IE

A

POPTOSE

-I

NDUKTION DURCH

A

RSENTRIOXID FÜHRT ZUR

B

ILDUNG VON

ROS

UND ZU EINER

A

KTIVIERUNG VON

C

ASPASEN

,

IST JEDOCH

CD95-

UND

C

ASPASEN

-

UNABHÄNGIG

143

8.5.1

D

IE

A

KTIVIERUNG VON

C

ASPASEN DURCH

A

RSENTRIOXID

143

8.5.2

M

ÖGLICHE

U

RSACHE DER

C

ASPASEN

-A

KTIVIERUNG

:

P

53-A

KTIVIERUNG

147

8.5.3

D

IE

A

POPTOSEINDUKTION DURCH

A

RSENTRIXID IST NICHT

CD95-

ABHÄNGIG UND

FÜHRT ZU KEINER

R

EGULATION VON

CD95

UND

TNFR

148

8.5.4

D

IE

B

ILDUNG VON

ROS

UND

NOS

DURCH

A

RSENTRIOXID

150

8.6

M

ODELL ZUR

A

POPTOSE

-I

NDUKTION DURCH

A

RSENTRIOXID

152

9. A

BKÜRZUNGEN UND

S

YNONYME

154

10. A

PPENDIX

158

10.1

M

USTERAUSWERTUNGEN

158

10.2

A

LLGEMEINE

A

NMERKUNGEN

160

11. L

ITERATUR

161

12. E

RKLÄRUNG ZU EIGENEN

P

UBLIKATIONEN

181

13. W

EITERE EIGENE

P

UBLIKATIONEN

183

14. D

ANKSAGUNG

185

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