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
Referent:
Prof. Dr. med. Hubert Schrezenmeier
Korreferent: Prof. Dr. med. J. Oertel
Gedruckt mit Genehmigung des Fachbereichs Humanmedizin der
Freien Universität Berlin
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)]dekanUntersuchungen zum Wirkungsmechanismus von Arsentrioxid – Inhaltsverzeichnis
I
1. S
UMMARY
1
2. Z
USAMMENFASSUNG
4
3. E
INLEITUNG
7
3.1
D
IEV
ERWENDUNG VONA
RSENTRIOXID IN DERM
EDIZIN7
3.1.1
G
ESCHICHTLICHERH
INTERGRUND7
3.1.2
K
LASSIFIZIERUNG DER AKUTENL
EUKÄMIEN NACH DERF
RENCH-A
MERICAN-B
RITISH(FAB)-
UNDW
ORLD-H
EALTH-O
RGANISATION(WHO)-K
LASSIFIZIERUNG8
3.1.3
A
RSENTRIOXID UNDAPL
9
3.1.4
A
RSENTRIOXID UNDN
ICHT-P
ROMYELOZYTEN-L
EUKÄMIEN12
3.1.5
D
IEV
ERWENDUNG VONA
RSENTRIOXID IN DERO
NKOLOGIE13
3.1.6
W
EITEREV
ERWENDUNGEN VONA
RSENTRIOXID IN DERM
EDIZIN14
3.1.7
D
IEB
EDEUTUNG DERZ
YTOSTATIKA-R
ESISTENZ FÜR DIET
HERAPIE AKUTERL
EUKÄMIEN14
3.2
A
POPTOSE15
3.2.1
A
POPTOSE– N
EKROSE– P
ARAPTOSE– A
PONEKROSE: D
EFINITIONEN UNDA
BGRENZUNGEN15
3.2.2
P
HYSIOLOGISCHEB
EDEUTUNG UNDB
EISPIELE DERA
POPTOSE16
3.2.3
I
NDUKTOREN DERA
POPTOSE18
3.2.3.1
D
IE DURCHR
EZEPTOR-L
IGANDEN-B
INDUNG INDUZIERTEA
POPTOSE21
3.2.3.2
D
IE DURCHZ
YTOSTATIKA INDUZIERTEA
POPTOSE24
3.2.4
W
ICHTIGE BEI DERA
POPTOSE ABLAUFENDEP
ROZESSE24
3.2.4.1
M
ORPHOLOGISCHEP
ROZESSE24
3.2.4.2
P
ROZESSE,
DIE AN DERZ
ELLMEMBRAN STATTFINDEN24
3.2.4.3
Z
YTOPLASMATISCHEP
ROZESSE25
3.2.4.4
M
ITOCHONDRIALEP
ROZESSE29
3.2.5
NOS
UNDA
POPTOSE30
3.2.6
M
ETHODEN ZUMN
ACHWEIS DERA
POPTOSE30
3.2.6.1
A
NNEXINV-FITC
30
3.2.6.2
7-A
MINO-A
KTINOMYCIND (7–AAD)
31
3.2.6.3
N
ACHWEIS UNDB
LOCKIERUNG DERC
ASPASEN-A
KTIVITÄT31
3.2.7
B
LOCKIERUNG DERA
POPTOSE31
3.3
E
FFEKTE DERA
RSENTRIOXID-W
IRKUNG IN HÄMATOPOETISCHENZ
ELLEN MIT UND OHNE DERT
RANSLOKATION T(15;17)
UND IN NICHT-
HÄMATOPOETISCHENZ
ELLEN32
3.3.1
I
NDUKTION VONA
POPTOSE32
3.3.2
E
INFLUß AUF DENZ
ELLZYKLUS UND DIEZ
ELLPROLIFERATION34
3.3.3
Z
ELLTRANSFORMATION DURCHA
RSENTRIOXID35
3.3.4
Z
ELLDIFFERENZIERUNG36
3.3.5
W
EITERE POTENTIELLEW
IRKUNGSWEISEN DESA
RSENTRIOXID(
IMMUNOLOGISCHEE
FFEKTE, G
LUKONEOGENESE, A
NGIOGENESE)
36
4. Z
IELSETZUNG
37
5. M
ATERIALIEN
39
5.1
E
LEKTRISCHEG
ERÄTE39
5.2
G
RUNDCHEMIKALIEN, F
EINCHEMIKALIEN UNDZ
YTOSTATIKA39
5.3
P
UFFER UNDS
TAMMLÖSUNGEN39
5.4
R
EAGENZIEN FÜR DIEZ
ELLKULTUR41
5.5
Z
ELLINIEN42
5.6
F
LUORESZENZFARBSTOFFE42
5.7
A
NTIKÖRPER42
5.8
A
NNEXINV-FITC, A
MINOSÄUREDERIVATE UND MODIFIZIERTEP
EPTIDE44
5.9
V
ERBRAUCHSMATERIALIEN44
Untersuchungen zum Wirkungsmechanismus von Arsentrioxid – Inhaltsverzeichnis
II
6. M
ETHODEN
45
6.1
Z
ELLKULTUR45
6.2
A
UFTAUEN VONZ
ELLEN45
6.3
I
SOLIERUNG MONONUKLEÄRERZ
ELLEN AUSV
OLLBLUT45
6.4
A
UFZUCHT VONZ
ELLEN46
6.5
B
ESTIMMUNG DERZ
ELLDICHTE46
6.6
A
POPTOSE-I
NDUKTION INZ
ELLEN MITA
RSENTRIOXID UNDZ
YTOSTATIKA46
6.7
A
POPTOSE-I
NDUKTION INZ
ELLEN MITM
AUS-A
NTI-H
UMAN-CD95-A
NTIKÖRPER47
6.8
C
ASPASEN-I
NHIBITION MITB
OC-D-FMK, Z-A
SP-2,6-DBMK, Z-D(OM
E)E(OM
E)VD(OM
E)-FMK
UNDZ-VAD-FMK
47
6.9
A
NNEXINV-FITC-F
ÄRBUNG48
6.10
7–AAD F
ÄRBUNG48
6.11
A
NNEXINV-FITC/7–AAD-D
OPPELMARKIERUNG49
6.12
M
ITOT
RACKERR
EDCMXR
OS-
BZW. M
ITOT
RACKERR
EDCM-H
2XR
OS-F
ÄRBUNG49
6.13
JC-1-F
ÄRBUNGEN ZUMN
ACHWEIS DESZ
USAMMENBRUCHS DES MITOCHONDRIALENR
EDOXPOTENTIALS50
6.14
D
IHYDROETHIDIUM-F
ÄRBUNGEN ZUMN
ACHWEIS VONROS (
REACTIVE OXYGEN SPECIES)
50
6.15
N
ACHWEIS FREIERNO-R
ADIKALE51
6.16
P
HIP
HIL
UXG
2D
2-F
ÄRBUNGEN51
6.17
FITC-VAD-FMK
UNDFITC-YVADAPK-DNP-F
ÄRBUNG51
6.18
FITC-VAD-FMK/ M
ITOT
RACKERR
EDCMXR
OSD
OPPELMARKIERUNG52
6.19
A
NNEXINV-FITC/ M
ITOT
RACKERR
EDCMXR
OSD
OPPELMARKIERUNG52
6.20
N
ACHWEIS DER ZYTOPLASMATISCHENP
ROTEINEC
ASPASE-3, P
OLY(ADP-R
IBOSE)
POLYMERASE(PARP), GDP-D
ISSOZIATIONS-I
NHIBITOR(D4-GDI),
P53
UNDK
I67
52
6.21
N
ACHWEIS DES ZYTOPLASMATISCHENP
ROTEINSLRP
53
6.22
PKH26-M
ARKIERUNG54
6.23
P
ROPIDIUMIODID-F
ÄRBUNG54
6.24
N
ACHWEIS DERO
BERFLÄCHENPROTEINEP-G
LYKOPROTEIN(MDR-1), CD90, CD95,
TNFRI
UNDTNFRII
55
6.25
B
ESTIMMUNG DERF
LUORESZENZINTENSITÄT IMD
URCHFLUßZYTOMETER56
6.26
S
TATISTISCHEA
USWERTUNG58
7. E
RGEBNISSE
59
7.1
A
RSENTRIOXID INDUZIERTA
POPTOSE IN EINERV
IELZAHLZ
YTOSTATIKA-
SENSITIVER UNDZ
YTOSTATIKA-
RESISTENTERZ
ELLINIEN UNTERSCHIEDLICHEN HÄMATOPOETISCHEND
IFFERENZIERUNGSGRADES59
7.1.1
A
RSENTRIOXID INDUZIERTA
POPTOSE IN MALIGNEN LYMPHATISCHEN UNDMYELOISCHEN
Z
ELLINIEN59
7.1.2
A
RSENTRIOXID INDUZIERTA
POPTOSE IN MALIGNEN LYMPHATISCHEN UNDMYELOISCHEN
Z
YTOSTATIKA-
RESISTENTENZ
ELLINIEN62
7.1.3
D
IEA
RSENTRIOXID-
INDUZIERTEA
POPTOSE IST UNABHÄNGIG VON DERB
ASALEXPRESSION DESZ
YTOSTATIKARESISTENZ-
VERMITTELNDENP
ROTEINSP-G
LYKOPROTEIN(MDR-1)
66
7.1.4
A
RSENTRIOXID BESITZT KEINEN REGULATORISCHENE
INFLUß AUF DIEP-G
LYKOPROTEIN(MDR-1)-E
XPRESSION66
7.1.5
A
RSENTRIOXID BESITZT KEINEN REGULATORISCHENE
INFLUß AUF DIELRP-E
XPRESSION70
7.1.6
D
IEA
RSENTRIOXID-
INDUZIERTEA
POPTOSE IST UNABHÄNGIG VON DERB
ASALEXPRESSION DESD
IFFERENZIERUNGSMARKERST
HY-1 (CD90)
70
7.1.7
E
INTEILUNG DER UNTERSUCHTEN MALIGNEN LYMPHATISCHEN UND MYELOISCHENZ
ELLINIEN BEZÜGLICH IHRERS
ENSITIVITÄT GEGENÜBERA
RSENTRIOXID73
7.1.8
V
ERGLEICH DESN
ACHWEISES APOPTOTISCHERZ
ELLEN DURCHB
INDUNG VONUntersuchungen zum Wirkungsmechanismus von Arsentrioxid – Inhaltsverzeichnis
III
7.2
D
IE DURCHA
RSENTRIOXID INDUZIERTEP
ROLIFERATIONSINHIBITION IST UNABHÄNGIG VON DERA
POPTOSE-I
NDUKTION UND FÜHRT ZU KEINEMZ
ELLZYKLUSARREST75
7.2.1
D
IEA
RSENTRIOXID-B
EHANDLUNG VONZ
ELLEN FÜHRT ZU EINERP
ROLIFERATIONSINHIBITION BZW. V
ERMINDERUNG DERZ
ELLTEILUNGSRATE76
7.2.2
D
IEA
RSENTRIOXID-
INDUZIERTEP
ROLIFERATIONSINHIBITION IST UNABHÄNGIG VONDER
A
POPTOSE-I
NDUKTION77
7.2.3
D
IEA
RSENTRIOXID-
INDUZIERTEP
ROLIFERATIONSINHIBITION HAT KEINENE
INFLUß AUF DIEE
XPRESSION DESP
ROLIFERATIONSMARKERSK
I67
79
7.2.4
D
IE DURCHA
RSENTRIOXID-
INDUZIERTEP
ROLIFERATIONSINHIBITION IST UNABHÄNGIG VON DERP
OSITION DERZ
ELLE IMZ
ELLZYKLUS82
7.3
U
NTERSUCHUNGEN ZUMW
IRKUNGSMECHANISMUS DERA
RSENTRIOXID-
VERMITTELTENA
POPTOSEINDUKTION: C
ASPASEN-A
KTIVIERUNG UNDB
EEINFLUSSUNG DERM
ITOCHONDRIENFUNKTION85
7.3.1
D
IEA
KTIVIERUNG VONC
ASPASEN BEI DERA
RSENTRIOXID-
INDUZIERTENA
POPTOSE:
S
PALTUNG VONP
ROCASPASE-3, P
OLY(ADP-
RIBOSE)P
OLYMERASE-1 (PARP)
UNDGDP-D
ISSOZIATIONS-I
NHIBITOR(D4-GDI)
85
7.3.2
D
IEA
KTIVIERUNG VONC
ASPASEN BEI DERA
RSENTRIOXID-
INDUZIERTENA
POPTOSE:
S
PALTUNG DESC
ASPASEN-S
UBSTRATESP
HIP
HIL
UXG
2D
2 UNDB
INDUNG DERC
ASPASEN-I
NHIBITORENFITC-VAD-FMK
UNDFITC-YVADAPK-DNP.
90
7.3.3
D
IEA
RSENTRIOXID-B
EHANDLUNG VONZ
ELLEN FÜHRT ZUMZ
USAMMENBRUCH DESMITOCHONDRIALEN
R
EDOXPOTENTIALS92
7.3.4
D
IEA
RSENTRIOXID-B
EHANDLUNG VONZ
ELLEN FÜHRT ZURB
ILDUNG VONROS
(
REACTIVE OXYGEN SPECIES)
96
7.3.5
C
ASPASEN-I
NHIBITOREN HEMMEN DIE DURCHA
NNEXINV-FITC
NACHWEISBAREA
RSENTRIOXID-
VERMITTELTEA
POPTOSE INCCRF-CEM-
UNDJ
URKAT-Z
ELLEN,
NICHT JEDOCH DIEB
EEINFLUSSUNG DER MITOCHONDRIALENA
KTIVITÄT.
99
7.3.6
D
IEA
RSENTRIOXID-B
EHANDLUNG VONZ
ELLEN UND DIEB
ILDUNG VONNO-R
ADIKALEN108
7.3.7
A
RSENTRIOXID BEEINFLUßT DIEE
XPRESSION DESP
ROLIFERATIONSMARKERS P53
NUR IN EINIGEN
A
RSENTRIOXID-
SENSITIVENZ
ELLINIEN109
7.4
D
IEA
RSENTRIOXID-
INDUZIERTEA
POPTOSE KANN DURCHB
LOCKIERUNGCD95-SPEZIFISCHER
P
ROZESSE NICHT INHIBIERT WERDEN UND IST SOMITCD95-
UNABHÄNGIG.
114
7.4.1
D
IEA
RSENTRIOXID-
INDUZIERTEA
POPTOSE IST UNABHÄNGIG VON DERCD95 (F
AS)-B
ASALEXPRESSION115
7.4.2
A
RSENTRIOXID BESITZT KEINEN REGULATORISCHENE
INFLUß AUF DIECD95 (F
AS)-E
XPRESSION115
7.4.3
D
IE INCCRF-CEM
UNDJ
URKAT-Z
ELLEN MITA
RSENTRIOXID-
INDUZIERTEA
POPTOSE KANN DURCHB
LOCKIERUNG VONCD95 (F
AS)
NICHT GEHEMMT WERDEN119
7.4.4
T
ITRATION DERA
POPTOSE-
INDUZIERENDEN UNDA
POPTOSE-
INHIBIERENDENA
NTI-CD95-A
NTIKÖRPER119
7.4.5
CD95-B
LOCKIERUNGSEXPERIMENTE123
7.4.6
D
IETNFRI-
UNDTNFRII-E
XPRESSION WIRD DURCHA
RSENTRIOXID NICHT MODULIERT127
7.5
U
NTERSUCHUNG MONONUKLEÄRERZ
ELLEN VONP
ATIENTEN,
WELCHE FÜR EINEA
RSENTRIOXID-T
HERAPIE IMV
ORFELD UNDR
AHMEN DER KLINISCHENS
TUDIE„A
RSENTRIOXID ZURB
EHANDLUNG DERAML
BEIR
EZIDIV,
THERAPIE-
REFRAKTÄREMZ
USTAND ODER> 70 J
AHRE UNDK
ONTRAINDIKATION FÜR EINES
TANDARD-P
OLYCHEMOTHERAPIE“
REKRUTIERT WURDEN,
AUF IHRES
ENSITIVITÄT GEGENÜBERA
RSENTRIOXID133
8. D
ISKUSSION
136
8.1
I
NDUKTION DERA
POPTOSE IN LYMPHO-
HÄMATOPOETISCHENZ
ELLINIENUNTERSCHIEDLICHEN
D
IFFERENZIERUNGSGRADES136
8.2
I
NDUKTION DERA
POPTOSE IN LYMPHO-
HÄMATOPOETISCHENZ
YTOSTATIKA-RESISTENTEN
Z
ELLINIEN138
8.3
V
ERGLEICH DESN
ACHWEISES APOPTOTISCHERZ
ELLEN DURCHB
INDUNG VONUntersuchungen zum Wirkungsmechanismus von Arsentrioxid – Inhaltsverzeichnis
IV
8.4
D
IE DURCHA
RSENTRIOXID INDUZIERTEP
ROLIFERATIONSINHIBITION IST UNABHÄNGIG VON DERA
POPTOSE-I
NDUKTION UND FÜHRT ZU KEINEMZ
ELLZYKLUSARREST141
8.5
D
IEA
POPTOSE-I
NDUKTION DURCHA
RSENTRIOXID FÜHRT ZURB
ILDUNG VONROS
UND ZU EINERA
KTIVIERUNG VONC
ASPASEN,
IST JEDOCHCD95-
UNDC
ASPASEN-
UNABHÄNGIG143
8.5.1
D
IEA
KTIVIERUNG VONC
ASPASEN DURCHA
RSENTRIOXID143
8.5.2
M
ÖGLICHEU
RSACHE DERC
ASPASEN-A
KTIVIERUNG:
P53-A
KTIVIERUNG147
8.5.3
D
IEA
POPTOSEINDUKTION DURCHA
RSENTRIXID IST NICHTCD95-
ABHÄNGIG UNDFÜHRT ZU KEINER