Untersuchungen zur TRAIL-induzierten Apoptose von Ovarialkarzinomzelllinien mit selektiver Zytostatikaresistenz

Zusammenfassung

Bei der Behandlung des fortgeschrittenen Ovarialkarzinoms stellt die Resistenz gegenüber den üblicherweise eingesetzten Zytostatika das größte therapeutische Problem dar. Die Kombination verschiedener Substanzen erhöht zwar die Ansprechrate sowie die Dauer des rezidivfreien Intervalls. Dennoch kommt es bei der Mehrzahl der Fälle zu einem Rezidiv mit konsekutiver Zytostatikaresistenz. Die Kombination von TRAIL (TNF-Related Apoptosis Inducing Ligand) mit verschiedenen Zytostatika bewirkte im Zellkulturmodell bei Zelllinien verschiedener Tumorentitäten synergistische Effekte. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit sollte untersucht werden, ob TRAIL bei Zytostatika-resistenten Ovarialkarzinomzellen zur Proliferationshemmung und/oder Apoptoseinduktion führt und ob bei TRAIL-resistenten Tumorzellen wiederum die Behandlung mit verschiedenen Zytostatika zur Proliferationshemmung und/oder Apoptoseinduktion führt. Von der parentalen Ovarialkarzinomzelllinie HEY wurden mithilfe steigender Zytostatikum-Konzentrationen Zelllinien mit selektiver Resistenz gegen Cisplatin, Etoposid, Docetaxel und Paclitaxel kultiviert. Proliferationshemmung wurde mit dem WST-1-Assay (Roche) und Apoptose mit dem Cell Death Detection ELISA (Roche) quantifiziert. Alle resistenten Zellen zeigten eine TRAIL-bedingte Proliferationshemmung, die - mit Ausnahme bei der gegen Cisplatin resistenten Zelllinie - allerdings signifikant geringer war als die der parentalen Zellen. Entsprechend ließ sich bei allen resistenten Zelllinien durch TRAIL Apoptose auslösen. Dabei zeigten die Cisplatin-resistenten Zellen das höchste und die Docetaxel-resistenten das niedrigste Ansprechen. TRAIL-resistente Zellen zeigten eine geringere Zytostatika-bedingte Proliferationshemmung und auch Apoptoseinduktion als parentale Zellen. Die bekannt synergistischen Effekte von Zytostatika mit TRAIL und das Ansprechen von Zytostatika-resistenten Zellen auf TRAIL deuten auf dessen Eignung als additives Therapeutikum des Ovarialzellkarzinoms hin.

Abstract

Chemotherapy resistance remains a key problem in the treatment of advanced ovarian cancer. Usage of various drug combinations has been successful to improve therapy response and relapse-free survival. Nonetheless, the majority of ovarian cancers relapse, consecutively developing drug resistance. The combination of TRAIL (TNF-Related Apoptosis Inducing Ligand) and various cytostatic drugs such as platin derivates and taxanes has shown synergistic effects in tissue culture models when cancer cell lines of different origins were treated. Our study was performed to evaluate whether TRAIL can cause apoptosis and/or growth inhibition of chemotherapy-resistant ovarian cancer cell lines. To develop ovarian cancer cell lines with selective drug resistance, the parental cell line HEY was treated with increasing drug concentrations of cisplatin, etoposide, docetaxel, and paclitaxel, respectively. Growth inhibition was evaluated with the formazan-based WST-1 assay (Roche); apoptosis induction was evaluated with the Cell Death Detection ELISA (Roche). All resistant cell lines showed growth inhibition and apoptosis when treated with TRAIL. Apart from the cisplatin-resistant cell line, which responded almost similarly compared to the parental cell line, the TRAIL response of all other resistant cell lines was significantly weaker than of the parental cell line. Cisplatin-resistant cells showed the most, docetaxel-resistant cells the least response. TRAIL-resistant cells showed less growth inhibition as well as less apoptosis than parental cells when treated with different cytostatic drugs. The synergistic effects of cytostatic drugs and TRAIL and the response of chemoresistant ovarian cancer cells to TRAIL suggest TRAIL can be a therapeutic option for the treatment of advanced ovarian cancer.

Ovarialkarzinomzelllinien - Chemotherapieresistenz - Apoptose - TRAIL

Ovarian cancer cell lines - chemotherapy resistance - apoptosis - TRAIL

Literatur

• 1 Reles A, Utz I, Lichtenegger W. Das p 53-Tumorsuppressorgen - prädiktiver Faktor bei Chemotherapie mit Taxanen?.  Geburtsh Frauenheilk. 2003;  63 DOI: 10.1055/s-2003-815161
• 2 Grab D, Flock F, Stöhr I, Rieber A, Nüssle S, Brambs H J, Fenchel S, Reske S N, Kreienberg R. Diagnostische Wertigkeit von Sonographie, Kernspintomographie und Positronenemissionstomographie zur Beurteilung der Dignität von Adnextumoren bei prämenopausalen Patientinnen.  Geburtsh Frauenheilk. 2000;  60 544-552
• 3 Wagner U, Pfisterer J, Jackisch C, Meier W, du Bois A. Neue Hoffnungsträger in der Therapie des Ovarialkarzinoms: Aktuelle Studien zu neuen Therapieansätzen der Studiengruppe Ovarialkarzinom der AGO.  Geburtsh Frauenheilk. 2004;  64 777
• 4 Du Bois A, Luck H J, Meier W, Adams H P, Mobus V, Costa S, Bauknecht T, Richter B, Warm M, Schroder W, Olbricht S, Nitz U, Jackisch C, Emons G, Wagner U, Kuhn W, Pfisterer J. A randomized clinical trial of cisplatin/paclitaxel versus carboplatin/paclitaxel as first-line treatment of ovarian cancer. Arbeitsgemeinschaft Gynäkologische Onkologie Ovarian Cancer Study Group.  J Natl Cancer Inst. 2003;  95 1320-1329
• 5 Ozols R F, Bundy B N, Greer B E, Fowler J M, Clarke-Pearson D, Burger R A, Mannel R S, DeGeest K, Hartenbach E M, Baergen R. Gynecologic Oncology Group. Phase III trial of carboplatin and paclitaxel compared with cisplatin and paclitaxel in patients with optimally resected stage III ovarian cancer: a Gynecologic Oncology Group study.  J Clin Oncol. 2003;  21 3183-3185
• 6 Huober J. Kongressbericht. 3. Tübinger Airport Meeting - Therapie der Mamma- und Ovarialkarzinoms.  Geburtsh Frauenheilk. 2004;  64 212-213
• 7 Du Bois A, Lück H J, Bauknecht T. 2nd-line-Chemotherapie nach Platin- oder Platin-Paclitaxel-haltiger Primärtherapie beim Ovarialkarzinom: eine systematische Übersicht der publizierten Daten bis 1998.  Geburtsh Frauenheilk. 2000;  60 41-58
• 8 Meinhold-Heerlein I, Maass N, Jonat W. Apoptose und Anti-Angiogenese als therapeutische Prinzipien in der gynäkologischen Onkologie.  Der Gynäkologe. 2004;  37 222-229
• 9 Hengartner M O. The biochemistry of apoptosis.  Nature. 2000;  407 770-776
• 10 Deveraux Q L, Reed J C. IAP family proteins-suppressors of apoptosis.  Genes & Development. 1999;  13 239-252
• 11 Kischkel F C, Lawrence D A, Chuntharapai A, Schow P, Kim K J, Ashkenazi A. Apo2 L/TRAIL-dependent recruitment of endogenous FADD and caspase-8 to death receptors 4 and 6.  Immunity. 2000;  12 611-620
• 12 Kim Y, Suh N, Sporn M, Reed J C. An inducible pathway for degradation of FLIP protein sensitizes tumor cells to TRAIL-induced apoptosis.  J Biol Chem. 277 22320-22329
• 13 Ashkenazi A, Pai R C, Fong S, Leung S, Lawrence D A, Marsters S A, Blackie C, Chang L, McMurtrey A E, Hebert A. Safety and antitumor activity of recombinant soluble Apo2 ligand.  J Clin Invest. 1999;  14 155-162
• 14 Keane M M, Ettenberg S A, Nau M M, Russell E K, Liplowitz S. Chemotherapy augments TRAIL-induced apoptosis in breast cell lines.  Cancer Res. 1999;  59 734-741
• 15 Nimmanapalli R, Perkins C L, Orlando M, O'Bryan E, Nguyen D, Balla K N. Pretreatment with paclitaxel enhances apo-2 ligand/tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand-induced apoptosis of prostate cancer cells by inducing death receptors 4 and 5 protein levels.  Cancer Res. 2001;  61 759-763
• 16 Cuello M, Ettenberg S A, Nau M M, Lipkowitz S. Synergistic induction of apoptosis by the combination of TRAIL and chemotherapy in chemoresistant ovarian cancer cells.  Gynecol Oncol. 2001;  31 380-390
• 17 Kim K, Fisher M J, Xu S Q, el-Deiry W S. Molecular determinants of response to TRAIL in killing of normal and cancer cells.  Clin Cancer Res. 2000;  6 335-346
• 18 http://www.gene.com/gene/pipeline/status/oncology/apo2l
• 19 http://www.hgsi.com
• 20 Buick R N, Pullano R, Trent J M. Comparative properties of five human ovarian adenocarcinoma cell lines.  Cancer Res. 1985;  45 3668-3676
• 21 Almasan A, Ashkenazi A. Apo2 L/TRAIL: apoptosis signaling, biology, and potential for cancer therapy.  Cytokine Growth Factor Rev. 2003;  14 337-348
• 22 Tomek S, Horak P, Pribill I, Haller G, Rossler M, Zielinski C C, Pils D, Krainer M. Resistance to TRAIL-induced apoptosis in ovarian cancer cell lines is overcome by co-treatment with cytotoxic drugs.  Gynecol Oncol. 2004;  94 107-114
• 23 Vignati S, Codegoni A, Polato F, Broggini M. TRAIL activity in human ovarian cancer cells: potentiation of the action of cytotoxic drugs.  Eur J Cancer. 2002;  38 177-183
• 24 Kaufmann S H, Earnshaw W C. Induction of apoptosis by cancer chemotherapy.  Exp Cell Res. 2000;  256 42-49
• 25 Lancaster J M, Sayer R, Blachette C, Calingaert B, Whitaker R, Schildkraut J, Marks J, Berchuck A. High expression of tumor necrosis factor-related apotosis-inducing ligand is associated with favourable ovarian cancer survival.  Clin Cancer Res. 2003;  9 762-766
• 26 Arts H J, de Jong S, Hollema H, ten Hoor K, van der Zee A G, de Vries E G. Chemotherapy induces death receptor 5 in epithelial ovarian carcinoma.  Gyncol Oncol. 2004;  92 794-800
• 27 Lane D, Cartier A, L'Esperance S, Cote M, Rancourt C, Piche A. Differential induction of apoptosis by tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand in human ovarian carcinoma cells.  Gynecol Oncol. 2004;  93 594-604
• 28 Frankfurt O S, Krishan A. Apoptosis enzyme-linked immunosorbent assay distinguishes anticancer drugs from toxic chemicals and predicts drug synergism.  Chem Biol Interact. 2003;  145 89-99
• 29 Ozoren N, Fisher M J, Kim K, Liu C X, Genin A, Shifman Y, Dicker D T, Spinner N B, Lisitsyn N A, El-Deiry W S. Homozygous deletion of the death receptor DR4 gene in a nasopharyngeal cancer cell line is associated with TRAIL resistance.  Int J Oncol. 2000;  16 917-925
• 30 Abdollahi T, Robertson N M, Abdollahi A, Litwack G. Identification of interleukin 8 as an inhibitor of tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand-induced apoptosis in the ovarian carcinoma cell line OVCAR3.  Cancer Res. 2003;  63 4521-4526