1 1 Einleitung 1.1 Hodentumoren 1.1.1 Epidemiologie In der

1
Einleitung
1.1
Hodentumoren
1.1.1
Epidemiologie
In der männlichen Bevölkerung sind Keimzelltumoren mit einer Inzidenz von einem
Prozent seltene Tumoren, stellen aber zwischen dem 15. und 45. Lebensjahr den
Hauptanteil35. Gesicherte Prädispositionsfaktoren sind testikuläre Entwicklungsstörungen
(Kryptorchismus, Maldeszensus) und ein anamnestisch kontralateral sowie familiär
aufgetretener Hodentumor30. Darüber hinaus werden Anomalien der Spermatozyten,
rassische
und
geografische
Besonderheiten70,
pränatale
Traumata
und
Östrogeneinwirkungen, Umwelt- und Ernährungsfaktoren sowie genetische Veränderungen
als Einflussfaktoren diskutiert46,89.
1.1.2
Genese
Die Tumorgenese vollzieht sich in mehreren Abschnitten über einen Zeitraum von Jahren bis
Jahrzehnten, wobei aufgrund der Häufigkeitsspitze des männlichen Keimzelltumors im frühen
Lebensabschnitt die initialen Ereignisse bereits intrauterin oder in den ersten Lebensjahren
vermutet werden70. Abbildung 1.1 zeigt die Entstehungshypothese der verschiedenen
Tumorarten aus der gemeinsamen Vorstufe, der testikulären intraepithelialen Neoplasie
(TIN)46.
Primordiale
Keimzelle
Initiation: Genetische Faktoren, Epigenetische Phänomene,
Umweltfaktoren (Karzinogene, Viren, Mutation)
Promotion: Verlust der genomischen Prägung
Primordiale
Keimzelle*
Primordiale
Keimzelle**
Progression: Aneuploidisierung; Verluste in Chromosomen 11, 13, 18;
Amplifikationen in Chromosomen 7, 8, 12, X
Seminom
TIN (3-4 N)
ChorionCa
Extraembryonales Gewebe
YolksacTumor
Embryonales
Karzinom
Reifes
Teratom
Embryonales
Gewebe
Spermatozytisches
Seminom
Unreifes
Teratom
Abbildung 1.1: Pathogenese der Keimzelltumoren (*/**: zunehmende maligne Veränderung)
Bekannte, möglicherweise pathogenetisch relevante Faktoren sind42,46,70,89,109:
-
Überexpression von Abschnitten auf den Chromosomen 12p und 17q mit
Überexpression
dort
lokalisierter
Onkogene
und
Senkung
der
Apoptosefähigkeit
1
-
Tumorsuppressorinaktivierung durch Allelveränderung nach „Loss of
Heterozygoty“ (LOH; Nachweis für Suppressoren auf p18 und p19)
-
Polyploidisierung des Genoms
-
Inaktivierung des Tumorsuppressors Rb, nicht durch Mutation, sondern
wahrscheinlich durch
o Inhibition von Transkription und/oder Translation
o Überexpression von Cyclin D, möglicherweise durch benachbarte
Lokalisation zu aktivierten Abschnitten im Chromosom 12
Folgen: Mangelhafter Zellzykluscheck in G1-Phase
Die in der Mehrzahl (ca. 60%) aller humanen Tumoren vorliegende Mutation des zentralen
Tumorsuppressors p53 liegt im männlichen Keimzelltumor nicht vor, jedoch scheint der
Gehalt an wt-p53 keinen Einfluss auf das Outcome zu haben78. Vielmehr wird vermutet,
dass sich das p53-Molekül während der Tumorgenese inaktiv verhält, durch zugegebene
Chemotherapeutika aktiviert und damit die Apoptose eingeleitet wird71. Eine schematische
Zusammenhangsdarstellung der genannten pathogenetischen Faktoren sowie weiterer,
später erwähnten Faktoren zeigt Abbildung 1.25,38,62,69.
Abbildung 1.2: Einflussfaktoren in der Pathogenese der Keimzelltumoren
1.1.3
Therapie
Mit Heilungsraten von über 80% gilt der männliche Keimzelltumor als eines der am besten
behandelbaren Malignome. Dies ist der Entdeckung der zytotoxischen Wirkung von Cisplatin
2
zuzuschreiben, welches seit 1974 in der Tumortherapie eingesetzt wird. Davor galten
Remissionsraten von 50% und Komplettheilungsraten von 10% als realistisch35.
Die derzeitige Therapiestrategie richtet sich nach der Histologie und dem Stadium des
Tumors sowie individuellen Risikofaktoren und unterscheidet generell die Behandlung von
Seminom und Nichtseminom. Dabei werden Chemotherapie, Radiotherapie und Chirurgie
eingesetzt108. Klinische Studien untersuchen darüber hinaus die Effizienz neuer
Platinderivate
sowie
primärer
Hochdosischemotherapien
bei
cisplatinrefraktären
Tumoren56,114.
1.2
Zytotoxische Therapie mit Platinderivaten
Der klassische Endpunkt der Therapie mit zytotoxischen Stoffen ist die Induktion der
Apoptose, die histologisch durch Chromatin-Aggregation, Zytoplasma- und nukleäre
Kondensation und Bildung phagozytierbarer apoptotischer Körperchen (apoptotic bodies)
charakterisiert wird101. Intrazellulär finden sich pro- und antiapoptotische Faktoren, deren
Verhältnis das Zellschicksal in Abhängigkeit von Art und Schwere der Zellschädigung
bestimmt.
Die
Apoptose
ist
ein
physiologischer,
ATP-abhängiger
Vorgang
zur
Aufrechterhaltung der Gewebshomöostase, sowohl während der Embryonalentwicklung als
auch nach irreversiblem Zellschaden im adulten Körper. Die fehlende Beeinflussung des
umgebenden Gewebsmilieus unterscheidet sie von der Nekrose und macht sie interessant für
die Tumortherapie128. Voraussetzung ist die Intaktheit zellulärer Systeme zur Erkennung und
Reparatur von Schädigungen sowie die Effektorsignale der Apoptosekaskade. Die exakten
Abläufe der Apoptose bei Chemotherapie sind Gegenstand der wissenschaftlichen Forschung.
1.2.1
Cisplatin
1.2.1.1
Pharmakokinetik, Pharmakodynamik, Einsatzgebiete
Abbildung 1.3: Cisplatin (links) und Oxaliplatin (rechts)
Cisplatin (Abbildung 1.3) als das klassische Platinderivat ist eines der am häufigsten
eingesetzten Chemotherapeutika, welches v.a. in Kombinationen für verschiedene Tumoren
gute bis exzellente Ansprechraten erzielt40. Die erstmalige Synthese gelang 1844, die
3
sterische Analyse 1892, die Entdeckung seiner antiproliferativen Eigenschaften 1965 durch
Rosenberg. Seit Beginn der siebziger Jahre des vergangenen Jahrhunderts ist Cisplatin in die
Chemotherapie
verschiedener
Tumoren
integriert64.
Besonders
wirksam
und
prognosebestimmend ist Cisplatin in der Therapie von Keimzelltumoren.
Die zelluläre Aufnahme erfolgt überwiegend durch passive Diffusion sowie zusätzlich mittels
energieabhängigen erleichterten Transportes54. Intrazellulär reagiert es nach Dissoziation der
Chlorid-Ionen elektrophil mit protein- und DNA-assoziierten Gruppen. Durch kovalente
Bindung an Cystein-Reste in Glutathion (GSH) und Metallothioneinen (MT) wird Cisplatin
inaktiviert und energieabhängig der Exozytose zugeführt52,90.
Das für den zytotoxischen Effekt wahrscheinlich wirkentscheidende DNA-Addukt bildet nur
1% der zellulär aufgenommenen Stoffmenge42,78,90. Weitere intrazelluläre Bindungsstellen
sind RNA, Proteine, Phospholipide, Zytoskelett und schwefelhaltige Moleküle128.
Durch Bindung an Position N7 des Imidazolrings der Purinbasen kommt es zur Ausbildung
verschiedener Inter- und Intrastrang-DNA-Addukte. Entscheidend sind die Intrastrang-1,2GG-Läsionen, die weniger toxische Platinderivate nicht zu bilden vermögen52,54,90,99. Diese
Schädigung wird durch verschiedene Proteinsysteme erkannt: Nukleotidexzisionsreparatur
(NER), Mismatchreparatur (MMR), DNA-abhängige Proteinkinasen (DNA-PK) und „High
mobility group“-Proteine (HMG)42. Nur die NER entfernt die gebildeten Addukte
effektiv18,100.
Hauptwirkungen von Cisplatin sind Apoptoseauslösung und Beeinflussung der Transkription.
Die zur Apoptose führenden Mechanismen sind noch weitgehend ungeklärt. Eine
DNA-Distorsion wird durch ein HMG-Molekül erkannt90, was die NER-Bindung und damit
die Reparatur der entstandenen Läsion beeinträchtigt9,93,96. Die persistierenden Komplexe
bedingen eine Aktivierung der MMR mit Einleitung des Zellzyklusstopps19,35,83,86,123.
Haupteffektor ist dabei das Tumorsuppressorprotein p53, das nach DNA-Schädigung durch
posttranslationale Phosphorylierung durch Kinasen aktiviert wird41. Ein Zellzyklusstopp kann
am G1/S- und am G2/M-Checkpunkt erfolgen52,54,90. Effektoren der finalen Apoptosestrecke
sind Kaspasen, spezielle Proteasen, die durch Substratspaltungen das Zellklima zu Gunsten
einer Autodestruktion verändern17.
Die Inhibition von Transkriptionsfaktoren durch DNA-schädigende Agenzien wird schon
länger diskutiert. Das TATA-Box-bindende Protein (TBP), ein Transkriptionsfaktor für
4
Polymerasen, und auch HMG-gekoppelte Transkriptionsfaktoren sind mit Intrastrangläsionen
assoziiert und werden inaktiviert. Insgesamt scheint die Hemmung der Bildung ribosomaler
RNA durch RNA-Polymerase I effizienter zu sein als die mit der DNA-Polymerase II
gekoppelten Gene, was eine präferentielle Wirkung des Cisplatin in schnell proliferierenden
Geweben erklären könnte52.
Aktueller Gegenstand der Grundlagenforschung ist die Bedeutung der intrazellulären
Bindungen, die Cisplatin als elektrophiles Molekül eingeht, für seine zytotoxische Wirkung.
1.2.1.2
Behandlungsprobleme, Entwicklung neuer Produkte
Die Hauptprobleme in der klinischen Anwendung von Cisplatin ergeben sich durch vielfältige
unerwünschte Wirkungen sowie Resistenzentwicklungen. Limitierende Nebenwirkungen
treten bereits bei Einzeldosen auf und erklären sich u.a. durch Plasmaproteinbindung des
Moleküls sowie intrazelluläre Speicherung in renalen Tubuluszellen und Erythrozyten.
Wesentliche Nebenwirkungen und mögliche Gegenmaßnahmen sind in Tabelle 1.1
aufgeführt54,55,90,92.
Tabelle 1.1: Nebenwirkungen der Cisplatintherapie
Häufigkeit
Gegenmaßnahmen
Nausea, Erbrechen
+++
Glukokortikoid + 5-HT3-Antagonist
Nephrotoxizität
+++
Aggressive Hydratation, Mannitol-Infusion
Ototoxizität
++
Medikamentenwechsel auf Carboplatin
Neurotoxizität
+
Myelodepression
+
Arrhythmien
(+)
Pankreatitis
(+)
Glukose-Intoleranz
(+)
1.2.2
Oxaliplatin
1.2.2.1
Pharmakokinetik, Pharmakodynamik
Durch Entwicklung neuer Platinderivate entstanden die DACH-Moleküle, in denen ein 1,2Diaminocyclohexanring substituiert ist. Als klinisch attraktiv aus dieser Gruppe gilt
Oxaliplatin (Abbildung 1.3)64,88,99. Der Einsatz ist momentan beim kolorektalen Karzinom,
beim metastasierten Ovarialkarzinom sowie innerhalb von Studien bei verschiedenen anderen
Tumoren indiziert 22,56,107.
5
Der Mechanismus der intrazellulären Aktivierung ist noch unklar, Voraussetzung scheint die
extrazelluläre Dissoziation der Cl--Ionen zu sein. Hinsichtlich Zellaufnahme, Aktivierung,
Kontrolle durch GSH und MT sowie DNA-Bindung und Reparatur durch die NER ähnelt es
Cisplatin. Die Sperrigkeit und Hydrophobie des Substituenten bedingen jedoch drei
wesentliche Unterschiede: Bei Verwendung äquimolarer Mengen finden sich geringere
intrazelluläre Stoffkonzentrationen, intrazelluläre Reaktionen erfolgen langsamer, und die
Proteininteraktionen sind mit ca. 80% der intrazellulären Stoffmenge höher als bei
Cisplatin29,99,104,128. Weitere Unterscheidungsmerkmale sind:
-
Höhere
Einzelstrangbruch-Frequenz
und
gesteigerte
Toxizität129,
möglicherweise durch vermehrte Proteininteraktionen
-
Keine Aktivierung des MMR-Systems83,99,106
-
Fehlende Kreuzresistenz in cisplatinresistenten Zellen des kolorektalen
Karzinoms und des Ovarialkarzinoms22,97
Die Apoptoseinduktion durch Oxaliplatin ist aktueller Forschungsgegenstand, sie scheint nach
momentanem Wissensstand hauptsächlich über den intrinsischen Apoptoseweg zu erfolgen3.
1.2.2.2
Behandlungsprobleme
Im Vergleich zu Cisplatin ist die Verträglichkeit von Oxaliplatin insgesamt besser.
Therapeutisch relevant sind eine reversible sensorische Neuropathie in akuter Früh- und
kumulativer Spätform, gastrointestinale Störungen sowie Neutro- und Thrombozytopenien16.
1.3
Zytostatikaresistenzmodelle in vitro
1.3.1
Generelles
Während einer chemotherapeutischen Behandlung treten oftmals mit zunehmender
Behandlungsdauer partielle bis komplette Resistenzen auf, welche die Hauptgründe für ein
sind14.
Behandlungsversagen
Unterschieden
Resistenzmechanismen.
Zu
Zugänglichkeit
mangelhafter
wegen
den
werden
nichtzellulären
nichtzelluläre
zählen
Durchblutung
und
vor
die
allem
und
zelluläre
eine
schlechte
Stoffinaktivierung
im
extrazellulären Milieu60. Die zellulär bedingten Mechanismen, die durch veränderte oder
verändert
regulierte
Merkmalsselektion
Zellproteine
während
der
bedingt
Therapie
sind,
und
entstehen
durch
durch
erhaltene
Mutation
Merkmale
sowie
des
Ursprungsgewebes. Zytostatikaresistenzen sind vielschichtige Vorgänge. Jeder Tumor
entwickelt ein individuelles Resistenzprofil aus internen und externen Faktoren87. Die
multifaktoriellen Mechanismen der Entwicklung resistenter Phänotypen sind bisher unklar.
6
Tabelle 1.2: Mechanismen der Zytostatikaresistenz und ausgewählte
Beispiele1,6,25,27,31,54,67,75,87,88,90,117,119
Transport
Mechanismus
Erläuterungen, Beispiele
Membrangebundene Transporter;
Physiologische Funktionen in
Energieabhängiger Stoff-Efflux;
sezernierenden und Grenzgeweben,
(ABC-Transporter)
Vermittlung pleiotroper Resistenz in
Tumoren durch erhöhten Efflux; z.B.:
MDR, MRP, LRP, Pgp 170
Veränderung der
Verschiebung des Gleichgewichtes Inhibition der proapoptotischen
Apoptosefähigkeit
zwischen pro- und
Funktion von p53; Upregulation
antiapoptotischen Einflüssen zu
proapoptotischer Bcl-2-Proteine;
Gunsten der Apoptose-Inhibition
Expression funktionsloser Apoptose-
durch Mutation oder Inhibtion
Rezeptoren in Membran, CeramidInhibition
Verschiebung des
Vermehrung von Redoxsystemen,
Redoxstatus durch
Verhinderung der Apoptose durch
Überexpression von
ROS; bessere Inaktivierung
Enzymen
zytotoxischer Substanzen
Enzymdownregulation
Inhibition von DNA- und
MT, GSH, GST, DHFR, PKA, PKC
Topoisomerasen, Kaspasen, PARP
Zellschädigung bei Apoptose
Erhöhte DNA-
Entfernung von Schädigungen aus
Reparatur
DNA zur Verhinderung des
NER, HMG, DRP
Replikationsstopps
Erhöhte
Toleranz replikationsinhibierender Verminderte Expression der MMR,
Schadenstoleranz
Dann Addukte, kein Zyklusstopp
erhöhter Replikationsbypass
Bevorzugte Reparatur
Vorrang der Reparatur in auf
Mechanismus und Wertigkeit unklar;
von Genloci für
Zellproliferation und
widersprüchliche Berichte über
Zellentwicklung
Zyklusdurchlauf bestimmenden
Toxizitätssteigerungen bei Hemmung
Genabschnitten
von Polymerasen
Erhöhte
Verschiebung des zellulären
Jun, Fos, Myc, Ras, IGF, IGFR,
Onkogenexpression
Gleichgewichts in Richtung
EGFR, HSP, c-erB-2
Proliferation; Aktivierung
nachfolgender Proteine und Gene
7
Tabelle 1.2 fasst derzeit bekannte, allgemeine Resistenzmechanismen zusammen. Dabei
bilden mehrere Mechanismen die Resistenz gegen einen Stoff bzw. als pleiotrope Resistenz
(Multi drug resistance, MDR) gegen verschiedene Stoffe1,6,25,27,31,35,54,67,75,88,90,117,119. Als für
Hodentumoren wichtigste Resistenzmechanismen werden derzeit diskutiert51:
-
Verminderung der Stoffakkumulation durch Inaktivierung und Exozytose
-
Erhöhte DNA-Reparatur (NER) und erhöhte Schadenstoleranz (MMR-Defekt,
p53-Defekt)
-
Reduzierte Apoptosesuszeptibilität durch Mutation der Effektorkaskaden und
Transformation von Wachstumsfaktoren zu Onkogenen (EGFR).
1.3.2
Platinresistenzen
Die Mechanismen der Cisplatinresistenz werden eingeteilt in eine reduzierte DNA-Bindung
und eine inhibierte Wirkung nach DNA-Bindung54. Sie wurden durch in vitro
Untersuchungen beschrieben. Spezifische Mechanismen der Oxaliplatinresistenz sind bisher
noch nicht eindeutig identifiziert. Es sind vereinzelt Zelllinien mit spezifischen, in vitro
erzeugten Oxaliplatinresistenzen beschrieben worden45,109,117.
1.3.2.1
Platinresistenz: Reduktion der DNA-Bindung
1.3.2.1.1 Influx, Efflux
Der zelluläre Influx wird durch Inhibition der membranständigen Na+/K+-ATPase gesenkt, so
dass die Beteiligung energieabhängiger Prozesse anzunehmen ist54. Gleichzeitig wird eine
Reduktion des Platineffluxes durch Ca2+-Kanalblocker beschrieben26. Transmembranöse
ATP-abhängige Transporter können auf diese Weise in ihrer Funktion beeinträchtigt werden.
Mehrfach wurde in platinresistenten Zellen die Expression von den ABC-Transportern LRP,
MRP, PgP und cMOAT beschrieben, deren Stellenwert jedoch unklar ist54,57,124. Erst kürzlich
konnten Verbindungen zwischen der vermehrter Aktivität von Kupferinflux- (CTR1) sowie
Kupfereffluxproteinen (ATP7A/B) und einer erhöhten Cisplatin- und Oxaliplatinresistenz
gezeigt werden104. Man findet bei den meisten in vitro als platinresistent beschriebenen
Kulturen eine Abnahme des intrazellulären Stoffgehaltes um bis zu 75%54.
1.3.2.1.2 Stoffinaktivierung
Die hemmende Wirkung von GSH und MT bei der Platinaktivierung wurde bereits
beschrieben. Deren Überexpressionen und ihrer angeschlossenen Enzyme wie der GlutathionS-Transferase (GST) können mit Resistenzen assoziiert sein. Aufgrund teilweise
widersprüchlicher
Publikationen
ist
die
Wertigkeit
dieses
Vorgangs
jedoch
unklar23,24,27,34,54,90,98,110.
8
In diesem Punkt scheint es zwischen Oxaliplatin und Cisplatin keine Unterschiede zu geben,
werden doch beide auf diese Weise erkannt und gebunden79,98,117.
1.3.2.2
Platinresistenz: Inadäquate Wirkung
1.3.2.2.1 Gesteigerte DNA-Reparatur
Cisplatin und Oxaliplatin werden durch die NER mit gleicher Effektivität100 und unabhängig
von der Zellzyklusphase aus der DNA entfernt9. Erhöhte Aktivitäten verschiedener NERBestandteile (XPA, ERCC) bewirken Cisplatinresistenzen45,90, die außerordentliche
Sensibilität von Hodentumoren scheint u.a. durch einen geringen NER-Gehalt erklärbar36,45,90.
Diskutiert wird dabei eine präferentielle Entfernung der Interstrangbrüche aus Genabschnitten
mit hoher Transkriptionsrate, wodurch vermutlich vorrangig für das Zellüberleben wichtige
Genabschnitte saniert werden19,26,54.
Verminderte Expressionen von HMG-Proteinen wurden in Hefezellen mit erhöhter Resistenz
in Verbindung gebracht. Dadurch wäre der Zugriff der NER auf die Addukte und damit deren
Entfernung
erleichtert54.
Umgekehrt
wird
ein
Zusammenhang
zwischen
erhöhten
Sensitivitäten gegenüber Cisplatin und verminderter Aktivität der NER58 sowie erhöhter
Aktivität der HMG-Proteine gesehen44.
1.3.2.2.2 Erhöhte Schadenstoleranz
Ein anderer Weg zur Erkennung, nicht jedoch Beseitigung von DNA-Schäden, führt über die
MMR durch die Kontrolle bereits synthetisierter DNA-Abschnitte10. Mutationen und
Inaktivierungen
der
MMR-Proteine
hMSH1,
hMSH2
und
hMLH1
führen
zur
Mikrosatelliteninstabilität (MSI), einer Veränderung kurzer repetitiver DNA-Abschnitte nach
Spontanmutationen, die mit erhöhtem p53-Verlust assoziiert ist29,37,37,61,73,77,83,117. Es kommt
zum Fortgang der DNA-Replikation trotz eingebauter Platinmoleküle, einem erhöhten
replikativen Bypass2. Dies beinhaltet folgende Konsequenzen: Erhalt der DNA-Integrität;
Behinderung der Aktivierung von Schädigungssensoren und der konsekutiven Einleitung des
Zyklusstopps19,52; Erhöhung der NER-Aktivität im Läsionsbereich (siehe 1.3.2.2.1).
Langfristig wird die Initiation mutagener Prozesse erleichtert. Die Überexpression der
genannten Proteine dagegen erhöht die Apoptosefrequenzen132.
Aufgrund der fehlenden Erkennung von Oxaliplatinaddukten durch die MMR ist die Aktivität
von Oxaliplatin unabhängig von einer MMR-Mutation
37,98,106,131
. Erhöhte Bypassfrequenzen
an sowohl durch Cisplatin als auch durch Oxaliplatin gebildeten Addukten können ebenfalls
9
durch erhöhte Aktivitäten der DNA-Polymerasen β, γ und ε beobachtet werden und zur
Resistenz gegen beide Stoffe führen116.
1.3.2.2.3 Veränderungen der Apoptosekaskade
Die Rolle veränderter Apoptoseinduktion als Resistenzfaktor nach DNA-Schädigung durch
Cisplatin ist derzeit noch nicht abschließend geklärt. Einen vereinfachten Überblick über
bekannte Zusammenhänge liefert Abbildung 1.48,94,103,118,130.
Zellstress
Strahlung/Platintherapie
DNA-Schäden
Membraneffekte
Intrinsischer Weg via Mitochondrium
DRP
Extrinsischer Weg via
membranöse DR
Signalintegration
p53*
Effektorkaspasen
Zyklusarrest
Reparatur
Apoptose
Abbildung 1.4: Zellreaktionen auf Stresseinwirkung (* aktiviertes Molekül)
Das intrazelluläre Gleichgewicht von pro- und antiapoptotischen Faktoren kann beidseitig
verschoben sein. Eine Stressreaktion leitet die Apoptose ein. Mutationen und Selektionsdruck
durch Radio- und Chemotherapie können zur Ausbildung antiapoptotischer Phänotypen und
Resistenzbildung führen. Verminderte Expressionen oder Mutationen der proapoptotischen
p53-Kaskade und Überexpression von antiapoptotischem Bcl-2 in cisplatinresistenten Zellen
wurden durch mehrere Arbeitsgruppen beschrieben24,72,77,88. Es gibt jedoch ebenfalls Berichte
über Toxizitätssteigerungen nach p53-Verlust, die durch schnelleren Zelldurchlauf, fehlende
Reparation, kumulativ angehäufte Schäden und damit unabwendbaren Zelltod nach weiteren
Zyklen erklärt werden91. Auch durch Inhibition20 oder Expressionsminderung33 der als
Apoptoseeffektoren wirkenden Kaspasen zeigten sich Resistenzsteigerungen33,82.
10
1.3.2.2.4 Veränderungen der Onkogenexpression
Neben bereits beschriebenen Resistenzfaktoren beeinflussen veränderte Onkogenexpressionen
die Wirksamkeit der Platinbehandlung. Dabei kann die Formierung von DNA-Addukten
gehemmt, die Toleranz der induzierten DNA-Schäden erhöht und die zelluläre Bereitschaft
zur Apoptose vermindert werden27. Für die Vielzahl hierbei beschriebener Moleküle
existieren aber heute Veröffentlichungen mit unterschiedlichen Ergebnissen42. Dies erschwert
den Überblick und die Bildung grundsätzlicher Aussagen.
Hauptaugenmerk gilt den frühzeitig nach DNA-Schädigung aktivierten Genen c-myc, c-jun
und c-fos. Das Heterodimer aus fos und jun, AP-1, fungiert als Promotor verschiedener Gene,
deren Überexpression mit Resistenzen in Verbindung gebracht wurden: MDR-1, PKC, c-myc,
Topoisomerase u.a. Die Bildung von AP-1 wird mittels posttranslationaler Phosphorylierung
durch verschiedene MAP-Kinasen gesteuert, die durch intranukleäre Signale (DNASchädigung) und extranukleäre Signale (Membranschäden, Transmitter, Wachstumsfaktoren,
Chemotherapeutika) aktiviert werden können. Im Zusammenhang mit der Platinresistenz
werden Membranrezeptoren wie EGFR81, IGFR sowie RAS und die Tyrosinkinase c-kit als
Aktivatoren der MAP-Kinasen diskutiert. Im Zuge der veränderten Onkogenexpression kann
es zur Beeinflussung der p53-Kaskaden sowie der intrinsischen und extrinsischen
Apoptosewege kommen.
1.3.2.3
Selektion von platinresistenten Zelllinien
Zur Resistenzerzeugung wird die zytotoxische Tumorbehandlung experimentell rekonstruiert
und das Antwortmuster sowie die molekularen Veränderungen der Zellkulturen beobachtet.
Durch diesen Selektionsdruck konnten für Cisplatin und Oxaliplatin in eine Vielzahl von
Resistenzerzeugungen, aber auch Sensibilisierungen beschrieben werden32,45,63,109,110. Andere
Möglichkeiten bieten Untersuchungen intrinsisch resistenter Zelllinien, wie solche des
hereditären nichtpolypösen kolorektalen Karzinoms2, von Ovarialtumoren92 oder der
Keimzelltumorlinie 1411 HP82.
Eine weitere Möglichkeit ist die Zellbestrahlung. Ionisierende Strahlung und Platintherapie
führen zu ähnlich schweren DNA-Läsionen und rufen vergleichbare molekulare
Stressreaktionen hervor (siehe Abbildung 1.5). In vitro durch Bestrahlung erzeugte
Resistenzen gegen Cisplatin wurden in verschiedenen
33
Zellkulturen beschrieben26,33,49,50.
Durch Bestrahlung generierte Oxaliplatinresistenzen sind bisher nicht gezeigt worden. Auch
zeigen die meisten Experimente eine fehlende Kreuzresistenz gegenüber Oxaliplatin in
11
cisplatinresistenten Linien, nur in einigen Fällen wurde eine höhere Oxaliplatinresistenz
beschrieben97.
1.3.2.4
Probleme in vivo
Laborexperimente dienen zum besseren Grundlagenverständnis, können jedoch nicht mit den
Verhältnissen im Patienten gleichgesetzt werden. Insgesamt ist der prädiktive Wert von in
vitro-Untersuchungen in Abhängigkeit vom verwendeten Modell unterschiedlich statistisch
eingeschränkt. In vitro-Untersuchungen eignen sich dagegen gut zur Beschreibung
molekularer Mechanismen. Momentan werden als relevante Faktoren für Cisplatinresistenz
das GSH, die Reparaturerhöhung durch die NER, die Schädigungstoleranz durch
Minderexpression der MMR sowie Veränderungen der Apoptoseinduktion diskutiert,
Untersuchungen anderer Faktoren ergaben widersprüchliche Ergebnisse34,40,102.
Klinische Ansätze zur Verminderung von Therapieresistenzen sind27,98:
-
Dosiserhöhung unter Einsatz autologer Stammzelltransfers
-
Alternative Applikationsformen
-
Therapiekombinationen
-
Nebenwirkungsbehandlung
-
Inhibierung bekannter Resistenzmechanismen
1.4
o
Effluxverminderung
o
Glutathiondepletion
o
Aktivitätsminderung der Polymerasen
Entwicklung potenterer und verträglicherer Derivate
Möglichkeiten der Radiochemotherapie und der fraktionierten Radiotherapie
Die Radiotherapie ist eine weitere Alternative der multimodalen Tumortherapie. Eine hohe
Sensibilität auf Bestrahlung zeigen schnellproliferierende Gewebe wie das hämatopoietische
System, testikuläres und renales Gewebe, das Intestinum sowie die Epidermis. Ein geringeres
Ansprechen findet sich in langsam wachsenden, soliden Tumoren122. Problematisch ist die
fehlende Selektivität zwischen normalem und malignem Gewebe. Zur Erhöhung der
therapeutischen Anwendungsbreite gibt es mehrere Möglichkeiten, wobei physikalische und
biologische Faktoren unterschieden werden (Tabelle 1.3)125.
12
Tabelle 1.3: Strategien zur Erhöhung der Therapeutischen Effizienz der Strahlentherapie
Physikalische Möglichkeiten
Biologische Möglichkeiten
Lagerung/Immobilisierung des Patienten
Fraktionierung
Verbesserte Bildgebung
Oxygenierung
Effektivere Bestrahlungsplanung
Response-Modifier Tumor/Normalgewebe
Bessere Bestrahlungstechnik
Radiochemotherapie
Strahlenqualitäten
Radiogentherapie
1.4.1
Radiochemotherapie mit Cisplatin/Oxaliplatin
Die Rationale dieser Therapieoption ist die Ergänzung zytotoxischer bzw. zytostatischer
Effekte bei unterschiedlichen Nebenwirkungsspektren. Dadurch wird zwar nicht die Toleranz
im Vergleich zur jeweiligen Monotherapie gesenkt, allerdings verstärken Platinaddukte als
Radiosensitizer die Strahlenwirkung so, dass Radioresistenzen überwunden werden können.
Als Mechanismen werden diskutiert125:
-
Erhöhung der intrinsischen Radiosensibilität
-
Reparaturhemmung bestrahlungsinduzierter DNA-Schäden
-
Zellzyklussynchronisation
-
Reoxygenierung der Tumorzellpopulation
Als Mechanismus der Sensibilitätssteigerung durch Platinaddukte wird u.a. eine
Reparaturbehinderung angenommen. Ionisierende Bestrahlung provoziert eine Vielzahl an
Veränderungen in der DNA der Zielzellen, die häufigsten sind Basenaustausch,
Einzelstrangbruch (SSB) und Doppelstrangbruch (DSB)65. Diese werden durch Kinasen wie
ATM-Kinasen und die Poly(ADPribosyl)-polymerase (PARP) erkannt, was zur p53Aktivierung und zum Zellzyklusstopp führen kann36. Mit Ausnahme des DSB erfolgt eine
schnelle Reparatur dieser Schädigungen. Durch multiple SSBs, die normalerweise sowohl
nach Cisplatingabe als auch nach alleiniger Bestrahlung effektiv und schnell beseitigt werden,
wird die Reparaturfähigkeit der Zelle behindert und überlastet. Diese irreparablen Schäden
bedingen den erleichterten Zelltod (Abbildung 1.5)47. Klinisch macht man sich diesen Effekt
durch eine kombinierte Radiochemotherapie zu Nutze. Aufgrund der relativ hohen Toxizität
einer Cisplatintherapie werden zunehmend andere Platinderivate wie Oxaliplatin als
Radiosensitizer eingesetzt21.
13
CDDP-Addukt
SSB nach Bestrahlung
Reparatur
Reparatur
Irreparable
Schädigung
Zelltod
Abbildung 1.5: Interaktionsmodell Cisplatin/Bestrahlung, Einzelschädigung mit jeweils
hoher Reparaturwahrscheinlichkeit, Kombination mit Einschränkung der
Reparatur und Zelltod
1.4.2
Fraktionierung der Bestrahlung
Die Fraktionierung nutzt Unterschiede in der Erholungsdauer zwischen Geweben mit
unterschiedlicher Wachstumsgeschwindigkeit aus. Die Gesamtstrahlendosis wird aufgeteilt
und täglich oder als Hyperfraktionierung (Reduzierung der Einzeldosis mit Erhöhung der
Gesamtdosis oder Verlängerung der Behandlungszeit) mehrfach täglich appliziert. Dabei
werden Gewebeschäden durch die Erniedrigung der Einzeldosen verringert. Gewebe mit
langsamer Wachstumsgeschwindigkeit (Normalgewebe) erhalten so die Möglichkeit,
anfallende Schädigungen adäquat zu beheben. Schnell wachsende Gewebe wie Tumoren oder
Stammzellen profitieren wegen des schnelleren Zellzyklusdurchlaufes und der dadurch
bedingten Verkürzung der Reparaturzeit nicht von diesem Erholungseffekt. Die Folge ist eine
Akkumulation von Zellschäden, die den Zelltod hervorrufen. Die genauen Ursachen dieses
Phänomens sind allerdings noch nicht hinreichend geklärt125.
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