TY  - THES
A1  - Niewidok, Natalia
T1  - Modulation of radiosensitivity of human tumor and normal cells by inhibition of heat shock proteins Hsp90 and Hsp70
T1  - Modulation der Strahlenempfindlichkeit humaner maligner und nicht-maligner Zellen mittels Inhibition der Hitzeschockproteine Hsp90 und Hsp70
N2  - Cancer is the leading cause of death in economically developed countries (Jemal et al. 2011). Heat shock protein 90 can be a promising target in cancer treatment as it is responsible for sustaining protein homeostasis in every human cell by folding and activating of more than 200 client proteins (Picard et al. 2002). Apart from strong anti-tumor activities in vitro (Smith et al. 2005) and in vivo (Supko et al. 1995), Hsp90 inhibitors can sensitize tumor cells to radiation (Bisht et al. 2003, Stingl et al.2010, Schilling et al. 2011). Recently, our group showed the radiosensitizing potential of novel Hsp90 inhibitors: NVP-AUY922 and NVP-BEP800 (Stingl et al. 2010). The drugs were administered to cancer cell lines of different origin 24 hours before irradiation (drug-first treatment). In the present work, we explored the effects of a schedule other than drug-first treatment on A549 and SNB19 tumor cell lines. Cell samples were treated with either NVP-AUY922 or NVP-BEP800 one hour before IR and kept in the drug-containing medium for up to 48 hours (simultaneous drug-IR treatment). Our findings showed that depending on the tumor cell line, the combination of Hsp90 inhibition and irradiation may result in radiosensitization or apoptosis of cancer cell lines. It is advised to adjust the sequence of treatment, involving Hsp90 inhibition and irradiation, on the basis of the genetic background of tumor cells. Before entering the clinic, novel therapeutics should be tested on non-malignant tissue to exclude their possible toxic activities. Thus, we applied the simultaneous drug-IR treatment on human skin fibroblast strains. This work showed that Hsp90 inhibitors NVP-AUY922 and NVP-BEP800 preferentially sensitize tumor cells to radiation, whereas the effect(s) on normal fibroblasts was much weaker. The exact mechanisms underlying the Hsp90 inhibitors’ selectivity towards malignant cells remain to be elucidated. It was shown previously that the administration of Hsp90 inhibitors, including NVP-AUY922 and NVP-BEP800, induces heat shock response (Niewidok et al. 2012). Heat shock response triggers the up-regulation of Hsp70, which, due to its strong anti-apoptotic properties, might be responsible for reducing the effects of Hsp90 inhibition. The transfection with Hsp70 siRNA suppressed the NVP-AUY922-induced over-expression of the target protein. However, on the long-term scale, it did not influence the radiosensitivity of A549 and SNB19 cells. To summarize, the use of siRNA proved that Hsp70 inhibition could be used to support Hsp90 inhibition on the short-term scale. Therefore, for future works, more potent and stable methods of Hsp70 inhibition are needed. This thesis presented the effects induced by two novel Hsp90 inhibitors NVP-AUY922 and NVP-BEP800, in combination with irradiation in tumor cell lines as well as in normal skin fibroblasts. Hsp70 pre-silencing was tested as a method for improving radiosensitizing potential of NVP-AUY922. These results support the use of NVP-AUY922 and NVP-BEP800 in combination with irradiation in future clinical trials.
N2  - Trotz aller wissenschaftlicher Fortschritte, die in den letzten Jahren in der Onkologie erfolgten, ist Krebs eine der Haupttodesursachen in den wirtschaftlich entwickelten Ländern. Das Hitzeschockprotein 90 (Hsp90) stellt ein vielversprechendes neues Target für die Krebstherapie dar, weil es einen großen Anteil des Proteingleichgewichts in jeder humanen Zelle durch Faltung und Aktivierung seiner Klientenproteine kontrolliert (Picard et al. 2002, Trepel et al. 2010). Es wurde gezeigt, dass Hsp90 Inhibitoren starke anti-proliferative Eigenschaften in vitro (Smith et al. 2005) und in vivo aufweisen (Supko et al. 1995). Außerdem führte die Hsp90 Inhibition zur Radiosensibilisierung unterschiedlicher Tumorzelllinien (Bisht et al. 2003, Stingl et al.2010, Schilling et al. 2011). Vor Kurzem wurde in unserer Arbeitsgruppe gezeigt, dass die neuartigen Hsp90 Inhibitoren NVP-AUY922 und NVP-BEP800 zur Erhöhung der Strahlenempfindlichkeit der Tumorzelllinien führen (Stingl et al. 2010). Die Krebszellen wurden 24 Stunden vor der Bestrahlung behandelt und bestrahlt (‚drug-first’ Behandlungsschema). In dieser Doktorarbeit wurden die Effekte eines anderen Behandlungsschemas auf die A549 und SNB19 Tumorzelllinien untersucht. Die Zellen wurden entweder mit NVP-AUY922 oder NVP-BEP800 eine Stunde vor der Bestrahlung behandelt und bis zu 48 Stunden nach der Bestrahlung weiterhin mit Hsp90 Inhibitor kultiviert (simultane drug-IR Behandlungsschema). Zusammenfassend zeigen die hier gewonnenen Ergebnisse, dass abhängig von der Tumorzelllinie, die Kombination der Hsp90 Inhibition mit Bestrahlung zur Radiosensibilisierung oder zur Apoptose führen kann. Die Reihenfolge der Behandlung mit Hsp90 Inhibitoren und Bestrahlung sollte individuell der Tumorart und den vorliegenden Mutationen angepasst werden. Bevor Medikamente in der Klinik angewendet werden können, müssen sie auf nicht-malignem Gewebe getestet werden, um eine mögliche toxische Wirkung auszuschließen. Deshalb wurden in der vorliegenden Arbeit die zwei humane Hautfibroblastenlinien HFib1 und HFib2 nach dem simultanen Behandlungsschema mit Hsp90 Inhibitoren und Bestrahlung behandelt. Diese Arbeit zeigte, dass NVP-AUY922 und NVP-BEP800 Tumorzelllinien für die Bestrahlung sensibilisieren, wohingegen der Einfluss von Hsp90 Inhibitoren auf normale Fibroblasten geringer war. Der exakte Mechanismus der Selektivität der Hsp90 Inhibitoren auf Krebszellen ist aber noch unbekannt und erfordert weitere Experimente. Die Behandlung mit N-terminalen Hsp90 Inhibitoren, zum Beispiel mit NVP-AUY922 oder mit NVP-BEP800, induziert die Hitzeschockantwort und unter anderem die Hochregulierung von Hsp70 (Niewidok et al. 2012). Hsp70 ist bekannt für seine starken anti-apoptotischen Eigenschaften, die das therapeutische Potenzial der Hsp90 Inhibitoren reduzieren können. Die Behandlung mit siRNA reduzierte die von NVP-AUY922 induzierte Hsp70-Überexpression, aber beeinflusste nicht die Strahlenempfindlichkeit der Tumorzelllinien A549 und SNB19. Die Transfektion mit siRNA hat bewiesen, dass die Hsp70 Inhibition als eine Unterstützung der Hsp90 Inhibition dienen kann. Dies ist jedoch eine kurzzeitige Methode der Hemmung und alternative Methoden zur Hemmung der Hsp70 Aktivitäten nötig sind. Die in dieser Arbeit gewonnen Erkenntnisse erläutern die Effekte, die von zwei neuartigen Hsp90 Inhibitoren NVP-AUY922 und NVP-BEP800 in Kombination mit Bestrahlung induziert werden, sowohl in Tumorzelllinien als auch in normalen Hautfibroblasten. Hsp70-Silencing wurde als Methode zur Erhöhung des radiosensibilisierenden Potenzials des Inhibitor NVP-AUY922 getestet. Alle diese Resultate zusammen sprechen für eine Anwendung von NVP-AUY922 und NVP-BEP800 in klinischen Studien, die alleine oder in Kombination mit Bestrahlung erfolgen könnte.
KW  - Tumorzelle
KW  - Strahlenbiologie
KW  - Strahlenempfindlichkeit
KW  - Hitzeschockproteine
KW  - Tumorzellen
KW  - nicht-maligne Zellen
KW  - radiation biology
KW  - radiosensitization
KW  - heat shock proteins
KW  - tumor cell lines
KW  - Hitzeschock-Proteine
KW  - Krebsforschung
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-78728
ER  - 
TY  - THES
A1  - Heimberger, Tanja
T1  - Der Hitzeschock-Transkriptionsfaktor 1 (HSF1) als neues potenzielles Ziel im Multiplen Myelom
T1  - The heat shock transcription factor 1 (HSF1) as a new potential therapeutic target in multiple myeloma
N2  - Die evolutionär hoch konservierte Hitzeschock-Antwort (heat shock stress response, HSR) ermöglicht Zellen sich an Stresssituationen anzupassen und so dem programmierten Zelltod zu entgehen. Die Regulation der HSR unterliegt dem Hitzeschock-Transkriptionsfaktor 1 (HSF1), der nach einem Stress-Impuls umgehend die Synthese der Hitzeschock-Proteine (HSP) initiiert. Als molekulare Chaperone assistieren die HSP bei der Faltung und den intrazellulären Transport ihrer Klientenproteine und erhalten so die lebensnotwendigen zellulären Funktionen aufrecht. Während das HSF1/HSP-System vorteilhaft für normale Zellen ist, kann es aber auch den Prozess der malignen Transformation unterstützen. In verschiedenen Tumorentitäten wurde eine Abhängigkeit der malignen Zellen von HSP, vereinzelt auch von HSF1, beschrieben. Im multiplen Myelom (MM) stabilisieren HSP u.a. Klientenproteine in einem komplexen onkogenen Signalnetzwerk und erhalten so eine aberrante Signalweiterleitung aufrecht. Wegen dieser wichtigen Funktion ist die Inhibition der HSP (insbesondere HSP90) bereits ein therapeutischer Ansatzpunkt, der jedoch im MM noch nicht zu dem erhofften Erfolg führte. Darüber hinaus wurde beobachtet, dass es zu einer Induktion der HSP nach einer Behandlung mit neuen, antitumoralen Medikamenten (Proteasom-, HDAC- und HSP90-Inhibitoren) kommt. Diese kompensatorische Hochregulation der HSP ist assoziiert mit einem Resistenzverhalten gegenüber der Therapie und ist somit unerwünscht. Die bisherigen Untersuchungen legen aber auch nahe, dass HSF1 selbst eine wichtige Funktion bei der malignen Transformation einnimmt. So wurde gezeigt, dass der funktionelle Verlust von HSF1 vor der onkogenen Ras oder mutierten Trp53 getriebenen Tumorigenese schützt. In der vorliegenden Arbeit wurden daher die Expression von HSF1, seine Rolle in der HSP-Regulierung und den Beitrag zum Überleben und Resistenzen in MM-Zellen analysiert. Untersuchungen der HSF1-Expression in Knochenmarkbiopsien von Myelompatienten und in Myelomzelllinien zeigten, dass in ca. 50 % der untersuchten Biopsien und Zelllinien eine hohe HSF1-Expression vorhanden ist. Sowohl der shRNA-vermitteltem Knockdown von HSF1 als auch die pharmakologische Inhibition mit Triptolid induzierten Apoptose in MM-Zellen. Durch Microarrayanalysen nach shRNA-vermitteltem Knockdown und der anschließenden Verifikation über Western Blot konnte gezeigt werden, dass nach der HSF1-Depletion zahlreiche HSP (HSP90, HSP70, HSP40 and HSP27) vermindert exprimiert wurden. Einzelne Knockdown Experimente der HSP40 und HSP27 führten zu moderaten Zellsterben, so dass geschlussfolgert werden kann, dass die gleichzeitige Minderung multipler HSP, durch die Depletion von HSF1, zu einem summierten starken apoptotischen Effekt führt. In weiteren Studien stellte sich heraus, dass in MM-Zellen, trotz des deregulierten Systems und der aberrant hohen Expression der HSP, eine Stressantwort ausgelöst werden kann. Dies konnte durch den „klassischen“ Hitzschock und durch die Behandlung mit pharmakologischen Inhibitoren von HSP90 und des Proteasoms erreicht werden. Diese unerwünschte Reaktion auf Therapeutika wird vermutlich durch einen kompensatorischen Zellrettungsmechanismus ausgelöst, der zu Resistenzen gegenüber der Behandlung führen kann. Durch die Inhibition von HSF1 mit Triptolid und durch shRNA-vermitteltem Knockdown, konnte diese zelluläre Antwort unterbunden werden. Darüber hinaus führte die pharmakologische Inhibition von HSF1 in Kombination mit HSP90 (mit NVP-AUY922) oder Proteasom-Inhibition (mit Bortezomib) zu einem verstärkten apoptotischen Effekt in MM-Zellen. Zusammenfassend deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass HSF1 essenziell für die Regulation der HSP im MM ist. Darüber hinaus kann die Inhibition von HSF1, besonders in Kombination mit HSP90- oder Proteasom-Inhibition, eine neue hoffnungsvolle Therapieoption für Myelompatienten darstellen.
N2  - The heat shock stress response (HSR) represents an evolutionarily highly conserved salvage mechanism, which helps cells to cope with situations of stress and thus mediates protection from cell death. This stress response program is regulated by the heat shock transcription factor 1 (HSF1), which regulates expression and activity of heat shock proteins (HSPs). HSPs act as molecular chaperones to restore and maintain normal folding and intracellular trafficking of their cognate client proteins. The HSF1/HSP-controlled stress response can be beneficial in normal cells. However, its activation may also protect malignant cells from cell death induced by oncogene activation during malignant transformation or by drug-induced stress under therapeutic intervention. Various HSPs, as well as HSF1, have already been implicated in the pathogenesis of human cancer. In multiple myeloma (MM) HSPs stabilize components of a complex oncogenic signaling network, sustaining an aberrant signaling. In addition, an up-regulation of HSPs was reported after treatment with some new anti-MM agents, e.g. proteasome-, HDAC- and HSP90-inhibitors, suggesting that HSPs may contribute to drug resistance. For this reason, inhibition of HSPs (especially HSP90) is used as therapeutic approach. However, a clinical Phase I/II trial study showed that treatment with an HSP90 inhibitor as single agent had only limited anti-MM effects. Consequently, research effort is shifted towards blocking the induction of the heat shock stress response. For this purpose, HSF1 is regarded to be a promising target. Recently, it has been demonstrated that HSF1 contributes to malignant transformation in mouse models of tumorigenesis driven by oncogenic Ras or by functional loss of the Trp53 tumor suppressor. In the present study we therefore investigated the expression of HSF1, analyzed its role in the regulation of HSPs and its contribution to the survival and drug resistance in MM cells. We found that HSF1 protein was overexpressed in about half of the analyzed MM patient samples as well as in a majority of MM cell lines, whereas normal and premalignant MGUS plasma cells exhibited no or only weak HSF1 expression in situ. Both shRNA-mediated knockdown and pharmacological inhibition of HSF1 led to induction of apoptosis in MM cell lines and in primary MM cells. These results were affirmed by microarray analysis after shRNA-mediated knockdown and further verified by western blots, which revealed a decrease in numerous HSP (HSP90, HSP70, HSP40 and HSP27) after HSF1 depletion. Furthermore, individual knockdown experiments of HSP40 and HSP27 resulted in moderate cell death, leading to the conclusion that the simultaneous reduction of multiple HSP, by the inhibition of HSF1, achieves an additive strong apoptotic effect in MM cells. To study the stress response system in MM cells, we performed heat shock experiments and applied pharmacological HSP90- and proteasome-inhibitors. Despite the aberrant high expression of HSP in MM cells, both treatments showed an induction of the HSR and a stimulation of the synthesis of HSP. This adverse response to therapeutic agents is probably due to an onset of a compensatory cell rescue mechanism that leads to drug resistance. However, we were able to suppress this cellular response by the inhibition of HSF1 with triptolide and shRNA-mediated knockdown. Moreover, the combination of pharmacological HSF1-inhibition and HSP90 (with NVP AUY922) or HSF1 and proteasome inhibition (with bortezomib) resulted in an increased apoptotic effect in MM cells. In summary, these results suggest an important role for HSF1 in the regulation of major HSPs. Furthermore, the inhibition of HSF1 represents a promising new treatment strategy for MM patients, particularly in combination with HSP90 or proteasome inhibitors.
KW  - Plasmozytom
KW  - Therapie
KW  - Multiples Myelom
KW  - Hitzeschock Proteine
KW  - HSF1
KW  - onkogenes Signalnetzwerk
KW  - therapeutisches Target
KW  - Multiple Myeloma
KW  - heat shock proteins
KW  - HST1
KW  - therapeutic strategy
KW  - oncogenic signalling network
KW  - Hitzeschocktranskriptionsfaktor
KW  - Myelom
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-83390
ER  -