Multidrug Resistenz (MDR) und deren �berwindung |
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Multidrug Resistenz (MDR) und deren �berwindung |
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MDR stellt ein wesentliches Hindernis f�r eine erfolgreiche Therapie von Tumoren dar. Deshalb sollte die detaillierte Analyse dieses Ph�nomens gr��ere Einblicke in die Mechanismen der Entwicklung der MDR erm�glichen und die rationale Basis f�r potentielle MDR-�berwindungsstrategien bieten.Im Vordergrund unserer Untersuchungen steht die Analyse der klinischen und molekularen Aspekte des Multidrug Resistenz Ph�nomens in Tumoren.
Die Expression von Resistenz-assoziierten Genen kann durch eine Vielzahl von externen Stre�faktoren wie Naturstoffe, Strahlung oder Hitze induziert werden. Daraus ergeben sich die Fragen, ob der intrinsische Expressionsstatus von MDR-assoziierten Genen entscheidend f�r das Ansprechen der Tumoren ist, und ob Therapie-relevente Faktoren wie Zytostatika, Strahlung oder Hyperthermie den MDR-Ph�notyp der Tumoren induzieren oder verst�rken. Um diesen Fragen nachzugehen, werden Patienten-individuelle Resistenz-Profile erstellt, die die Expressiondaten verschiedener, MDR-assoziierter Gene enthalten, wie z.B. f�r das multidrug resistance gene 1 (MDR1), und f�r Gene, die f�r das multidrug resistance-related protein (MRP1) oder f�r das lung resistance protein (LRP) kodieren. Es werden longitudinale Studien durchgef�hrt, in denen die Expression dieser Gene in Prim�rtumoren, Rezidiven und Metastasen als auch in den korrespondierenden Normalgeweben von denselben Patienten zu veschiedenen Zeitpunkten der Behandlung ermittelt wird. Korrelationsanalysen der molekularbiologischen Daten mit klinischen Parametern, insbesondere das Ansprechen auf die Therapie, werden Aufschlu� dar�ber geben, ob diese Resistenzprofile der intrinsischen Expression verschiedener MDR-assoziierter Gene prognostische Aussagen zulassen, und ob das individuelle Risiko einer Therapie-induzierten MDR-Ph�notyps bereits im Vorfeld eingesch�tzt werden kann.
Dar�ber hinaus wird der Einflu� externer Stressfaktoren wie Zytostatika und Hitzeschock auf die Expression und Aktivit�t der MDR-assoziierten Gene in verschiedenen experimentellen Systemen detaillierter analysiert. Signaltransduktionskaskaden, die in die Regulation von Genen/Proteinen involviert sind, werden untersucht und die Beteiligung von Transkriptionsfaktoren an der Induktion MDR-assoziierter Gene/Proteine durch externe Stre�faktoren definiert. Experimente mit definierten Promotersequenzen MDR-assoziierter Gene werden gegenw�rtig im Zusammenhang mit deren Regulierbarkeit durchgef�hrt.
Stein, U., Rau, B., Wust, P., Walther, W., Schlag, P.M. (1999) Int. J Cancer 80: 5-12.
Stein, U, Walther, W., Laurencot, C.M., Scheffer, G.L., Scheper, R.J., Shoemaker, R.H.
(1997) J. Natl. Cancer Inst. 89: 807-813.
Stein, U., Walther, W., Lemm, M., Naundorf, H., Fichtner, I. (1997) Int. J. Cancer 72:
885-891.
Stein, U., Walther, W., Shoemaker, R.H. (1996) J. Natl. Cancer Inst. 88: 1383-1392.
Stein, U., Walther, W., Shoemaker, R.H. (1996) Br. J. Cancer 74: 1384-1391.
Die Metastasierung stellt einen komplexen Proze� dar, der das Ergebnis mehrerer Schritte, wie der Invasion, der Tumorzell-Adh�sion und der ‚Ort-Spezifit�t‘ des Wachstums der malignen Zellen sowie der Neoangiogenese ist. Neben der gro�en Informationsmenge, die �ber Invasion und Metastasenwachstum verf�gbar ist, gibt es jedoch nur wenige Daten zur Organspezifi�t dieses Prozesses. Die Organspezifit�t der Metastasierung k�nnte die bevorzugte Adh�sion von Tumorzellen an bestimmte Zelloberf�chen-Molek�le auf den Zielorganen oder Wachstumsvorteile im "Microenvironment" der spezifischen Gewebe einschlie�en.
Die von uns durchgef�hrten Untersuchungen zielen auf die Identifizierung neuer Gene sowie die Evaluation bekannter Gene im Kontext der organspezifischen Metastasierung humaner Kolonkarzinome. In diesem Rahmen werden Prim�rtumoren, Rezidive und Metastasen verschiedener Zielorgane (z.B. Leber, Lunge, etc.) sowie das Normalgewebe des entsprechenden Organs mit Methode der Differential Display RT-PCR untersucht. Bisher konnten Sequenzen identifiziert werden, die in der normalen Kolonmucosa �berexprimiert sind, jedoch nicht in Tumoren oder Metastasen. Weiterhin wurden Sequenzen gefunden, die nur in Tumoren �berexprimiert sind, die ausschlie�lich in die Leber oder Lunge metastasierten. Die Verifizierung dieser Befunde wird gegenw�rtig vorgenommen.
F�r die Evaluation der Bedeutung von DNA-bindenden Transkriptionsfaktoren im Proze� der Kanzerogenese und Metastasierung wurde das Zink-Finger kodierende GLI Gen in Hinblick auf seine Amplifikation und Expression untersucht. Diese Untersuchungen wurden an Prim�rtumoren mit unterschiedlichem Tumorgrad (Grading G1-3), an Rezidiven und Metastasen von Knochen- und Weichgewebstumoren durchgef�hrt. Die GLI-Genexpression war deutlich in der Gruppe der Prim�rtumoren, Rezidive und Metastasen im Vergleich zu der Gruppe der Normalgewebe und benignen Tumoren erh�ht. Weiterhin konnte eine signifikante, direkte Korrelation der GLI-Genexpression zum Grading der Sarkome beobachtet werden; mit einer h�heren GLI-Genexpression in Grad 3-Tumoren. Somit kann die erh�hte GLI-Genexpression als Hinweis f�r die Aggressivit�t humaner Sarkome angesehen werden.
Stein, U., Eder, C., Karsten, U., Haensch, W., Walther, W., Schlag, P.M. (1999) Cancer Res. 59: 1890-1895.
Derzeit wurde eine Vielzahl von vor allem viralen Gentransfersystemen etabliert. Diese Systeme besitzen eine hohe Transfereffizienz, aber oftmals mit potentiellen Risiken f�r den Patienten verbunden. Die Herstellung viraler Stocks ist zus�tzlich mit einem hohen pr�parativen Aufwand verbunden. Der nicht-virale Gentransfer bietet eine Alternative mit Hilfe des Transfers nackter DNA unter Verwendung einer Jet-Injection Technologie. Die gegenw�rtigen Untersuchungen zielen auf die Etablierung dieser Technologie zur Gentherapie von menschlichen Tumorerkrankungen.
Nackte DNA kann erfolgreich in verschiedene Gewebe transduziert werden, jedoch bei geringerer Transfereffizienz, als es bei viralen Systemen m�glich ist. Im Gegensatz dazu sind aber nicht-virale Systeme einfacher in der Anwendung und ben�tigen einen geringeren pr�parativen Aufwand. Auch sind die Risiken bei dieser Technologie besonders bei wiederholter Anwendung geringer. Die Jet-Injection Technologie nutzt hochbeschleunigte Fl�ssigkeits-Strahle, die unter hohen Dr�cken erzeugt werden und die Penetration von DNA-haltigen L�sungen in das Gewebe f�r einen in vivo-Gentransfer erm�glichen. In den bei uns laufenden Studien wird diese Technologie f�r den Transfer therapeutischer Gene in das Tumorgewebe optimiert, um eine sichere und reproduzierbare Expression dieser Gene zu erreichen. Es ist vorgesehen, diese Technologie dann f�r die klinische Anwendung anzupassen.
F�r die Verbessung des nukle�ren Transportes der nicht-viral transduzierten DNA sind Untersuchungen im Gange, die auf den effizienten Transport der DNA in den Kern der Zielzellen ausgerichtet sind. Peptid-DNA Konstrukte, die die Eigenschaften von Nuclear Localization Sequences (NLS) ausnutzen, werden f�r die Verbesserung der Gentransfereffizienz eingesetzt.
Neben dem Gentransfersystem ist f�r die erfolgreiche Genexpression in den Zielgeweben auch das Vektor-Design von entscheidender Bedeutung. In diesem Kontext sind konditionelle Vektorsysteme f�r die regulierte Expression des therapeutischen Gens von wachsendem Interesse. Der Promotor des humanen Multidrug Resistenzgens (MDR1) ist durch Zytostatika induzierbar. Daher ist dieser Promotor ein attraktiver Kandidat f�r die Konstruktion Zytostatika-induzierbarer Vektoren. Der MDR1 Promotor wird in einem solchen induzierbaren Vektor f�r die Expressions-Regulation des humanen Tumor Nekrosefaktor alpha (TNFa)-Gens genutzt. Nach Transduktion dieses Vektorsystems in Kolon- und Mamma-Karzinomzellinien zeigte sich, da� Zytostatika wie Adriamycin, Vincristin und Taxol eine Induktion in Zeit- und Dosisabh�ngigkeit m�glich ist. In vivo-Untersuchungen haben gezeigt, da� die Zytostatika-induzierte Expression von TNFa zu einer verbesserten Antitumoraktivit�t f�hrt, die die Potenzen des Systems im Rahmen einer kombinierten Gen- und Chemotherapie von Tumoren aufzeigt.
Walther W, Wendt J, Stein U. (1997) Gene Ther. 4: 544-552.
Walther W, Stein U, Fichtner I, Naundorf H, Alexander M, Shoemaker RH, Schlag PM (1998) In:
Gene Therapy of Cancer, Walden P (ed.), Plenum Press, N.Y., USA: pp 139-144.
Walther W, Stein U, Shoemaker RH, Schlag PM (1999) In: Gene Therapy of Cancer.
Walther W, Stein U (edts.), Humana Press, Totowa, N.J., USA: in press.
Dr. Ulrike Stein
Dr. Wolfgang Walther
Mike Hahn, Doktorand
Regis Cartier, Doktorand
Holger Schwabe, Doktorand
Karsten J�rchott, Doktorand
Yetunde Abdul
Lieselotte Malcherek, MTA
Lisa Bauer, BTA
National Cancer Institute, Frederick,MD, USA
University of Maryland, Baltimore, MD, USA
Free University, Amsterdam, Netherlands
EMS Medical GmbH, Nyon, Schweiz
Roche Diagnostics, Penzberg
Friedrich-Schiller-Universit�t, Jena