Die Rolle von XIAP und Caspase-8 bei der Progression und Resistenz humaner Melanomen

Abstract

Das maligne Melanom zählt auch heute noch zu den gefährlichsten und tödlichsten Krebserkrankungen weltweit. Eukaryote Zellen stellen ein vielschichtiges multifaktorielles System dar, in welchem die Summe aus pro- und anti-apoptotischen Proteinen im Kontext der zellulären Gesamtsituation über das Schicksal der einzelnen Zelle zugunsten des gesamten Organismus entscheidet. Dieser Entscheidung liegt ein komplexes und mannigfaltiges System zugrunde, in dem eine Vielzahl von Variablen und Faktoren moduliert und reguliert werden. Das Verständnis dieser zugrundeliegenden molekularen Mechanismen stellt das Fundament zur Bekämpfung dieser tödlichen Krankheit dar. Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass der XIAP-Caspase-3-crosstalk das Schlüsselmoment der Entscheidung zwischen Leben und Sterben in humanen Melanomzellen darstellt. Initial TRAIL-resistente Melanomzellen können durch eine sublethale UVB-Bestrahlung für diese Rezeptor-vermittelte Apoptose sensitiviert werden. Dabei wird eine Beteiligung des intrinsischen mitochondrialen Apoptose¬wegs und den damit assoziierten pro-apoptotischen Faktoren nachgewiesen. Die Antagonisierung des anti-apoptotischen XIAP-Proteins führt zur vollständigen katalytischen Aktivierung der Effektor-Caspase-3 und resultiert final in einem positiven regulatorischen feedback-loop, in dem Caspase-3 durch proteolytische Spaltung die Degradierung des XIAP-Proteins initiiert. Zudem kann in der vorliegenden Arbeit eine weitere essentielle Funktion für Caspase-8 nachgewiesen werden. Diese vermeintlich ausschließlich pro-apoptotische Initiator-Caspase demonstriert eine fundamentale Bedeutung zur Aufrechterhaltung der zellulären Homöostase in humanen Melanomzellen. Neben ihrer etablierten Rolle bei der Initiierung der Rezeptor-vermittelten Apoptose zeigt sich diese Protease als essentiell für die Progression durch die S-Phase des Zellzyklus. Dabei kann von einer Beteiligung der Caspase-8-Prodomäne an der DNA-Reparatur sowohl während der regulären DNA-Replikation als auch nach DNA-Schaden ausgegangen werden. Die Abwesenheit von Caspase-8 führt zur Arretierung humaner Zellen in der S-Phase des Zellzyklus und resultiert in letzter Instanz in der Induktion des apoptotischen Zelltods über den intrinsischen mitochondrialen Signalweg.

Nowadays malignant melanoma are still among the most dangerous and deadly cancer in the world. Eukaryot cells represent a complex and multifactorially system, in which the total of all pro- and anti-apoptotic proteins decide in context of the cellular constitution about the fate of a single cell in favour of the whole organism. This decision is based on a very complex and multifaceted system, in which a wide range of variables and factors are tightly regulated. Understanding the underlying molecular mechanisms represents the basis to fight this fatal disease. This work shows the crosstalk between XIAP and caspase-3 to be the key element of the decision between life and death in human melanoma. Initially TRAIL-resistant melanoma cells can become sensitized to receptor-mediated apoptosis by irradiation with a sublethal dose of UVB. In this process the participation of the intrinsic mitochondrial apoptosis signaling pathway, involving its associated pro-apoptotic factors, can be demonstrated. Antagonising the anti-apoptotic protein XIAP leads to fully activated effector-caspase-3 and finally results in a positive regulatory feedback-loop, in which caspase-3 initiates the degradation of XIAP in a direct cleavage event. Further, another essential function for the caspase-8 can be shown in this study. This supposed exclusive pro-apoptotic initiator-caspase demonstrates its fundamental importance for maintaining cellular homeostasis in human melanoma. Next to its established role in initiating the receptor-mediated apoptosis, this protease is essential for progression through the S-phase of cellcycle. The caspase-8-prodomain seems to be important for DNA-repair during regular DNA-replication as well as upon induction of DNA-damage. The absence of Caspase-8 leads to an arrest during the S-phase of cellcycle in human melanoma and finally results in the induction of apoptotic cell death via the intrinsic mitochondrial signaling pathway.