Mikroarray-Analyse der p53-abhängigen und p53-unabhängigen transkriptionellen Antwort von Kolonkarzinomzellen auf DNA-Schädigung durch Irinotecan

Hintergrund/Einleitung: Irinotecan (CPT-11) in Kombination mit 5-Fluorouracil wird als „first line“ Chemotherapie des kolorektalen Karzinoms eingesetzt. CPT-11 sowie sein aktiver Metabolit SN-38 sind Topoisomerase I Inhibitoren, die mit DNA Replikation, Transkription, Rekombination und Reparatur interferieren. Die genetischen Determinanten der zellulären Antwort sind nicht bekannt; die SN-38-Wirkung scheint sowohl über p53-abhängige als auch über p53-unabhängige Mechanismen vermittelt zu sein. Da mehr als 50% der kolorektalen Karzinome p53-mutiert sind, ist das Verständnis der Rolle dieses Gens für die Antwort auf Chemotherapie von essentieller Bedeutung.

Zielsetzung: Wir analysierten in Kolonkarzinomzelllinien die p53-abhängige und p53-unabhängige Reaktion auf Irinotecan auf der zellulären und der mRNA Ebene.

Material und Methoden: Zehn etablierte kolorektale Zelllinien mit bekanntem p53 Status wurden 48h mit 10 nM SN-38 behandelt und danach im Kontrollmedium weiterinkubiert. Zellzyklus und Apoptose wurden mittels FACS, das transkriptionelle Profil mittels Oligonucleotid-Mikroarrays (Affymetrix) und Proteinexpression mittels Western blot bestimmt.

Ergebnisse: SN-38 induzierte in allen Zelllinien einen p53-unabhängigen G2/M Zellarrest. In p53wt Zellen hielt der G2/M Arrest 4–6 Tage an, wonach die Zellen seneszent wurden. In p53mut Zellen dauerte der Arrest nur etwa 2 Tage, wonach die Zellen eine massive Apoptose durchführten. Die Analyse der Genexpressionsprofile zeigte, dass der jeweilige Prozess, Seneszenz bzw. p53-unabhängige Apoptose mit unterschiedlichen Genexpressionsprofilen assoziiert ist. Mehrere Gene konnten den für Zellproliferation- bzw. Apoptose- relevanten metabolischen Wegen zugeordnet werden. Die Alterationen wurden mittels RT-PCR validiert und wurden in 94% bestätigt.

Schlussfolgerung:

• p53mut kolorektale Karzinomzelllinien reagieren auf SN-38-Behandlung mit Apoptose, während die p53wt Zellen seneszent werden.

• Der jeweilige Prozess ist mit einem charakteristischen Genexpressionsprofil assoziiert.

• Die Kenntnis der metabolischen Wege, die in p53mut bzw. in p53wt Zellen durch SN-38-Behandlung aktiviert werden kann zur Entwicklung rationaler Therapien, die den jeweiligen Prozess verstärken, beitragen.