Therapeutisches Potenzial der Kombination aus Dimethylfumarat und dem Bcl-2-Inhibitor ABT-199 beim kolorektalen Karzinom: Synergistische Hemmung der Tumorprogression durch Autophagie-Modulation
Das kolorektale Karzinom (CRC) ist weltweit die dritthäufigste maligne Tumorentität und zweithäufigste krebsbedingte Todesursache. Aufgrund häufiger Resistenzbildungen gegen etablierte medikamentöse Therapien beim CRC, ist die Identifikation neuer Behandlungsoptionen wichtig. Dimethylfumarat (DMF) ist ein für die Behandlung der Psoriasis und der Multiplen Sklerose zugelassenes Medikament, welches ...
Zusammenfassung (Deutsch)
Das kolorektale Karzinom (CRC) ist weltweit die dritthäufigste maligne Tumorentität und zweithäufigste krebsbedingte Todesursache. Aufgrund häufiger Resistenzbildungen gegen etablierte medikamentöse Therapien beim CRC, ist die Identifikation neuer Behandlungsoptionen wichtig. Dimethylfumarat (DMF) ist ein für die Behandlung der Psoriasis und der Multiplen Sklerose zugelassenes Medikament, welches darüber hinaus in Studien antitumorale Wirkungen zeigte. Aus diesem Grund haben wir uns in der vorliegenden Arbeit für eine Kombinationstherapie aus DMF und ABT-199 entschieden. Der Bcl-2-Inhibitor ABT 199 hat ebenfalls krebshemmende Eigenschaften, welche bereits bei der Therapie der chronisch lymphatischen Leukämie (CLL) und der akuten myeloischen Leukämie (AML) genutzt werden.
Ziel dieser Arbeit war es, die Wirkung von DMF, ABT-199 sowie der Kombination beider Wirkstoffe auf das CRC in vitro zu untersuchen und somit zu evaluieren, ob diese Wirkstoffe als Monotherapie oder in Kombination als indikationsübergreifende neue Behandlungsoption beim CRC in Frage kommen.
Hierfür wurde die humane CRC-Zelllinie HCT-116 verwendet. Die Zellviabilität wurde anhand der ATP-Spiegel luminometrisch bestimmt. Der mitochondriale O2-Verbrauch wurde mittels Seahorse gemessen. Das mitochondriale Membranpotential (ΔΨm), der Zelltod, die Zellproliferation sowie der Zellzyklus wurden durchflusszytometrisch analysiert. Veränderungen an zellulären Cyclinen, Cyclin-abhängigen Kinasen (CDKs) und Autophagie-Markern wurden auf Proteinebene im Western Blot untersucht.
Unter der Behandlung von HCT-116-Zellen mit DMF, ABT-199 oder der Kombination beider Wirkstoffe zeigte sich eine reduzierte Zellviabilität, gemessen anhand der ATP Menge in den Zellen. Der Grund für die reduzierten ATP-Spiegel unter DMF Behandlung war eine eingeschränkte Funktion der mitochondrialen Atmungskette, welche sich in der Hyperpolarisation des ΔΨm sowie einem reduzierten mitochondrialen O2-Verbrauch ausdrückte. Als Folge des erniedrigten ATP-Angebots konnten wir eine reduzierte Zellproliferation unter allen Behandlungsoptionen beobachten. Die Proliferationsinhibition war unter der Kombinationstherapie am stärksten ausgeprägt mit einer um 28,2 % reduzierten Zellproliferation nach 48 h. Für die Proliferationsinhibition war auch ein Zellzyklusarrest verantwortlich, welcher durch Veränderungen der Cyclin- und CDK-Spiegel hervorgerufen wurde. Die Kombinationstherapie konnte in HCT-116-Zellen Zelltod und Autophagie induzieren die als Reaktion der Zellen auf das verminderte ATP-Angebot auftritt.
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
Colorectal cancer (CRC) is the third most common malignant tumor entity worldwide and the second leading cause of cancer-related deaths. Due to frequent resistance to established drug therapies for CRC, it is important to identify new treatment options. Dimethyl fumarate (DMF) is a drug approved for the treatment of psoriasis and multiple sclerosis, which has also shown antitumor effects in ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
Colorectal cancer (CRC) is the third most common malignant tumor entity worldwide and the second leading cause of cancer-related deaths. Due to frequent resistance to established drug therapies for CRC, it is important to identify new treatment options. Dimethyl fumarate (DMF) is a drug approved for the treatment of psoriasis and multiple sclerosis, which has also shown antitumor effects in studies. For this reason, we opted for a combination therapy of DMF and ABT-199 in the present study. The Bcl-2 inhibitor ABT 199 also has cancer-inhibiting properties, which are already being used in the treatment of chronic lymphocytic leukemia (CLL) and acute myeloid leukemia (AML).
The aim of this study was to investigate the effect of DMF, ABT-199, and the combination of both agents on CRC in vitro and thus to evaluate whether these agents are suitable as monotherapy or in combination as a new cross-indication treatment option for CRC.
The human CRC cell line HCT-116 was used for this purpose. Cell viability was determined luminometrically based on ATP levels. Mitochondrial O2 consumption was measured using Seahorse. Mitochondrial membrane potential (ΔΨm), cell death, cell proliferation, and cell cycle were analyzed by flow cytometry. Changes in cellular cyclins, cyclin-dependent kinases (CDKs), and autophagy markers were examined at the protein level by Western blot.
Treatment of HCT-116 cells with DMF, ABT-199, or a combination of both agents resulted in reduced cell viability, as measured by the amount of ATP in the cells. The reason for the reduced ATP levels under DMF treatment was impaired function of the mitochondrial respiratory chain, which was expressed in hyperpolarization of ΔΨm and reduced mitochondrial O2 consumption. As a result of the reduced ATP supply, we observed reduced cell proliferation under all treatment options. Proliferation inhibition was most pronounced under combination therapy, with a 28.2% reduction in cell proliferation after 48 hours. Cell cycle arrest, caused by changes in cyclin and CDK levels, was also responsible for proliferation inhibition. The combination therapy was able to induce cell death and autophagy in HCT-116 cells, which occurs as a response of the cells to the reduced ATP supply.
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