Stephan Eisenmann

Auswirkungen fraktionierter Bestrahlung auf Radio- und Chemosensibilität der humanen testikulären Karzinomzelllinien 2102 EP und H 12.1

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades Doktor der Medizin (Dr. med.) vorgelegt an der Medizinischen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 05.07.2006

Abstract
Zelluläre Resistenz gegenüber Cisplatin kann in vitro durch sequentielle Chemo- und Radiotherapie etabliert werden. Verschiedene Resistenzmechanismen sind bisher beschrieben, wobei in der Regel von einem multifaktoriellen Geschehen auszugehen ist.
In klinischen Studien konnten bei männlichen Keimzelltumoren durch den Einsatz cisplatinhaltiger Therapieregime Heilungsraten von bis zu 95% erzielt werden. Bei primärer oder sekundärer Cisplatinresistenz wird derzeit u.a. der Einsatz neuer Platinderivate (z.B. Oxaliplatin) mit teilweise fehlender Kreuzresistenz zu Cisplatin untersucht.
Die molekularen Mechanismen einer Oxaliplatinresistenz sind derzeit noch nicht abschließend geklärt, es gibt jedoch experimentelle Hinweise auf teilweise gemeinsame Resistenzpathways für Cisplatin und Oxaliplatin.
Ziel dieser Arbeit war die Etablierung von durch fraktionierte Bestrahlung (Gesamtdosis 40 Gy) der humanen Testikularkarzinomzelllinien 2102 EP und H 12.1 erzeugten DX-10-Sublinien und deren direkter Vergleich hinsichtlich Radiosensibilität (mittels Zellkoloniebildungstest), Chemosensibilität (im SRB-Assay) sowie Proteinexpression v.a. von Apoptose- und DNA-Reparaturproteinen (durch Western Blot).
Qualitativ ergaben sich für beide Zelllinien in den durchgeführten Experimenten gleiche Ergebnisse. Eine grundlegende Änderung der Strahlensensitivität wurde nicht erreicht (SF2: p>0,05), allerdings ergaben sich Hinweise auf erhöhte Strahlensensibilität nach fraktionierter Bestrahlung im Niedrigdosisbereich (Einzeldosis 1 Gy). Interessanterweise führte die sequentielle Bestrahlung zu einer Sensibilisierung der Zelllinien gegenüber Cisplatin, jedoch zu einer Abnahme der Sensitivität gegenüber Oxaliplatin (jeweils p<0,05). Im Western Blot zeigte sich eine Steigerung der Proteinexpression verschiedener Stressantwortmoleküle (PARP, p53, p21, Bax, hMSH2, Fas).
Die Sensibilisierung gegenüber Cisplatin scheint Folge einer Senkung der Apoptoseschwelle zu sein. Diese Beobachtung könnte eine mechanistische Grundlage für die bekannte Synergie zwischen Bestrahlung und Cisplatin darstellen. Für die in dieser Arbeit erstmalig beschriebenen Resistenzinduktionen gegenüber Oxaliplatin durch sequentielle Bestrahlung konnte keine mechanistische Erklärung gefunden werden. Im Falle einer Bestätigung derartiger Ergebnisse in größeren Untersuchungen wäre der klinische Einsatz von Oxaliplatin nach zuvor stattgehabter Radiatio kritisch zu erwägen.

Cellular resistance to cisplatin can develop during irradiation and antineoplastic therapy. Due to several mechanisms described, a multifactorial genesis is discussed.
Clinical studies in testicular cancer reached complete response cure up to 95% by using a cisplatin-containing regimens. In case of primary or secundary platinum-resistance the application of newer platinum agents (e.g. oxaliplatin) are currently under detection.
The molecular pathways of cellular resistance to oxaliplatin have not been clearified yet, but there are several indications for similar mechanisms.
In this study human testicular cancer cell lines 2102 EP and H 12.1 were compared after a fractionated irradiation on alterations in radiosensitivity, chemosensitivity and expression of several proteins related to apoptosis and DNA-repair.
Basically both cell lines showed similar results: No significant change were induced in radiosensitivity, but some results approach that at low radiational level (1Gy) a sensibilization could be induced. Interestingly fractionated irradiation leads to higher sensitivity to cisplatin but reduced sensitivity to oxaliplatin. Protein analysis showed an upregulation of several stress response molecules, e.g. Parp, p53, p21, Bax, hMSH2 and Fas.
Sensibilization to cisplatin seems to be a result of a lower apoptotic treshold, a mechanistical basic of synergistic action of cisplatin and irradiation. The induction of oxaliplatin resistance after irradiation, described for the first time in literature, has not been fully understood. If those results are going to be confirmed in further studies, use of oxaliplatin after ionizing irradiation may be considered critically.

Keywords:
Testikularkarzinom, Platinresistenz, Bestrahlung, Apoptose

Testicular cancer, platinum resistance, irradiation, apoptosis

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Inhaltsverzeichnis
Titelblatt, Referat, Inhaltsverzeichnis, Abkürzungsverzeichnis
1 Einleitung (1-14)
2 Ziele und Fragestellungen (15)
3 Material und Methoden (16-27)
4 Ergebnisse (28-34)
5 Diskussion (35-43)
6 Schlussfolgerung (44)
7 Zusammenfassung (45)
8 Literaturliste (46-58)
9 Thesen der Dissertation (59-60)
Publikation der Ergebnisse