Interaktion von Stammzelleigenschaften und DNA Reparatur bestimmen die strahlensensitivierende Wirkung nach Inhibition von CHK1, RAD51 und PARP1 in TNBCs

Fragestellung: Das Mammakarzinom fasst eine heterogene Gruppe von Tumoren zusammen von denen etwa 20% als Triple-negativ (TNBC) bezüglich des Rezeptorstatus bezeichnet werden. Wichtige Parameter und therapeutische Angriffspunkte der TNBC Biologie sind eine hohe Proliferationsaktivität, ein Basal-artiger und mesenchymaler Phänotyp und ein Defekt im DNA Reparaturweg Homologe Rekombination (HR) welcher eine erhöhte chromosomale Instabilität dieser Tumore begünstigt. TNBCs weisen darüber hinaus eine Anreicherung von Tumorstammzellen und Therapieresistenz auf. Ziel des Projektes ist es Strategien unter gleichzeitiger Ausnutzung von HR-Defizienz und Stammzelleigenschaften durch spezifische Inhibition zur Intensivierung der Therapie weiter zu entwickeln. Dies wurde für die Inhibition von RAD51-, CHK1- und PARP1 nach Bestrahlung untersucht. Dafür wurde eine TNBC-Zelllinie (MDA-231 WT), zwei isogenen Sublinien, die präferentiell in Knochen (-SA) und Gehirn (-BR) metastasieren im Vergleich zu einer luminalen Zelllinie (MCF7) eingesetzt.
Methodik: In MDA-MB-231 WT/BR/SA und MCF7-Zellen wurde die Expression bezüglich HR (RAD51, BRCA1, PTEN, CHK1, MRE11, ATR, ATM) und Stammzelleigenschaften (ZEB1, E-Cadherin, ß-Catenin, ALDH1) charakterisiert, HR mittels RAD51-Foci, MMC-Sensitivität und Reporterplasmiden eingeordnet, Replikationsprozesse analysiert und die Migrationsfähigkeit überprüft. Strahlenempfindlichkeit wurde unter Gabe verschiedener Inhibitoren im Kolonietest dokumentiert und mit der Metabric Datenbank (952 TNBC) hinsichtlich des chromosomalen Instabilitätsindex (CIN) korreliert.
Ergebnisse: Es zeigten sich klare Unterschiede in der Expression von Reparaturproteinen, mit einem Anstieg von CHK1, MRE11 und ATM in BR und SA. Beide Linien zeigten Stammzell-übliche Expressionsprofile, entsprechend eine stärkere Migrationsfähigkeit und in der SA Linie eine verbesserte HR (2,5-fach), Resistenz gegen MMC (IC50 von 1,6µg/ml im Vergleich zu 0,75µg/ml in BR und 2,1 µg/ml in SA) und geringere DNA Schäden (0,75-fach). Nach Bestrahlung zeigte sich kein Überlebensvorteil für BR und SA. Dies deutet darauf hin, dass nicht HR, sondern übergeordnet CHK1-vermittelte Prozesse für die Strahlenempfindlichkeit verantwortlich sind. Bestätigt wird dies durch die deutliche Strahlensensitivierung nach CHK1i, wobei die strahlenresistenteste Linie sich am stärksten sensitivieren ließ, mit VF von 3. Dies spiegelt sich auch in den Replikationsprozessen wieder, je sensitiver, desto stärker inhibiert. Momentan wird der Einfluss weiterer Inhibitoren auf die zelluläre Strahlenempfindlichkeit überprüft. Topkandidat ist RAD51i, da in einer Metabric-Analyse TNBC mit hohem CIN, also besonders aggressiven Tumoren, RAD51 und CHK1 deutlich stärker exprimiert werden als in TNBCs mit niedrigem CIN.
Schlussfolgerung: Eine veränderte Expression von HR-Proteinen und ein Stammzell-artiger Phänotyp hängen eng zusammen und determinieren gemeinsam die Therapieresistenz.