Mechanismus der Apoptose, Gentoxizität und DNA-Reparatur in Herpesvirus-Thymidinkinase-exprimierenden Säugerzellen nach Behandlung mit Antiherpes-Virustatika vom Typ der Nukleosidanaloga

Um Cytotoxizität und Gentoxizität nukleosidischer Antiherpes-Virustatika zu untersuchen, wurden stabile CHO-Klone etabliert, die Thymidinkinase (TK) des Herpes simplex-Virus Typ 1 (HSV-TK) oder des Varicella zoster-Virus (VZV-TK) exprimieren. In HSV-TK-exprimierenden Zellen wurde das Purinanalogon Ganciclovir (GCV) effizient in die genomische DNA eingebaut, worauf in den nächsten Replikationsrunden DNA-Strangbrüche und Aberrationen entstehen und Apoptose ausgelöst wird. GCV-induzierte Apoptose wird hauptsächlich über den mitochondrialen Weg vermittelt, wobei das anti-apoptotische Protein Bcl-2 im Mittelpunkt steht. Nach GCV-Behandlung konnte eine Caspase-9-vermittelte post-translationale Spaltung von Bcl-2 nachgewiesen werden. Das 23 kDa-großes Bcl-2-Fragment wirkt im Gegensatz zum intakten Bcl-2-Protein pro-apoptotisch und verstärkt die Cytochrom C-Freisetzung und damit die Aktivierung der Caspase-9, die Bcl-2 spaltet, was zu einem positiven 'Amplifikationsloop' des mitochondrialen apoptotischen Weges führt. In weiteren Experimenten wurde gezeigt, daß in die DNA inkorporiertes GCV durch Basenexzisionsreparatur repariert wird, wobei die DNA-Polymerase ß eine entscheidende Rolle spielt. Diese Reparatur führte zu einer signifikanten Reduktion der Apoptose und Klastogenität und damit zur Resistenzsteigerung gegenüber GCV. In VZV-TK-exprimierenden Zellen wurde gezeigt, daß Brivudin (BVDU), gleichermaßen Apoptose und Nekrose induzierte. Für die BVDU-induzierte Cytotoxizität konnte die Hemmung der Thymidylatsynthetase als Ursache identifiziert werden. Im Gegensatz zur GCV-induzierten Apoptose war für die BVDU-induzierte Apoptose der Rezeptor (Fas/CD95/APO-1)-vermittelte Weg von vorrangiger Bedeutung.

In order to investigate the cytotoxic and genotoxic effects of anti-herpes nucleoside analogs, stable CHO clones expressing the thymidine kinase (TK) of either Herpes simplex virus type 1 (HSV-TK) or Varicella zoster virus (VZV-TK) were generated. Ganciclovir (GCV) was efficiently incorporated into the genomic DNA of HSV-TK-expressing CHO cells, causing DNA strand breaks, aberrations and finally apoptosis in the following replication cycles. GCV-induced apoptosis is primarily mediated through the mitochondrial damage pathway, with the anti-apoptotic Bcl-2 protein as a central player. After exposure of cells to GCV the caspase-9 was activated directly cleaving Bcl-2 into a 23 kDa fragment, which acts, opposite to the intact Bcl-2 protein, pro-apoptotic and enhances the cytochrome c release and further caspase-9 activation. This leads to a positive amplification loop of the mitochondrial apoptotic pathway. In further experiments it was shown that DNA-incorporated GCV is processed through the base excision repair, with DNA polymerase ß playing a decisive role protecting cells against GCV-induced apoptosis and clastogenicity. Exposure of VZV-TK-expressing CHO cells to brivudine (BVDU) caused almost equal proportions of apoptosis and necrosis. Inhibition of thymidylate synthase was responsible for the BVDU-induced cytotoxicity. In contrast to GCV-induced apoptosis, the receptor (Fas/CD95/Apo-1)-mediated apoptotic pathway was significantly induced.