Konditionale Expression von HER-2, H-Ras oder BXB-Raf1 in einem Maustumormodell

Es ist bekannt, dass die Überexpression eines einzigen Onkogens im Tumorgewebe einen maligneren Phänotyp zur Folge haben kann. Ein Beispiel hierfür ist die Rezeptortyrosinkinase HER-2. Besonders in Mamma- und Ovarialkarzinomen tritt häufig eine HER-2 Überexpression auf, die mit einer schlechteren Prognose für die Patientinnen einhergeht. Die HER-2 blockierende Therapie mit Trastuzumab (Herceptin®) konnte zu einer signifikanten Verbesserung der Überlebenszeit bei Patientinnen mit metastasierendem Mammakarzinom führen. Es ist deshalb von großem Interesse herauszufinden, ob ein Tumor durch gezielte Blockade eines bestimmten Onkogens sein tumorigenes Potential verlieren kann, und dadurch das Tumorwachstum zumindest zeitweise unterbunden wird. Die Frage ist also, ob ein Tumor reversibel sein kann, wenn die Expression seiner Onkogene blockiert wird. Frühere Arbeiten meiner Arbeitsgruppe haben gezeigt, dass Tumore, die konditional humanes HER-2 exprimierten, nach Ausschalten von HER-2 tatsächlich in Remission gingen, d.h. reversibel waren. Tumorgrößenabhängig konnte sogar eine vollständige Tumorremission beobachtet werden. Die vorliegende Arbeit soll nun helfen, die beobachtete Remission nach Ausschalten von HER-2 besser verstehen zu können. Von Interesse sind dabei vor allem die molekularen Mechanismen, die in dem Tumor nach Ausschalten der HER-2 Expression ablaufen. Die konditionale Expression von HER-2 wurde mit Hilfe des TET-OFF Systems in NIH3T3 Mausfibroblasten erreicht. Mit dieser Technik wurde ein Maustumormodell etabliert, das ermöglichte, die Veränderungen in den Tumoren nach Ausschalten von HER-2 zu untersuchen. Ein besonderes Augenmerk wurde dabei auf zwei der durch HER-2 vermittelten Signalwege gerichtet, den Ras-MAP Kinase Signalweg und die Aktivierung von Akt über die Phosphoinositol-3 Kinase. Beide wurden nach Ausschalten der HER-2 Expression deaktiviert. Um herausfinden zu können, welcher der beiden Wege eine wichtigere Rolle bei der Tumorremission spielt, wurden in der vorliegenden Arbeit zwei weitere Maustumormodelle zur konditionalen Expression von humanem H-Ras bzw. einer Form des humanen c-Raf-1 (BXB-Raf1) etabliert. Die Modelle funktionierten auf dieselbe Weise wie das HER-2 Maustumormodell und es wurden auch dieselben Faktoren untersucht. Ras und Raf sind Mitglieder des Ras-MAP Kinase Signalweges. Raf ist aber im Gegensatz zu HER-2 und Ras nicht in der Lage, Akt zu aktivieren. Durch Vergleich der Ergebnisse der drei Maustumormodelle war es deshalb möglich zu differenzieren, ob Einflüsse auf die Tumorentwicklung über denn Ras-MAP Kinase oder den PI3K/Akt Signalweg vermittelt wurden. Auch Ausschalten von H-Ras oder BXB-Raf1 führte zu einer raschen Tumorremission. Damit wurde erneut die Frage nach der Reversibilität eines Tumors beantwortet. Ob die Remission auf einer Induktion von Apoptose beruhte, konnte nicht endgültig geklärt werden, da es zwar nach Ausschalten von HER-2 zu einer Erhöhung der Apoptoserate kam, nicht jedoch nach Ausschalten von H-Ras oder BXB-Raf1. Aufgrund der vorhandenen Ergebnisse wird vermutet, dass es zu einer Störung des Gleichgewichtes zwischen proliferationsfördernden und apoptotischen Faktoren nach Ausschalten der Onkogene kam. Die in den Tumoren vorhandene Spontanapoptose könnte dann ausreichen, den Prozess der Tumorremission auszulösen. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass ERK bzw. der Ras-MAP Kinase Signalweg die bedeutendere Rolle bei der Tumorremission spielte. Zum einen wurde dies belegt durch die Beobachtung, dass die Tumorverläufe von HER-2 und BXB-Raf1 nahezu identisch waren. Zum anderen kam es in allen drei Modellen zu einer Dephosphorylierung von ERK, die der Tumorremission vorausging. Akt schien dagegen keine Rolle zu spielen, da das Ausschalten der HER-2, H-Ras oder BXB-Raf1 Expression zu keiner einheitlichen Veränderung des Posphorylierungsgrades von Akt führte. Demnach ist die Blockade des Ras-MAP Kinase Signalweges, der hauptsächlich proliferationsfördernde Eigenschaften besitzt, wichtiger für die Tumorremission als die Blockade des PI3K/Akt Signalweges, der hauptsächlich anti-apoptotische Eigenschaften vermittelt.

Untersuchungen zum Mechanismus der Zytotoxizität von alkylierenden Agenzien in malignen Melanomzellen

Maligne Melanome sind gegenüber Chemotherapeutika relativ resistent. Das methylierende Alkylanz Temozolomid sowie das chlorethylierende und DNA-Interstrand Crosslink (ICL) bildende Alkylanz Fotemustin kommen bei der Behandlung des malignen Melanoms als Mittel erster Wahl zum Einsatz. In der vorliegenden Arbeit konnte das erste Mal nachgewiesen werden, dass die zytotoxische Wirkung von Temozolomid und Fotemustin in Melanomzellen durch Apoptose vermittelt wird. Unter Verwendung klinisch relevanter Dosen der beiden Alkylantien konnte die Induktion von Apoptose durch vier unabhängige Methoden (Bestimmung der SubG1-Fraktion und der Apoptose- / Nekrose-Frequenz, Aktivierung der Effektorcaspasen-3 und -7 sowie Spaltung von PARP-1) nachgewiesen werden. Die Alkylierungen an der O6-Position des Guanins, welche durch beide Agenzien induziert werden, sind auch in Melanomzellen die wichtigsten Zytotoxizität-bewirkenden Läsionen in der DNA, und die O6-Methylguanin-DNA-Methyltransferase (MGMT) ist folglich ein herausragender Resistenzmarker. Eine der verwendeten Zelllinien (D05) exprimierte p53-Wildtypprotein. Diese Zelllinie war resistenter als alle anderen Zelllinien gegenüber Temozolomid und Fotemustin. Dies weist darauf hin, dass p53 nicht die Apoptoseinduktion in Melanomzellen verstärkt. Die Prozessierung des O6MeG erfolgt über die Mismatch-Reparatur (MMR) unter Generierung von DNA-Doppelstrangbrüchen (DSBs). Die Untersuchung der durch Temozolomid induzierten DSBs, nachgewiesen durch gammaH2AX-Induktion, korrelierte direkt mit der apoptotischen Antwort von Melanomzelllinien und DSBs können somit als eine entscheidende apoptoseauslösende Größe angesehen werden. Eine Resistenz gegenüber dem methylierenden Temozolomid in der Zelllinie MZ7 konnte auf einen Defekt in der MMR-Schadenserkennung auf der Ebene des MutSalpha-Komplexes zurückgeführt werden. Dieser Defekt hatte keinen Einfluss auf die Fotemustin-vermittelte Apoptoseinduktion. Neben MGMT konnte somit die MMR als Resistenzfaktor gegenüber methylierenden Agenzien in Melanomen identifiziert werden. Die Fotemustin-induzierte Apoptose wurde in Melanomzelllinien im Detail untersucht. Es konnte erstmals gezeigt werden, dass Fotemustin-bedingte ICLs in Zellen einen G2/M-Arrest im Behandlungszyklus induzieren. Wie anhand G1-arretierter Zellen nachgewiesen werden konnte, war das Durchlaufen der DNA-Replikation vor Erreichen des Arrests für die Induktion der Apoptose notwendig. Die Prozessierung von ICLs ist im Vergleich zu Methylierungen der DNA deutlich komplexer. Dies könnte erklären, warum in Melanomzellen die durch gammaH2AX-Induktion repräsentierten DSBs nicht mit der Sensitivität der einzelnen Zelllinien korreliert. Die Untersuchung unterschiedlich sensitiver Zelllinien zeigte ein vergleichbares Schadensniveau an ICLs und eine ebenso vergleichbare initiale Prozessierung derselben unter Generierung von DSBs. Die Prozessierung dieser sekundären Läsionen, welche anhand der Abnahme von gammaH2AX-Foci untersucht wurde, war hingegen in der sensitiveren Melanomzelllinie deutlich weniger effektiv. Es konnte weiterhin nachgewiesen werden, dass eine uneffektive Prozessierung der sekundären Läsionen einhergeht mit einer verstärkten und länger anhaltenden Aktivierung der in der DSB-Detektion beteiligten Kinase ATM und der Checkpoint Kinase 1. Es wäre daher denkbar, dass eine verstärkte Aktivität dieser Kinasen proapoptotische Signale vermittelt. Unterschiede in der Prozessierung der sekundären Läsionen könnten somit ein wichtiger Marker der ICL-induzierten Apoptose darstellen. Des weitern konnte nachgewiesen werden, dass nach Fotemustingabe die mitochondrial-vermittelte Apoptose einen effektiven Exekutionsweg in Melanomen darstellt. Während Cytochrom C-Freigabe, Bcl-2-Abnahme an den Mitochondrien, Bax-Rekrutierung und Caspase-9 Aktivität nachgewiesen werden konnten, wurden keine Hinweise auf eine Fas-Rezeptor-vermittelte Apoptose gefunden. Die Unfähigkeit, Rezeptor-vermittelte Apoptose zu unterlaufen, könnte die Bedeutungslosigkeit des p53-Gens in Melanomen begründen, da gerade dieser Weg in der Alkylantien-induzierten Apoptose in anderen Zellsystemen eine große Relevanz besitzt. Bei der Suche nach einem alternativen proapoptotischen Signalweg konnten Hinweise für die Beteiligung des Rb/E2F-1-Wegs, welcher über p73 agiert, in einer p53-mutierten Melanomzelllinie gefunden werden. Einen Einfluss der Proteine Survivin und XIAP als Resistenzfaktoren auf die Fotemustin-induzierte Apoptose wurde hingegen nicht nachgewiesen.

Modulation der Strahlen- und Chemosensitivität menschlicher Tumorzellen durch Interferon

Pankreaskarzinome und maligne Melanome weisen eine hohe Resistenz gegenüber Zytostatika und Bestrahlung in der Therapie auf. Die Behandlung eines metastasierenden Pankreaskarzinoms besteht aus einer Kombination aus 5-FU, CDDP und IR. Für die Behandlung des malignen Melanoms ist das methylierende Agenz DTIC das Mittel erster Wahl. Das ebenfalls methylierende Agenz TMZ, welches jedoch in Deutschland noch nicht für die Behandlung von malignen Melanomen zugelassen ist, erlangt immer größere Bedeutung. Die Ansprechrate der Tumore kann durch Kombination mit IFNs erhöht werden. In der vorliegenden Arbeit wurde an Pankreaskarzinom- bzw. Melanomzelllinien untersucht, ob IFNs einen radio- bzw. chemosensibilisierender Effekt ausüben und, wenn ja, welcher Mechanismus hierfür verantwortlich ist. Es wurden zehn Pankreaskarzinom-Zelllinien (Panc-1, Su8686, Capan-1, Capan-2, Bxpc-3, PA-TU 8988T, Aspc-1, HS 766T, Mia-PaCa-2 und PA-TU 8902) untersucht. Diese zeigten eine hohe Variabilität in ihrer intrinsischen Radiosensitivität sowie in ihrer Sensitivität gegenüber IFN-alpha und IFN-beta. IFN-beta erwies sich als toxischer im Vergleich zu IFN-alpha. Die radiosensibilisierende Wirkung der IFNs an Pankreaskarzinom-Zelllinien war moderat, wobei IFN-beta im Vergleich zu IFN-alpha effektiver war. Der radiosensibilisierende Effekt ging mit einer deutlichen Erhöhung der alpha-Komponente, der Überlebenskurven einher und kam durch eine IFN-beta vermittelte Verstärkung der IR-induzierten Apoptoserate zustande. Dies wurde sowohl durch SubG1 als auch durch Annexin V / PI Messungen gezeigt. Einen Einfluss von IFN-beta auf den Zellzyklus und die DSB-Reparatur konnte durch funktionelle Untersuchungen sowie durch PCR bzw. Western-Blot-Analysen als Grund für den sensibilisierdenen Effekt ausgeschlossen werden. Ein sensibilisierender Effekt von IFN-beta auf die durch TMZ-induzierte Zytotoxizität war für die Pankreaskarzinom-Zelllinien weder in MGMT-profizientem noch –depletiertem Zustand zu beobachten. Zur Untersuchung der sensibilisierenden Eigenschaften von IFNs gegenüber TMZ in malignen Melanomzelllinien wurden p53-Wildtyp (D05 und A375) und mutierte Zelllinien (D14 und RPMI 7951) untersucht. Gegenüber alleiniger TMZ-Behandlung reagierten die untersuchten p53-Wildtyp Melanomzelllinien nicht sensitiver auf eine Behandlung mit TMZ als p53-mutierte Zelllinien. Der Nachweis des Spaltprodukts der Caspase-9 lieferte einen Hinweis darauf, dass in den Melanomzelllinien unabhängig vom p53-Status nach alleiniger TMZ-Behandlung der mitochondriale Apoptoseweg aktiviert wird. Durch eine Vorbehandlung der Zellen mit IFN-alpha oder IFN-beta konnte die TMZ-induzierte Apoptoserate in malignen Melanomzellen deutlich gesteigert werden. In p53-Wildtyp Melanomzellen war der chemosensibilisierende Effekt der IFNs besonders ausgeprägt. IFN-beta erwies sich hierbei als effektiver, weshalb es für die folgenden Versuche verwendet wurde. Durch stabile Transfektion der Zelllinie D05 mit MGMT konnte das durch TMZ-induzierte Addukt O6MeG als für den sensibilisieredenen Effekt ausschlaggebende DNA-Schädigung charakterisiert werden. Western-Blot-Analysen und gamma-H2AX-Immunfluoreszenz Untersuchungen konnten einen Einfluss von IFN-beta auf die Prozessierung der Läsion O6MeG sowie einen Einfluss von IFN-beta auf die Induktion und Reparatur von TMZ verursachten DSBs ausschließen. Durch Experimente mit einem Fas-aktivierenden Antikörper und durch eine stabile Transfektion der Zelllinien D05 und A375 mit DN-FADD konnte gezeigt werden, dass p53-Wildtyp Melanomzellen nicht oder nur eingeschränkt in der Lage sind, nach TMZ-Behandlung über den Fas-Rezeptor Signalweg Apoptose zu induzieren. Ausschlaggebend hierfür ist die geringe Pro-Caspase-8 Expression dieser Zelllinien. Eine IFN-beta Vorbehandlung bewirkte eine Reaktivierung des Fas-Rezeptor Signalweges, was mit einer verstärkten Expression der Pro-Caspase-8 einherging. Durch Experimente mit Caspase-8 siRNA konnte diese IFN-beta induzierte Verstärkung der Pro-Caspase-8 Expression als entscheidender Faktor für den sensibilisierenden Effekt ausgemacht werden. Zum ersten Mal konnte damit in dieser Arbeit gezeigt werden, dass p53-Wildtyp Melanomzellen durch eine IFN-beta vermittelte Hochregulation der Pro-Caspase-8 ihre Fähigkeit wiedererlangen, nach TMZ-Behandlung über den Fas-Rezeptor Signalweg Apoptose auszulösen. Diese Arbeiten weisen einen Weg, auf welchem die hohe Resistenz von malignen Melanomzellen, welche zu 80 % das nicht mutierte p53 Gen beherbergen, über eine IFN-beta induzierte Reaktivierung der Fas-Rezeptor vermittelten Apoptosekaskade überwunden werden kann.

Die Rolle von Chemokinrezeptor CXCR4 und Connective Tissue Growth Factor innerhalb der Tumor-Stroma-Interaktion in der akuten myeloischen Leukämie

Die akute myeloische Leukämie (AML) ist eine heterogene Erkrankung der hämatopoetischen Vorläuferzelle, die durch unkontrollierte Vermehrung und ein reduziertes Differenzierungsverhalten gekennzeichnet ist. Aufgrund von Therapieresistenzen und häufig vorkommenden Rückfällen ist die AML mit einer schlechten Langzeitprognose verbunden. Neue Studienergebnisse zeigen, dass leukämische Zellen einer hierarchischen Ordnung unterliegen, an deren Spitze die leukämische Stammzelle (LSC) steht, welche den Tumor speist und ähnliche Charakteristika besitzt wie die hämatopoetische Stammzelle. Die LSC nutzt den Kontakt zu Zellen der hämatopoetischen Nische des Knochenmarks, um die erste Therapie zu überdauern und Resistenzen zu erwerben. Neue Therapieansätze versuchen diese Interaktion zwischen leukämischen Zellen und supportiv wirkenden Stromazellen anzugreifen. rnrnIn dieser Arbeit sollte die Bedeutung des CXC-Motiv Chemokinrezeptors Typ 4 (CXCR4) und des Connective Tissue Growth Factors (CTGF) innerhalb der AML-Stroma-Interaktion untersucht werden. CXCR4, der in vivo dafür sorgt, dass AML-Zellen in der Nische gehalten und geschützt werden, wurde durch den neuwertigen humanen CXCR4-spezifischen Antikörper BMS-936564/MDX-1338 in AML-Zelllinien und Patientenzellen in Zellkulturversuchen blockiert. Dies induzierte Apoptose sowie Differenzierung und führte in Kokulturversuchen zu einer Aufhebung des Stroma-vermittelten Schutzes gegenüber der Chemotherapie. Für diese Effekte musste teilweise ein sekundärer Antikörper verwendet werden, der die CXCR4-Moleküle miteinander kreuzvernetzt.rnDie Auswertung eines quantitativen Real time PCR (qPCR)-Arrays ergab, dass CTGF in der AML-Zelllinie Molm-14 nach Kontakt zu Stromazellen hochreguliert wird. Diese Hochregulation konnte in insgesamt drei AML-Zelllinien sowie in drei Patientenproben in qPCR- und Western Blot-Versuchen bestätigt werden. Weitere Untersuchungen zeigten, dass diese Hochregulation (i) unabhängig von der Stromazelllinie ist, (ii) den direkten Kontakt zum Stroma benötigt und (iii) auch unter hypoxischen Bedingungen, wie sie innerhalb des Knochenmarks vorherrschen, stattfindet. Der durch Zell-Zell- oder Zell-Matrix-Kontakt gesteuerte Hippo-Signalweg konnte aus folgenden Gründen als möglicher upstream-Regulationsmechanismus identifiziert werden: (i) Dessen zentraler Transkriptions-Kofaktor TAZ wurde in kokultivierten Molm-14-Zellen stabilisiert, (ii) der shRNA-gesteuerte Knockdown von TAZ führte zu einer reduzierten CTGF-Hochregulation, (iii) CTGF wurde in Abhängigkeit von der Zelldichte reguliert, (iv) Cysteine-rich angiogenic inducer 61 (Cyr61), ein weiteres Zielgen von TAZ, wurde in kokultivierten AML-Zellen ebenfalls verstärkt exprimiert. Der Knockdown von CTGF führte in vitro zu einer partiellen Aufhebung der Stroma-vermittelten Resistenz und die Blockierung von CTGF durch den Antikörper FG-3019 wirkte im AML-Mausmodell lebensverlängernd. rn rnDie Rolle von CTGF in der AML ist bisher nicht untersucht. Die vorliegenden Ergebnisse zeigen, dass CTGF ein interessantes Therapieziel in der AML darstellt. Es bedarf weiterer Untersuchungen, um die Bedeutung von CTGF in der Tumor-Stroma-Interaktion näher zu charakterisieren und nachgeschaltete Signalwege zu identifizieren.

Glucocorticoids protect renal mesangial cells from apoptosis by increasing cellular sphingosine-1-phosphate

Neutral ceramidase (NCDase) and sphingosine kinases (SphKs) are key enzymes regulating cellular sphingosine-1-phosphate (S1P) levels. In this study we found that stress factor-induced apoptosis of rat renal mesangial cells was significantly reduced by dexamethasone treatment. Concomitantly, dexamethasone increased cellular S1P levels, suggesting an activation of sphingolipid-metabolizing enzymes. The cell-protective effect of glucocorticoids was reversed by a SphK inhibitor, was completely absent in SphK1-deficient cells, and was associated with upregulated mRNA and protein expression of NCDase and SphK1. Additionally, in vivo experiments in mice showed that dexamethasone also upregulated SphK1 mRNA and activity, and NCDase protein expression in the kidney. Fragments (2285, 1724, and 1126 bp) of the rat NCDase promoter linked to a luciferase reporter were transfected into rat kidney fibroblasts and mesangial cells. There was enhanced NCDase promoter activity upon glucocorticoids treatment that was abolished by the glucocorticoid receptor antagonist RU-486. Single and double mutations of the two putative glucocorticoid response element sites within the promoter reduced the dexamethasone effect, suggesting that both glucocorticoid response elements are functionally active and required for induction. Our study shows that glucocorticoids exert a protective effect on stress-induced mesangial cell apoptosis in vitro and in vivo by upregulating NCDase and SphK1 expression and activity, resulting in enhanced levels of the protective lipid second messenger S1P.

A novel TNFR1-triggered apoptosis pathway mediated by class IA PI3Ks in neutrophils

The most common form of neutrophil death is apoptosis. In the present study, we report surprising differences in the molecular mechanisms used for caspase activation between FAS/CD95-stimulated and TNF receptor 1 (TNFR1)-stimulated neutrophils. Whereas FAS-induced apoptosis was followed by caspase-8 activation and required Bid to initiate the mitochondrial amplification loop, TNF-?-induced apoptosis involved class IA PI3Ks, which were activated by MAPK p38. TNF-?-induced PI3K activation resulted in the generation of reactive oxygen species, which activated caspase-3, a mechanism that did not operate in neutrophils without active NADPH oxidase. We conclude that in neutrophils, proapoptotic pathways after TNFR1 stimulation are initiated by p38 and PI3K, but not by caspase-8, a finding that should be considered in anti-inflammatory drug-development strategies.

Baicalein, a component of Scutellaria baicalensis, induces apoptosis by Mcl-1 down-regulation in human pancreatic cancer cells

Scutellaria baicalensis (SB) and SB-derived polyphenols possess anti-proliferative activities in several cancers, including pancreatic cancer (PaCa). However, the precise molecular mechanisms have not been fully defined. SB extract and SB-derived polyphenols (wogonin, baicalin, and baicalein) were used to determine their anti-proliferative mechanisms. Baicalein significantly inhibited the proliferation of PaCa cell lines in a dose-dependent manner, whereas wogonin and baicalin exhibited a much less robust effect. Treatment with baicalein induced apoptosis with release of cytochrome c from mitochondria, and activation of caspase-3 and -7 and PARP. The general caspase inhibitor zVAD-fmk reversed baicalein-induced apoptosis, indicating a caspase-dependent mechanism. Baicalein decreased expression of Mcl-1, an anti-apoptotic member of the Bcl-2 protein family, presumably through a transcriptional mechanism. Genetic knockdown of Mcl-1 resulted in marked induction of apoptosis. The effect of baicalein on apoptosis was significantly attenuated by Mcl-1 over-expression, suggesting a critical role of Mcl-1 in this process. Our results provide evidence that baicalein induces apoptosis in pancreatic cancer cells through down-regulation of the anti-apoptotic Mcl-1 protein.

The proapoptotic Bcl-2 family member Bim plays a central role during the development of virus-induced hepatitis

The proapoptotic Bcl-2 homolog Bim was shown to control the apoptosis of both T cells and hepatocytes. This dual role of Bim might be particularly relevant for the development of viral hepatitis, in which both the sensitivity of hepatocytes to apoptosis stimuli and the persistence of cytotoxic T cells are essential factors for the outcome of the disease. The relevance of Bim in regulating survival of cytotoxic T cells or induction of hepatocyte death has only been investigated in separate systems, and their relative contributions to the pathogenesis of T cell-mediated hepatitis remain unclear. Using the highly dynamic model system of lymphocytic choriomeningitis virus-mediated hepatitis and bone marrow chimeras, we found that Bim has a dual role in the development of lymphocytic choriomeningitis virus-induced, T cell-mediated hepatitis. Although the absence of Bim in parenchymal cells led to markedly attenuated liver damage, loss of Bim in the lymphoid compartment moderately enhanced hepatitis. However, when both effects were combined in Bim(-/-) mice, the effect of Bim deficiency in the lymphoid compartment was overcompensated for by the reduced sensitivity of Bim(-/-) hepatocytes to T cell-induced apoptosis, resulting in the protection of Bim(-/-) mice from hepatitis.

In vitro effect of different mediators of apoptosis on canine cranial and caudal cruciate ligament fibroblasts and its reversibility by pancaspase inhibitor zVAD.fmk

Primary fibroblast cultures of canine cranial (CCL) and caudal (CaCL) cruciate ligaments were stimulated with different apoptosis inducers with or without preincubation of the pancaspase inhibitor zVAD.fmk. In contrast to CaCL fibroblasts, fibroblasts from CCL were significantly more susceptible to apoptosis inducers of the intrinsic pathway like doxorubicin, cisplatin and nitric oxide (NO)-donors and to Fas ligand (FasL), an apoptosis inducer of the death receptor pathway. Apoptotic response to staurosporine and the peroxynitrite donor GEA was similar in both ligament fibroblasts. Stimulation with dexamethasone or TNFalpha could not induce apoptosis in CCL and CaCL fibroblasts, in spite of present TNFR1 and TNFR2 receptors. zVAD.fmk was able to prevent apoptosis in up to 66% of CCL cells when treated with FasL, cisplatin or doxorubicin but it had no effect on NO or peroxynitrite induced apoptosis. In conclusion, differential susceptibility to apoptotic triggers like FasL or NO between cranial and caudal cruciate ligament fibroblasts in vitro may be a reflection of the different susceptibilities to degenerative rupture of the ligament. These findings indicate that a general caspase inhibition does not completely protect canine CCL cells from apoptosis.

Evaluation of cell death mechanisms induced by the vascular disrupting agent OXi4503 during a phase I clinical trial

OXi4503 is a tubulin-binding vascular disrupting agent that has recently completed a Cancer Research UK-sponsored phase I trial. Preclinical studies demonstrated early drug-induced apoptosis in tumour endothelial cells at 1-3 h and secondary tumour cell necrosis between 6 and 72 h.

CD40 ligation protects bronchial epithelium against oxidant-induced caspase-independent cell death

CD40 and its ligand regulate pleiotropic biological responses, including cell proliferation, differentiation, and apoptosis. In many inflammatory lung diseases, tissue damage by environmental or endogenous oxidants plays a major role in disease pathogenesis. As the epithelial barrier is a major target for these oxidants, we postulated that CD40, the expression of which is increased in asthma, plays a role in the regulation of apoptosis of bronchial epithelial cells exposed to oxidants. Using 16HBE 14o- cells exposed to oxidant stress, we found that ligation of CD40 (induced by G28-5 monoclonal antibodies) enhanced cell survival and increased the number of cells in G2/M (interphase between DNA synthesis and mitosis) of the cell cycle. This was associated with NF-kappaB and activator protein-1 activation and increased expression of the inhibitor of apoptosis, c-IAP1. However, oxidant stress-induced apoptosis was found to be caspase- and calpain-independent implicating CD40 ligation as a regulator of caspase-independent cell death. This was confirmed by the demonstration that CD40 ligation prevented mitochondrial release and nuclear translocation of apoptosis inducing factor. In conclusion, we demonstrate a novel role for CD40 as a regulator of epithelial cell survival against oxidant stress. Furthermore, we have identified, for the first time, an endogenous inhibitory pathway of caspase-independent cell death.

Macrophages induce neutrophil apoptosis through membrane TNF, a process amplified by Leishmania major

Neutrophils are recruited to the site of parasite inoculation within a few hours of infection with the protozoan parasite Leishmania major. In C57BL/6 mice, which are resistant to infection, neutrophils are cleared from the site of s.c. infection within 3 days, whereas they persist for at least 10 days in susceptible BALB/c mice. In the present study, we investigated the role of macrophages (MPhi) in regulating neutrophil number. Inflammatory cells were recruited by i.p. injection of either 2% starch or L. major promastigotes. Neutrophils were isolated and cultured in the presence of increasing numbers of MPhi. Extent of neutrophil apoptosis positively correlated with the number of MPhi added. This process was strictly dependent on TNF because MPhi from TNF-deficient mice failed to induce neutrophil apoptosis. Assays using MPhi derived from membrane TNF knock-in mice or cultures in Transwell chambers revealed that contact with MPhi was necessary to induce neutrophil apoptosis, a process requiring expression of membrane TNF. L. major was shown to exacerbate MPhi-induced apoptosis of neutrophils, but BALB/c MPhi were not as potent as C57BL/6 MPhi in this induction. Our results emphasize the importance of MPhi-induced neutrophil apoptosis, and membrane TNF in the early control of inflammation.

Direct adipotropic actions of atorvastatin: differentiation state-dependent induction of apoptosis, modulation of endocrine function, and inhibition of glucose uptake

Statins exert anti-inflammatory, anti-atherogenic actions. The mechanisms responsible for these effects remain only partially elucidated. Diabetes and obesity are characterized by low-grade inflammation. Metabolic and endocrine adipocyte dysfunction is known to play a crucial role in the development of these disorders and the related cardiovascular complications. Thus, direct modulation of adipocyte function may represent a mechanism of pleiotropic statin actions. We investigated effects of atorvastatin on apoptosis, differentiation, endocrine, and metabolic functions in murine white and brown adipocyte lines. Direct exposure of differentiating preadipocytes to atorvastatin strongly reduced lipid accumulation and diminished protein expression of the differentiation marker CCAAT/enhancer binding protein-beta (CEBP-beta). In fully differentiated adipocytes, however, lipid accumulation remained unchanged after chronic atorvastatin treatment. Furthermore, cell viability was reduced in response to atorvastatin treatment in proliferating and differentiating preadipocytes, but not in differentiated cells. Moreover, atorvastatin induced apoptosis and inhibited protein kinase B (AKT) phosphorylation in proliferating and differentiating preadipocytes, but not in differentiated adipocytes. On the endocrine level, direct atorvastatin treatment of differentiated white adipocytes enhanced expression of the pro-inflammatory adipokine interleukin-6 (IL-6), and downregulated expression of the insulin-mimetic and anti-inflammatory adipokines visfatin and adiponectin. Finally, these direct adipotropic endocrine effects of atorvastatin were paralleled by the acute inhibition of insulin-induced glucose uptake in differentiated white adipocytes, while protein expression of the thermogenic uncoupling protein-1 (UCP-1) in brown adipocytes remained unchanged. Taken together, our data for the first time demonstrate direct differentiation state-dependent effects of atorvastatin including apoptosis, modulation of pro-inflammatory and glucostatic adipokine expression, and insulin resistance in adipose cells. These differential interactions may explain variable clinical observations.

Neutrophil apoptosis mediated by nicotinic acid receptors (GPR109A)

G protein-coupled receptor (GPR)109A (HM74A) is a G(i) protein-coupled receptor, which is activated by nicotinic acid (NA), a lipid-lowering drug. Here, we demonstrate that mature human neutrophils, but not eosinophils, express functional GPR109A receptors. The induction of the GPR109A gene appears to occur late in the terminal differentiation process of neutrophils, since a mixed population of immature bone marrow neutrophils did not demonstrate evidence for its expression. NA accelerated apoptosis in cultured neutrophils in a concentration-dependent manner, as assessed by phosphatidylserine redistribution, caspase-3 activation, and DNA fragmentation assays. The pro-apoptotic effect of NA was abolished by pertussis toxin, which was used to block G(i) proteins, suggesting a receptor-mediated mechanism. Activation of GPR109A by NA resulted in decreased levels of cyclic adenosine monophosphate (cAMP), most likely due to G(i)-mediated inhibition of adenylyl cyclase activity. NA-induced apoptosis was reversed by the addition of cell-permeable cAMP, pointing to the possibility that reduced cAMP levels promote apoptosis in neutrophils. Distal mechanism involved in this process may include the post-translational modification of members of the Bcl-2 family, such as dephosphorylation of pro-apoptotic Bad and antiapoptotic Mcl-1 proteins. Taken together, following maturation in the bone marrow, neutrophils express functional GPR109A receptors, which might be involved in the regulation of neutrophil numbers. Moreover, this study identified a new cellular target of NA and future drugs activating GPR109A receptors, the mature neutrophil.

Cytotoxic effects of camptothecin and cisplatin combined with tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand (Apo2L/TRAIL) in a model of primary culture of non-small cell lung cancer

The cytokine tumor-necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand (Apo2L/TRAIL) has been shown to preferentially induce apoptosis in cancer cells. A previous study of our group demonstrated that non-small cell lung cancer cell lines can be sensitized to Apo2L/TRAIL-induced apoptosis by chemotherapeutic agents. The aim of the present study was the evaluation of these results in a model of primary culture of non-small cell lung cancer.