Drug resistance is one of the main challenges to overcome in cancer treatment. There are three known major factors conveying multidrug resistance: P-glycoprotein, encoded from the mdr1 gene; multidrug resistance protein 1 (MRP1), encoded from the mrp1 gene and the vaults, with the lung resistance protein (LRP) encoded from the lrp gene as their chief component. Recently, LRP has been identified as an independent and superior predictive factor for drug resistance in vitro compared with P-glycoprotein and MRP1. Induction of the drug resistance had been observed in patients not only after therapy with cytotoxic drugs, but also after radiotherapy. However, these findings are from rather small studies. In the modern management of malignant diseases, the combined approach of chemotherapy and radiotherapy is often used and the understanding of potential radiation induced multidrug resistance could prove essential for the design of schedules for maximal therapeutic effect. The current study presents a thorough evaluation of the P-glycoprotein, MRP1 and LRP expression on gene and protein level in relation to irradiation, using a fractionated irradiation protocol identical to a commonly used protocol for treatment of tumor patients. The investigation was complemented by chemosensitivity assays with the cytotoxic agents bendamustine, cisplatin and doxorubicin. Evaluated were eleven cell lines of breast and colon cancer, which are most frequently treated with combined radiochemotherapy protocols. The present work reports of significant overexpression of P-glycoprotein, MRP1 and LRP on gene and protein level following fractionated irradiation. This observation was paralleled by chemoresistance to clinically relevant concentrations of bendamustine, cisplatin and doxorubicin. Furthermore, correlation between the overexpression of P-glycoprotein, MRP1 and the resistance to bendamustine and doxorubicin was detected. It should be noted that the P-glycoprotein and MRP1 overexpression as well as the simultaneous chemoresistance were still present to some degree as late as 18 days after the last irradiation. In conclusion, this investigation demonstrates that fractionated gamma-irradiation frequently induces overexpression of Pglycoprotein, MRP1 and LRP and might be the cause of the concomitant chemoresistance to structurally non-related cytotoxic drugs following radiation therapy, which is important for the development of radio- chemotherapeutic protocols.
Die medikamentöse Resistenz ist eine der häufigsten Hindernisse, die bei der Krebsbehandlung zu überwinden sind. Bekannt sind drei Grundfaktoren, die zur Multidrugresistenz beibringen: P-Glykoprotein, vom mdr1-Gen kodiert, MRP 1, kodiert vom mrp1-Gen und die Vaults, mit LRP, vom lrp-Gen kodiert, als ihr wichtigster Bestandteil. Kürzlich wurde LRP als ein unabhängiger und prädiktiver Faktor für die Multidrugresistenz in vitro im Vergleich zum P-Glykoprotein und MRP1 identifiziert. Es ist bekannt, dass eine Induktion von polymedikamentöser Resistenz bei Patienten nicht nur nach Behandlung mit zytotoxischen Medikamenten zu beobachten ist, sondern auch nach Strahlentherapie. Diese Beobachtungen fundieren aber auf ziemlich eingeschränkten Experimenten. Bei der modernen Behandlung der bösartigen Erkrankungen wird die kombinierte Strahlen- und Chemotherapie oft angewendet und eine mögliche strahlungsinduzierte Multidrugresistenz kann sich essentiell für die Schemaerstellung mit maximalem therapeutischen Effekt erweisen. Die vorliegende Arbeit stellt eine systematische Untersuchung der P-Glykoprotein, der MRP1 und der LRP-Expression auf Gen- und Proteinebene während der Bestrahlung unter Einsatz von fraktioniertem, identisch mit dem üblich zur Behandlung von krebskranken Patienten anzuwendendem Protokoll dar. Die Experimenten wurden mit Untersuchung der Sensibilität gegen folgende zytotoxische Medikamente erweitert: Bendamustin, Cisplatin und Doxorubicin. Untersucht wurden elf von kolorektalem und Mamma-Karzinom stammenden Zellenlinien; beides Karzinome, die oft mit kombinierten Strahlen- und chemotherapeutischen Protokollen behandelt werden. Die vorliegende Arbeit zeigt eine signifikante Überexpression von P-Glykoprotein, MRP1 und LRP auf Gen- und Proteinebene nach fraktionierter Bestrahlung. Parallel wurde medikamentöse Resistenz gegen klinisch erreichbare Konzentrationen von Bendamustin, Cisplatin und Doxorubicin gefunden. Außerdem wurde eine Korrelation zwischen der Überexpression von P-Glykoprotein, MRP1 und der Resistenz gegen Bendamustine und Doxorubicin demonstriert. Es ist bemerkenswert, dass die Überexpression von P-Glykoprotein und MRP1 und die sie begleitende medikamentöse Resistenz in gewissem Maße auch 18 Tage nach der letzten Bestrahlung meßbar waren. Zum Schluss zeigt diese Arbeit, dass die fraktionierte Bestrahlung mit Gamma- Strahlen oft eine Überexpression von P-Glykoprotein , MRP1 und LRP induziert und die Ursache für die begleitende medikamentöse Resistenz gegen strukturell nicht zusammenhängende zytotoxische Medikamente darstellt, was von besonderer Bedeutung bei der Erstellung von den Strahlen-Chemo-Therapie-Protokollen ist.