Die Rolle von ClC-3 bei der Chemotherapieresistenz neuroendokriner Tumorzellen

Abstract

Resistenz gegenüber Zytostatika ist ein wichtiges Problem bei der Therapie niedrig differenzierter neuroendokriner Tumoren. Eine Resistenzentwicklung auf zellulärer Ebene kann verschiedene Ursachen haben. Ein Faktor scheint dabei der pH-Wert intrazellulärer Vesikel zu sein, da sich schwach basische Chemotherapeutika in sauren Vesikeln anreichern und so von ihrem Wirkort, dem Nukleus, ferngehalten werden. ClC-3, ein Mitglied der ClC-Chloridkanal- Familie, wird in intrazellulären Vesikeln neuronaler Zellen exprimiert und ist durch Bereitstellung eines Anionenshunts an der vesikulären Azidifizierung beteiligt. Ausgangspunkt der vorliegenden Studie war die Hypothese, dass ClC-3 eine Rolle bei der Chemotherapieresistenz neuroendokriner Tumorzellen spielt. In der vorliegenden Studie konnte gezeigt werden, dass ClC-3 in den neuroendokrinen Tumorzelllinien BON, LCC-18 und QGP-1 und der murinen Phäochromozytomlinie PC12 exprimiert wird und in BON-Zellen in intrazellulären Vesikeln mit dem lysosomalen Marker Lamp-1 kolokalisiert. Überexpression eines ClC-3-GFP-Fusionsproteins erhöhte die durch Acridin Orange-Fluoreszenzmessung erhobene vesikuläre Azidität. Dies konnte in der vorliegenden Studie sowohl in Experimenten mit lebenden Zellen als auch in Untersuchungen isolierter Lysosomen gezeigt werden. Die Expression von ClC-3-GFP verstärkte zudem die Chemotherapieresistenz der Zellen gegenüber dem schwach basischen Etoposid (pK = 9,8) sowohl in BON- also auch HEK293-Zellen. Inhibition der vesikulären Azidifizierung durch den spezifischen v-H+-ATPase-Inhibitor Concanamycin A konnte den intravesikulären pH alkalisieren und die Sensitivität gegenüber Etoposid erhöhen. Ein in der Literatur beschriebener Effekt der Protonenpumpeninhibitoren (PPI) Omeprazol und Pantoprazol auf intravesikulären pH und Sensitivität gegenüber Etoposid ließ sich jedoch hier nicht nachweisen. Somit zeigen die hier vorgestellten Ergebnisse eine Rolle des pH-Wertes im lysosomalen Kompartiment für die Resistenz neuroendokriner Tumorzellen gegenüber schwach basischen Chemotherapeutika. ClC-3 konnte durch Unterstützung der vesikulären Azidifizierung die Resistenz gegenüber dem schwach basischen Zytostatikum Etoposid steigern.

Resistance to chemotherapeutic agents is an important problem in the therapy of poorly-differentiated neuroendocrine carcinoma. Sequestration of weak base chemotherapeutics in acidic intracellular vesicles could be one reason for the developement of drug resistance. ClC-3, a member of the ClC family of chloride channels and transporters, is expressed in intracellular compartments of neuronal cells and involved in vesicular acidification. Here, a role for ClC-3 in drug resistance of neuroendocrine tumors is hypothesized. It is shown that ClC-3 is expressed in neuroendocrine tumor cell lines, such as BON, LCC-18, and QGP-1, and localized in intracellular vesicles colabeled with the late endosomal/lysosomal marker LAMP-1. ClC-3 overexpression increased the acidity of intracellular vesicles, as assessed by acridine orange staining, and enhanced resistance to the chemotherapeutic drug etoposide in BON cells. Prevention of organellar acidification, by inhibition of the vacuolar H+-ATPase, reduced etoposide resistance. No expression of common multidrug resistance transporters, such as P-glycoprotein or multidrug-related protein-1, was detected in either the BON parental cell line or the derivative clone overexpressing ClC-3. The probable mechanism of enhanced etoposide resistance can be attributed to the increase of vesicular acidification as consequence of ClC-3 overexpression. This study therefore provides first evidence for a role of intracellular ClC proteins in the modulation of cancer drug resistance.