Einleitung: In den letzten Jahren konnte gezeigt werden, dass Therapie-induzierte zelluläre Seneszenz in der Behandlung maligner Erkrankungen eine zweischneidige Rolle einnimmt. Einerseits kommt es durch die Seneszenzauslösung zum Zellzyklusarrest und damit Proliferationsstopp maligner entarteter Zellen. Andererseits fördern persistierende seneszente Zellen über einen spezifischen sekretorischen Phänotyp und über die Akquirierung von Stammzellfunktionen (Stemness), verbunden mit der nicht völlig „terminalen“ Stabilität des Arrestzustandes bei Verlust Seneszenz-essentieller Genexpression, Tumor-Reinitiierungspotential und somit möglicherweise Metastasierung sowie Tumorprogression und Rezidiventwicklung. Trotz dieser weitreichenden biologischen Folgen zellulärer Seneszenz ist kaum untersucht, ob neue zielgerichtete Therapien, die in der personalisierten Krebstherapie bereits vielfach eingesetzt werden, Seneszenz auslösen. Ziel dieser Arbeit war es daher, die Seneszenzauslösung durch diese neuen Medikamente zu untersuchen und mittels Genexpressionsanalysen festzustellen, welche biologischen Folgen eine solche zelluläre Seneszenz hat. Methodik: Vier Zelllinien maligner hämatologischer Erkrankungen (K562, Mec1, RC-K8 und SD-1) wurden mit neun verschiedenen zielgerichteten Inhibitoren (ABT-199, Bortezomib, Gefitinib, Ibrutinib, Idelalisib, Imatinib, Palbociclib, Tipifarnib und Vemurafenib) oder mit dem konventionellen Chemotherapeutikum Adriamycin behandelt und hinsichtlich ihres Wachstumsverhaltens sowie ihrer Viabilität untersucht. Am sechsten Tag nach Behandlung erfolgten die histochemische und fluoreszenzbasierte Färbung der Seneszenz-assoziierten -Galaktosidase. Weiterhin wurde mittels RQ-PCR die Expression von Genen des Seneszenz-assoziierten sekretorischen Phänotyps (SASP) und von Stammzell-Signaling-relevanten Genen quantifiziert. Ergebnisse: Die Behandlungen mit verschiedenen Inhibitoren führten in den Zelllinien K562, RC-K8 und SD-1 jeweils zu statistisch signifikanten Anstiegen des Anteils seneszenter Zellen, wobei Inhibitoren, die über eine Interferenz mit zellulären Kontrollmechanismen wirken, am effektivsten waren. Zusätzlich konnte auch nach der Behandlung mit Seneszenz-auslösenden Inhibitoren ein Anstieg der Expression von Genen, die für Komponenten des SASP kodieren, und von Stemness-Genen gezeigt werden, welcher jedoch meist geringer war als nach Behandlung mit Adriamycin. Diskussion: Die hier dargestellten Ergebnisse zeigen, dass auch die Behandlung mit neuen zielgerichteten, klinisch bereits eingesetzten Inhibitoren zur Auslösung zellulärer Seneszenz in verschiedenen Zelllinien führt. Da es auch hierbei zu einer gesteigerten Expression von SASP- und Stemness-Genen kam, ist zu erwarten, dass auch diese Form der Seneszenz weitreichende biologische Folgen im Rahmen der Tumorbehandlung hat. Sowohl die Ausschüttung von SASP-Faktoren als auch die Entwicklung von Stemness-Funktionen sind potentiell Tumor-promovierend. Gleichzeitig stellen diese seneszenten Zellen aufgrund der zuletzt entwickelten senolytischen und senomorphischen Therapieansätze ein neues Ziel in der Behandlung maligner Erkrankungen dar.
Introduction: In the past few years it has been shown that therapy-induced senescence acts as a double-edged sword in the treatment of malignancies. On the one hand, senescence leads to a cell cycle arrest and thus a proliferative halt of malignant cells. On the other hand, due to the secretion of specific senescence-associated factors (senescence-associated secretory phenotype, SASP) and due to the acquisition of stemcell functions (stemness), combined with a loss of essential senescence gene expression and therefore a not entirely terminal stability of the cellular arrest, persistent senescence cells promote tumor reinitiation potential and thereby dissemination as well as tumor progression and relapse. Despite this crucial biological impact of cellular senescence, the ability of novel targeted therapies, which are already applied in the clinic, to induce senescence have hardly been studied. Therefore, it was this project’s aim to investigate whether these targeted therapies induce cellular senescence and to study the biological impact of this therapy-induced senescence. Methods: Four cell lines of hematological malignancies (K562, Mec1, RC-K8 and SD-1) were treated with nine different targeted inhibitors (ABT-199, Bortezomib, Gefitinib, Ibrutinib, Idelalisib, Imatinib, Palbociclib, Tipifarnib und Vemurafenib) or with the convential chemotherapeutic Adriamycin and then studied regarding their growth behavior and viability. On day six after treatment, histochemical and fluorescence-based stainings of the senescence-associated -galactosidase were performed. Additionally, the expression of SASP-genes and genes relevant for stemcell signaling was quantified via RQ-PCR. Results: Treatment with different inhibitors led to a statistically significant increase of the fraction of senescent cells in K562, RC-K8 and SD-1 cell lines. Inhibitors, which intervene with cellular control mechanisms, were most effective. Furthermore, after treatment with senescence-inducing inhibitors an increase of the expression of SASP- and stemness-genes was shown, which however was also smaller than after Adriamycin treatment. Discussion: These results show that treatment with novel targeted, clinically already established therapies leads to cellular senescence in different cell lines. Since this senescence also led to an increased expression of SASP- and stemness-genes, it is to be expected that this form of senescence also has major consequences regarding the treatment of malignant diseases. The secretion of SASP-factors as well as the acquisition of stemness functions are potentially tumor-promoting. At the same time, due to the development of new senolytic and senomorphic therapeutic approaches, these senescent cells themselves pose a novel target in the treatment of malignant diseases.
