Die Rolle von NF-κB für die CD30-vermittelte Signaltransduktion beim Anaplastischen Großzelligen Lymphom (ALCL)

Abstract

CD30 ist ein Mitglied der Tumor-Nekrose-Faktor-Rezeptor (TNFR)-Superfamilie, der auf allen Tumorzellen des anaplastischen großzelligen T-Zell-Lymphoms (ALCL) und des klassischen Hodgkin Lymphoms (cHL) exprimiert wird. Die Aktivierung des CD30 Rezeptors findet physiologischerweise durch die direkte Interaktion mit seinem Liganden statt oder kann durch „cross-linking“ mit CD30-spezifischen Antikörpern in-vitro induziert werden. Die CD30-vermittelte Signaltransduktion erfolgt durch Interaktion der zytoplasmatischen Region des Rezeptors mit den TNFR-assoziierten Faktoren (TRAFs), infolgedessen es über mehrere Schritte zur Aktivierung des Transkriptionsfaktors NF-κB und des JNK (c-jun N-terminale Kinase)-Signalwegs kommt. Der JNK-Signalweg führt zur Aktivierung des Transkriptionsfaktors AP-1. Ziel dieser Arbeit war es, die Rolle von CD30 für die Aktivierung von NF-κB und für das Überleben der ALCL- Tumorzellen zu untersuchen. Hierfür wurde die ALCL-Zelllinie Karpas 299 mit einem Expressionsvektor transfiziert, in den ein trunkiertes IκBα-Gen kloniert wurde. Die Expression dieses Gens führt zu einem N-terminal verkürzten IκBα- Protein (IκBα∆N), das zwar an NF-κB binden, aber nicht mehr abgebaut werden kann, so dass es zur Blockierung der transkriptionellen NF-κB Aktivität kommt. Die IκBα∆N-exprimierende Karpas 299 Zellen (∆N133) zeigten eine verminderte Wachstumsrate, ohne dass eine Erhöhung der spontanen Apoptose zu beobachten war. Nach Aktivierung des CD30-Rezeptors durch Bindung eines CD30-spezifischen Antikörpers (Ki-1) kam es jedoch zu einer massiven Induktion von Apoptose, während in nicht-transfizierten Karpas 299 die Apoptose-Induktion nahezu komplett ausblieb. Dieses dramatisch unterschiedliche Apoptose-Verhalten korreliert hervorragend mit der Expression NF-κB-abhängiger Zielgene. Während es in nicht transfizierten Karpas 299 Zellen durch die CD30-Aktivierung zu einer starken Induktion von NF-κB-abhängigen Genen kommt, verhindert das trunkierte IκBα-Protein in den IκBα∆N-transfizierten Zellen die Aktivierung von NF-κB und blockiert dadurch die Expression der NF-κB Zielgene. Die CD30-vermittelte Apoptose in den IκBα∆N-exprimierenden Karpas 299 Zellen wird durch eine Aktivierung des Caspase-8 abhängigen Apoptoseweges (Todesrezeptorsignalwegs) ausgelöst. Durch die Spaltung von Bid (Mitglied der Bcl-2-Familie) durch Caspase-8 kommt es zur Freisetzung von Cytochrom c aus den Mitochondrien, welches die Bildung des Apoptosom-Komplexes bzw. die Prozessierung von Procaspase-9 zur Folge hat. Diese Aktivierung des mitochondrialen Apoptosesignalwegs verstärkt die Wirkung des Todesrezeptorsignalwegs und führt zur massiven Aktivierung der Effektorcaspase-3. Die Zugabe eines Pan-Caspase-Inhibitors verhindert die Auslösung der Apoptose nahezu vollständig. Aus den Ergebnissen dieser Arbeit kann geschlossen werden, dass die Aktivierung von CD30 zwei (gegenläufige) Prozesse induziert: (i) Auslösung von Apoptose über die Aktivierung von Caspasen und gleichzeitig (ii) Blockierung von Apoptose durch Aktivierung von NF-κB Zielgenen. Wird die Aktivierung von NF-κB – wie in dieser Arbeit gezeigt – verhindert, dann erfolgt die Caspase-vermittelte Auslösung von Apoptose. Das Wissen um diese duale Wirkung des CD30-Rezeptors ist für die Entwicklung von CD30-basierenden therapeutischen Ansätzen von großer Bedeutung.

CD30, a member of the tumor necrosis factor receptor (TNFR) superfamily, is expressed in the tumor cells of anaplastic large T cell lymphoma (ALCL) and classical Hodgkin’s lymphoma (cHL). Physiological activation of the CD30 receptor takes place by direct interaction with its ligand or can be induced in-vitro by cross-linking with CD30-specific antibodies. CD30-mediated signal transduction is achieved by interaction of cytoplasmic tail of receptor with the TNFR-associated factors (TRAFs), followed by several steps which consequently lead to activation of transcription factor NF-κB and JNK (c-jun N-terminal kinase) pathway. Moreover, JNK pathway stimulation leads to activation of transcription factor AP-1. The aim of this study was to investigate the role of CD30 for NF-κB activation and for survival of ALCL tumor cells. For this purpose ALCL cell line Karpas 299 was transfected with an expression vector containing a truncated IκBα gene. The expression of this gene leads to an N-terminal shortened IκBα protein (IκBα∆N), which is able to bind to NF-κB but cannot be degraded. This permanent binding of truncated inhibitor prevents the transcriptional activity of NF-κB. IκBα∆N-expressing Karpas 299 cells (∆N133) showed a reduced growth rate but no increased spontaneous apoptosis. Activation of the CD30 signalling pathway by binding of a CD30-specific antibody (Ki-1) led, however, to massive induction of apoptosis in transfected cells whereas no significant induction of apoptosis was detectable in untransfected Karpas 299 cells. This dramatic discrepancy in apoptosis correlates excellent with the expression of NF-κB-dependent target genes. Whereas the untransfected Karpas 299 cells displayed a strong CD30-mediated induction of NF-κB-dependent genes, IκBα∆N-expressing Karpas 299 cells (∆N133) were unable to induce the expression of NF-κB target genes. CD30-mediated apoptosis is triggered by activation of the caspase-8-dependent apoptosis pathway (death receptor signaling pathway) in IκBα∆N-expressing Karpas 299 cells. Cleavage of Bid (a member of Bcl-2 family) by caspase-8 mediates the release of the cytochrome c from mitochondria, which results in the formation of the apoptosome complex and respectively the processing of procaspase-9. This activation of mitochondrial apoptosis signaling pathway enhances function of death receptor signaling pathway and leads to massive activation of effector caspase-3. This process was completely repressed by the addition of a pan-caspase inhibitor and led to a complete blockage of apoptosis in CD30-stimulated ∆N133 (IκBα∆N-expressing Karpas 299) cells. The results of this study clearly indicate that CD30 activity induces two (opposite) processes (i) triggering of apoptosis by the activation of caspases and, at the same time, (ii) blockage of apoptosis through activation of NF-κB target genes. Inactivation of NF-κB, as showed in this study, leads to caspase-mediated apoptosis induction. Considering this dual function of the CD30 receptor might be of great importance for the development of CD30-based therapeutic approaches for patients suffering from ALCL.