dc.contributor.author
Winsel, Sebastian
dc.date.accessioned
2018-06-07T21:45:00Z
dc.date.available
2009-07-09T08:50:50.348Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/8374
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-12573
dc.description.abstract
Microtubule-stabilizing drugs, like taxanes are frequently used in the clinic
for the treatment of lung, breast, ovary, head and neck carcinomas and
melanomas. However, some tumors develop resistance which impairs the success
of chemotherapy. Sagopilone, a novel microtubule-stabilizing drug from the
class of epothilones, was selected to overcome the limitations associated with
conventional tubulin-binding agents. The aim of this study was to investigate
the mode of action of sagopilone and to elucidate molecular mechanisms of
resistance. Sagopilone strongly inhibited cellular proliferation of various
tumor cell lines in vitro. In contrast to paclitaxel, sagopilone inhibited the
growth of multi drug transporter (MDR1) overexpressing cell lines, a common
mechanism of resistance to paclitaxel. Depending on the drug concentration,
Sagopilone mainly induced two different phenotypes. Low concentration
treatment (2.5 nM) resulted in aberrant cell division, aneuploidy and cell
cycle arrest in G1 whereas high concentration treatment (40 nM) led to mitotic
arrest. These effects were similar to those observed with paclitaxel. However,
unlike paclitaxel, sagopilone disturbed division of tumors cells already at
the low concentration of 0.5 nM. The gene expression profiles of low and high
concentration phenotypes were substantially different from each other. Low
concentration sagopilone led to p53 (TP53) transactivation in A549 lung cancer
cells leading to cell cycle arrest. Incubation with high concentration of
sagopilone was associated with upregulation of several genes involved in
spindle assembly checkpoint and mitosis, indicating mitotic arrest. For both
phenotypes differences in the ability to undergo apoptosis were observed. Low
concentration treated A549 cells showed markedly diminished apoptosis
induction capability when compared to the high concentration sagopilone-
treated cells. The knock-down of p21 (CDKN1A) and p53 in A549 cells led to
abrogation of G1 arrest induced by low concentration sagopilone and to further
progression of the cell cycle. This markedly increased the rate of apoptosis
after low concentration sagopilone treatment. The relevance of the p53
transactivation was further demonstrated in in vivo A549 xenograft tumors
which only moderately responded to sagopilone. These tumors showed the low
concentration gene expression pattern similar to A549 cells in vitro as
distinguished through upregulation of p53 target genes like p21. The gene
expression of the cell cycle inhibitor p21 was induced more strongly in the
four p53 wild type cell lines than the four p53 mutated cell lines. However,
the p53 mutational status of the cell lines did not correlate with the
sensitivity to sagopilone-induced apoptosis, indicating that additional
mechanisms of resistance may exist. Herein it was demonstrated that paclitaxel
and sagopilone have a similar mechanism of action, but the efficacy of
sagopilone to inhibit tumor cell proliferation was higher. Sagopilone induced
aberrant cell division and G1 arrest at low concentrations and mitotic arrest
at high concentrations. The upregulation of p53 target genes and the induction
of G1 arrest in response to low concentrations of sagopilone, as shown in A549
cells, may represent one cellular mechanism of resistance to the drug. The
presented data could provide the basis for more extensive research as to
whether the p53 mutational status can be used as a stratification marker for
sagopilone response in the clinic and whether targeting p53 could increase the
response to sagopilone.
de
dc.description.abstract
Mikrotubuli-stabilisierende Substanzen, wie beispielsweise Taxane, werden in
der Klink häufig zur Behandlung von Lungen-, Brust-, Ovarial-, Kopf-Hals-
Karzinomen oder Melanomen eingesetzt. Unter der Behandlung mit Taxanen
entwickeln einige Tumore jedoch Resistenzen gegen diese Medikamente, was den
Erfolg der Chemotherapie beeinträchtigt. Sagopilone, eine neue Mikrotubuli-
stabilisierende Verbindung aus der Klasse der Epothilone, wurde entwickelt, um
die Nachteile herkömmlicher Tubulin-bindender Substanzen zu überwinden. In
dieser Doktorarbeit sollte die Wirkungsweise von Sagopilone auf Tumorzellen
aufgeklärt werden und mögliche Resistenzmechanismen der Tumorzellen gegen
Sagopilone untersucht werden. In vitro wird die Proliferation von
verschiedenen Tumorzellen durch Sagopilone stark inhibiert. Im Gegensatz zu
Paclitaxel hemmt Sagopilone auch die Proliferation von MDR1 (multi drug
transporter) überexprimierenden Zellen, einem bekannten Resistenzmechanismus
der Tumorzellen gegen Paclitaxel. Sagopilone induzierte zwei unterschiedliche
Phänotypen. Geringe Konzentrationen lösten eine anomale Zellteilung aus, die
zu Aneuploidie und Zellzyklusarrest in der G1 Phase führte. Hohe
Konzentrationen führten zu einem Arrest des Zellzyklus in der Mitose. Diese
Effekte sind denen Paclitaxels sehr ähnlich. Im Gegensatz zu Paclitaxel war
bei Sagopilone jedoch schon bei sehr geringen Konzentrationen (0.5 nM) eine
antiproliferative Wirkung festzustellen. Geringe und hohe Konzentrationen
Sagopilone zeigten zudem ein unterschiedliches Genexpressionsprofil. Geringe
Konzentrationen Sagopilone (2.5 nM) führten in den Lungenkarzinom Zellen A549
zu einer transkriptionellen Aktivierung von p53 (TP53) kontrollierten Genen.
Hohe Konzentrationen Sagopilone (40 nM) führten zu einer Hochregulation von
Genen, die im spindle assembly checkpoint und der Mitose eine Rolle spielen.
Diese Phänotypen zeigten eine unterschiedlich starke Apoptose-Auslösung in
A549 Zellen nach Sagopilone Behandlung. A549 Zellen, die mit einer geringen
Konzentration Sagopilone behandelt wurde, wiesen signifikant geringere
Apoptose-Raten auf, verglichen mit A549 Zellen, die mit hohen Konzentrationen
Sagopilone behandelt wurden. Die Herunterregulation von p21 (CDKN1A) und p53
mittels shRNAs in A549 Zellen führte zur Aufhebung des G1 Zellzyklusarrests
nach Behandlung mit geringen Konzentrationen Sagopilone. Dieser Effekt hatte
signifikant höheren Apoptose-Raten von A549 Zellen nach der Behandlung mit
geringen Konzentrationen Sagopilone zur Folge. Die Bedeutung der
transkriptionellen p53 Aktivierung konnte zusätzlich an einem A549 Xenograft
Mausmodell gezeigt werden, welches nur einen geringfügigen Rückgang im
Tumorwachstum nach Sagopilone Gabe zeigte. Das Genexpressionsprofil dieser
Tumore entsprach dem der A549 Zellen, die in vitro mit geringen
Konzentrationen Sagopilone behandelt wurden und eine Apoptose-Resistenz
aufwiesen. Eine unterschiedlich starke Induktion der Genexpression von p21
konnte in 4 verschieden Zelllinen mit normalem p53 im Gegensatz zu 4 Zelllinen
mit mutiertem p53 festgestellt werden. Es konnte allerdings kein Zusammenhang
zwischen der p21 Induktion und der Apoptose-Auslösung von p53 mutierten und
normalen Zelllinen gefunden werden. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden,
dass Sagopilone und Paclitaxel einen ähnlichen Wirkmechanismus haben, die
Effizienz von Sagopilone jedoch höher ist. Sagopilone induziert eine anomale
Zellteilung und G1 Arrest bei geringen Konzentrationen und mitotischen Arrest
bei hohen Konzentrationen. Die transkriptionelle Aktivierung von p53 und der
G1 Arrest nach geringen Sagopilone Konzentrationen stellen einen möglichen
Resistenzmechanismus dar. Die gezeigten Daten bilden eine Grundlage für
weitergehende Forschungen, ob der p53 Status von Tumoren als
Stratifikationsmarker für die Wirkung von Sagopilone benutzt werden kann.
de
dc.format.extent
VIII, 97 S.
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::570 Biowissenschaften; Biologie::572 Biochemie
dc.title
Molecular mode of action and mechanism of resistance of the microtubule-
stabilizing drug Sagopilone
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Petra Knaus
dc.contributor.furtherReferee
Dr. Bernard Haendler
dc.date.accepted
2009-07-02
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000011095-7
dc.title.translated
Molekularer Wirkmechanismus und Resistenzmechanismen der Mikrotubuli-
stabilisierenden Substanz Sagopilone
de
refubium.affiliation
Biologie, Chemie, Pharmazie
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000011095
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000005890
dcterms.accessRights.dnb
free
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open access