Strahlenwirkungen auf primäre Prostataepithelzellen (PrEC) in Abhängigkeit von der Strahlenart und von der Vorbehandlung mit Natriumselenit
Radiation Effects on primary prostate epithelial cells (PrEC), as a function of the type of radiation and the pre-treatment with sodium-selenite
by Kathrin Lächner
Date of Examination:2012-07-03
Date of issue:2013-04-25
Advisor:Prof. Dr. Patricia Virsik-Köpp
Referee:Prof. Dr. Steffen Emmert
Referee:Prof. Dr. Martin Oppermann
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Description:Dissertation
Abstract
English
Das Prostatakarzinom ist der häufigste maligne Tumor des Mannes. Trotz der Möglichkeit der Früherkennung durch die Bestimmung des PSA Wertes wird das Prostatakarzinom oft erst in einem fortgeschrittenen Stadium entdeckt, da es in Frühstadien meist asymptomatisch ist. Neben der primären Operation stellt die externe Strahlentherapie einen gleichwertigen Ansatz in der kurativen Therapie des Prostatakarzinoms dar, jedoch mit unterschiedlichem Nebenwirkungsspektrum. Durch Röntgenstrahlen kommt es zu einer direkten Schädigung der Zielzelle durch Doppelstrangbrüche und zu einer indirekten Schädigung durch die Bildung von reaktiven oxidativen Spezies (ROS). Kann die Zelle den entstandenen DNA-Schaden nicht reparieren, kommt es zum Zelltod. Dies kann über verschiedene Mechanismen ablaufen. Im Rahmen dieser Doktorarbeit führten Natriumselenit und eine kombinierte Natriumselenit-Vorbehandlung und anschließende Bestrahlung zwar zu einem stark verminderten klonogenen Überleben der PrEC, diese Ergebnisse sind aber im Kontext der hohen Empfindlichkeit der Zelllinie bei suboptimalen Kulturbedingungen nicht direkt auf Patienten übertragbar. PrEC erwiesen sich in Bezug auf die Strahlen- und Selenit-induzierte Apoptose als relativ resistent. Der Caspase-3-Aktivitäts-Assay bestätigte den fehlenden Effekt von Selenit auf die Induktion der Apoptose in PrEC. Normale Zellen können sich folglich ausreichend vor dem Natriumselenit-induzierten Zelltod schützen. Tumorzellen hingegen gehen bei oxidativem Stress vermehrt in den Zelltod. Dies läuft vor allem über apoptotische Signalwege ab. In PC 3 Zelllinien starben 60% der Zellen alleine durch die Zugabe von Natriumselenit. Eine zusätzliche Bestrahlung erhöhte die Apoptoserate auf 80%. Bezüglich der Therapie-induzierten Seneszenz (TIS) bewirkte weder eine Bestrahlung bis 4 Gy noch eine Natriumselenit-Vorbehandlung noch die Kombination aus beidem signifikante Effekte in PrEC. In metastasierten Prostatakarzinom-Zelllinien (DU-145-Zellen und PC3-Zellen) induzierte sowohl die Bestrahlung von 4 Gy (nach 24h) als auch 6 Gy (nach 48h) eine signifikant höhere Seneszenzrate im Vergleich zu unbestrahlten Zellen. Diese Erkenntnisse deuten darauf hin, dass die TIS die Tumortherapie der Zukunft verbessern kann, da Tumorzellen vermehrt absterben, wohingegen gesunde PrEC resistent sind. Da weder eine Röntgenbestrahlung noch ein erhöhter oxidativer Stress (durch Natriumselenit) in PrEC zu vermehrter Apoptose oder Seneszenz führten, galt zu klären, wie sich die unterschiedlichen Zelllinien (PrEC, DU-145, PC3) zu schützen vermögen. Da Antioxidantien in der Lage sind, ROS, die nach einer Bestrahlung entstehen, zu neutralisieren, untersuchten wir zwei wichtige Stellvertreter dieser Gruppe: Glutathion und Gesamt-SOD. Die vorliegenden Ergebnisse zeigten, dass normale Zellen größere Mengen an SOD besitzen als Krebszellen. Diese erhöhte SOD-Expression spielt eine bedeutende Rolle in der Neutralisation von Superoxidradikalen, welche beim Selenit-Metabolismus erzeugt werden. Gesunde Zellen, wie die PrEC, schützen sich dadurch besser vor dem Selenit-induzierten Zelltod. Maligne Zelllinien besitzen geringere Mengen an Antioxidantien, was in einer erhöhten Sensivität gegenüber Natriumselenit resultiert. In der unbehandelten metastasierten Zelllinie DU 145 wurden geringere Mengen an GSH und SOD detektiert. Jedoch scheinen DU 145 ähnlich wie PrEC mit einer Hochregulation von GSH auf Natriumselenit zu reagieren. SOD hingegen wird depletiert. In PC3 Zellen kommt es durch Natriumselenit zu einer GSH Depletion. Die SOD-Konzentration ist in diesen Zellen sowohl in der Kontrolle, als auch nach Natriumselenit-Vorbehandlung sehr gering. Durch diese geringen Mengen an antioxidativ wirksamen SOD reagieren PC3 Zellen empfindlich auf erhöhten oxidativen Stress, wie er durch Natriumselenit ausgelöst werden kann. Eine neue, effektive und nebenwirkungsarme Therapieoption des Prostatakarzinoms stellt die Bestrahlung mit schweren Ionen dar. Schwere Ionen (N-Ionen) töteten bei der gleichen Strahlendosis doppelt so viele Tumorzellen wie die konventionelle Röntgenstrahlung, aufgrund ihrer höheren relativen biologischen Wirksamkeit. Schwere Ionen vermindern in PrEC das klonogene Überleben stärker als Röntgenstrahlen. Dieser Effekt ist jedoch aufgrund der günstigen Ionen-Dosisverteilung sehr klein (sehr niedrige Dosis im Normalgewebe versus hohe Dosis im Tumor). Eine exakte Therapieplanung minimiert diesen Effekt.
Keywords: Prostate cancer; selenite; PrEC
Schlagwörter: Prostatakarzinom; Natriumselenit; PrEC