Impact of selective inhibition of CDKs on the integration of nuclear events in cancer cells with varying proliferation potential

Krebs ist eine Erkrankung mit wachsenden Inzidenzzahlen, daher es ist wichtig kontinuierliche Fortschritte in dessen Therapie zu erreichen. Eine der größten Herausforderungen ist die Heterogenität der Erkrankung, welche sogar innerhalb einen Patienten auftreten kann. Deswegen es ist sehr wichtig, eine diesen Herausforderungen entsprechende therapeutische Strategie zu entwickeln. Cyclin-abhängige Kinasen (CDKs) spielen sehr wichtige Rolle in Zellzyklusregulierung und Apoptose. Die gezielte Inhibition der CDKs ist effektiv in bekämpfen unterschiedlicher maligner Tumore. CDK Inhibitoren sind eine vielversprechende Medikamentengruppe, welche in mehrere durch CDKs regulierte Prozesse eingreift und pleiotrope Effekte aufweist. Ein weiterer Vorteil ist, dass CDK Inhibitoren keine Genotoxizität aufweisen und die gesunden Zellen viel weniger angreifen. Es gibt Zellzyklus und Transkription regulierende CDKs. Inhibieren der Zellzyklus regulierenden CDKs führt nicht nur zur Arretierung der Zellen in eine Phase des Zellzyklus, sondern auch zur Induktion der Apoptose, z.B. durch Destabilisieren des Survivins, eines Apoptose Inhibitors. Inhibition der Transkription bewirkt eine Reduktion der antiapoptotischen Faktoren, wie Mcl-1 oder BCL-2, und führt die Zellen mit gestörter Apoptose Regulation in den Zelltod. Drei Substanzen wurden ausgewählt, um die Effekte auf Krebszellen zu untersuchen: Roscovitine, Olomoucine II und CAN508. Roscovitine befindet sich bereits in klinischen Studien, die anderen zwei Substanzen sind noch neu. Roscovitine inhibiert die Zellzyklus regulierenden CDK2/cyclin E und CDK1/cyclin B, sowie Transkription regulierenden CDK7/cyclin H und CDK9/cyclin T1. Olomoucine II inhibiert die letzten Transkription regulierenden CDKs sowie das Zellzyklus regulierende CDK2/cyclin E. Dabei wird CDK9/cyclin T1 am stärksten inhibiert, so wie im Fall des CAN508. Nach Behandlung mit CDK Inhibitoren wurde eine Reduktion der Anzahl der proliferierenden Zellen und Induktion der Apoptose festgestellt. Die pleiotrope Funktionsweise der CDK Inhibitoren ermöglicht, dass nicht nur schnell teilende Zellen, sondern auch langsam teilende Zellen mit gestörter apoptotischer Funktion, etwa CLL Zellen, betroffen werden. Auch Zellen ohne Caspase-3 oder mit inaktiviertem oder mutiertem p53 Protein gehen in die Apoptose nach Behandlung mit CDK Inhibitoren. Diese überwinden sogar P-gp assoziierte Medikamenten-Resistenz. CDK Inhibitoren beeinflussen die Zelldistribution und den funktionellen Status von Nucleophosmin, eines mehrere zelluläre Prozessen beeinflussenden nucleolaren Proteins. Darüber hinaus weisen CDK Inhibitoren gute Kooperation mit anderen Substanzen auf, was ihre Integration in diverse Schematherapien ermöglicht. Roscovitine und Olomoicine II weisen unterschiedliche Funktionsweisen auf. Olomoucine II zeigt dabei eine stärkere Selektivität. Durch seine pleiotopische Funktionsweise greift Roscovitine in mehrere zelluläre Prozesse ein. Die Resultate wurden hinsichtlich unterschiedlicher Wirkungsweise der CDK Inhibitoren erörtert.Cancer is a disease with increasing incidence. One of the greatest challenges of the treatment is the fact that malignant diseases are very heterogenic, moreover, heterogeneity of cancer cells can be found in one cancer patient. Therefore it is important to find a therapeutic strategy which is able to bear this challenge. Cyclin- dependent kinases (CDKs) have an important role in cell proliferation and apoptoisis. The targeted inhibition would provide an efficient manner to combat different malignancies. Inhibitors of CDKs are a very promising group of therapeutics with a pleiotropic mode of action due to interfering with different mechanisms regulated by CDKs. The advantages of the CDK inhibitors are lack of genotoxicity and minor affection of healthy cells. There are two types of CDKs: cell cycle regulatory CDKs and transcriptional CDKs. Inhibition of cell cycle regu-latory CDKs leads not only to cell cycle arrest, but also induces apoptosis, for instance by destabilization of inhibitor of apoptosis survivin. Inhibition of transcription leads to the decrease of anti-apoptotic factors like Mcl-1 or BCL-2, inducing apoptosis in cells with an impaired apoptotic pathway. Three CDK inhibitors were chosen for evaluating their effects on distinct cancer cells: roscovitine, olomoucine II and CAN508. Roscovitine is a substance already in clinical trials, whereas other two inhibitors are new. Roscovitine inhibits the cell cycle regulatory complexes CDK2/cyclin E, CDK1/cyclin B, and tran- scriptional complexes CDK7/cyclin H and CDK9/cyclin T1. Olomoucine II inhibits the latter two transcriptional complexes as well as the cell cycle regulatory complex CDK2/cyclin E, however the most potent inhibition is, like in case of CAN508, that of CDK9/cyclin T1. Here, reduction of the number of proliferating cells and induction of apoptosis were detected in different kinds of cultured human cells following treatment with CDK inhibitors. This pleotropic mode of action affected not only rapidly dividing cells, but also of slowly dividing cells with an impaired apoptotic pathway, like CLL cells. In addition, this enabled the driving into apoptosis of cells lacking caspase-3 or those with silenced or mutated p53 protein. CDK inhibitors also overcome P-gp associated drug resistance. Moreover, CDK inhibitors impaired the distribution and functional status of nucleophosmin, a nucleolar protein involved in a number of cellular processes. Additionally, CDK inhibitors could be included with other medication in therapeutic schemes. Differences in the mode of action of roscovitine and olomoucine II were found. Olomoucine II demonstrated stronger selectivity than roscovitine. Roscovitine was able to interfere with many cellular processes due to its pleiotropic effects. The results are dis-cussed in terms of treatment efficacies of various CDK inhibitors.submitted by Oxana KominaAbweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des VerfassersZsfassung in dt. SpracheWien, Med. Univ., Diss., 2013OeBB(VLID)171387