Molecular mechanisms of non-apoptotic signaling of the death-ligand TRAIL (Apo-2 ligand)

TRAIL (tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand)/Apo-2 Ligand ist ein Mitglied der TNF (tumor necrosis factor)-Superfamilie, das in den vergangenen Jahren als potentielles Tumortherapeutikum breite Aufmerksamkeit auf sich gezogen hat. Denn über seine korrespondierenden Todesrezeptoren induziert TRAIL vornehmlich in Tumorzellen den apoptotischen Zelltod, während normale Zellen unbeschadet bleiben (Ashkenazi et al., 1999; Walczak et al., 1999; Griffith et al., 1998). Neuere Studien belegen allerdings, dass die TRAIL-Todesrezeptoren neben ihrer herausragenden Funktion als Auslöser der Apoptose zusätzlich die Fähigkeit zur Aktivierung nicht-apoptotischer Signalwege besitzen. In der vorliegenden Arbeit wurden vornehmlich die nicht-apoptotischen Signalwege wie die MAPK-Kaskaden sowie die NFkappaB-Signalwege in Verbindung mit der Aktivierung von Apoptose sowie der Induktion des Chemokins IL-8 analysiert. Hierfür wurde die humane Pankreasadenokarzinomzellinie Colo 357 verwendet. In den Experimenten konnte nachgewiesen werden, dass TRAIL die MAP Kinasen JNK, ERK und p38 in Colo 357 Zellen induziert. Die Induktion erfolgte hierbei unabhängig vom apoptotischen Zelltod aber abhängig von der Aktivierung der Caspasen. Desweiteren konnte eine TRAIL-vermittelte Aktivierung des Transkriptionsfaktors NFkappaB in Colo 357 Zellen demonstriert werden. Anhand von ELISA-Experimenten wurde gezeigt, dass sowohl die Aktivierung der MAP Kinasen als auch die Aktivierung von NFkappaB eine essentielle Rolle bei der TRAIL-vermittelten Induktion von IL-8 spielen. Durch die Induktion von IL-8 wiederum kann TRAIL inflammatorische Effekte induzieren. Im Hinblick auf eine potentielle Tumortherapie mit TRAIL legen die Daten dieser Studie die Notwendigkeit von Kombinationstherapien mit TRAIL nahe. So kann durch die Kombination von TRAIL mit anti-inflammatorisch wirkenden Medikamenten eine Reduktion entzündlicher Nebenwirkungen erzielt werden. Andererseits kann durch Verwendung von TRAIL zusammen mit Proteasom-Inhibitoren die Resistenz gegenüber TRAIL-vermittelter Apoptose vermindert werden und gleichzeitig eine anti-inflammatorische und NFkappaB-hemmende Wirkung erzielt werden.TRAIL (tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand), also known as Apo-2 ligand, is one of several members of the TNF (tumor necrosis factor) superfamily that induce apoptosis through engagement of death receptors (Wiley et al., 1995). This protein has generated tremendous excitement as a potential tumor-specific cancer therapeutic because it selectively induces apoptosis in many transformed cells but not in normal cells (Ashkenazi et al., 1999; Walczak et al., 1999; Griffith et al., 1998). Since its discovery in 1995, TRAIL has been predominantly described as a potent inducer of apoptosis with functions in tumor surveillance and immune privilege through binding of its corresponding death receptors. More recent studies however point to additional, apoptosis-independent functions of the TRAIL-death-receptors. The experiments described in this study focused mainly on TRAIL-mediated activation of the non-apoptotic signaling pathways as the MAPK (mitogen-activated protein kinase) cascades and the transcriptional factor NFkappaB in connection with the induction of apoptotic cell death as well as the induction of the chemokine IL-8. For the described project the human pancreatic cancer cell line Colo 357 was predominantely used. The experiments demonstrated that TRAIL induces the activation of the MAPK cascades JNK, ERK and p38 in Colo 357 cells. This induction occured independently of the induction of apoptotic cell death but dependently of the activation of caspases. Furthermore a TRAIL-mediated activation of the transcriptional factor NFkappaB was demonstrated in Colo 357 cells. Both the activation of the MAP kinase JNK and the induction of NFkappaB were shown to play a decisive role in the TRAIL-induced expression of the chemokine IL-8. In correspondance to potential tumor-specific cancer therapy with TRAIL the data of this study suggest the use of combintion therapies of TRAIL, on the one hand combination with anti-inflammatory drugs to avoid side effects arising from the proinflammatory potential of TRAIL and on the other hand combintaion with drugs to overcome resistance against TRAIL-mediated apoptosis such as proteasomal inhibitors which were shown to not only reinforce TRAIL-mediated apoptosis but also have anti-inflammatory and NFkappaB inhibitory effects