Charakterisierung der Rekrutierung von aus Knochenmark (BM) stammenden hämatopoetischen Stamm- und Vorläuferzellen (HSPCs) innerhalb der Tumormikroumgebung nach Strahlentherapie (RT) in einem murinen, heterotopen Tumormodell.
Jonathan Kane, Sarah A. Krueger, Joshua T. Dilworth, John T. Torma, George D. Wilson, Brian Marples, Gerard J. Madlambayan
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Die Exposition gegenüber Hypoxie nach der Bestrahlung erhöht die Strahlenresistenz von Prostatakrebszellen.
Tumorhypoxie ist ein häufiges Merkmal von Prostatatumoren, das mit der Stabilisierung des Hypoxie-induzierbaren Faktors 1alpha (HIF-1α) und einer schlechten Prognose nach einer Strahlentherapie verbunden ist. Sauerstoffmangel zum Zeitpunkt der Bestrahlung ist mit Strahlenresistenz verbunden, neuere Berichte deuten jedoch darauf hin, dass die Strahlenreaktion auch durch die dynamische Natur der Tumorhypoxie moduliert wird.
Derek Hennessey, Lynn Martin, Anne Atzberger, Thomas Lynch, Donal Hollywood und Laure Marignol
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Proteasom-Inhibitoren blockieren die DNA-Reparatur und strahlensensibilisieren nicht-kleinzelligen Lungenkrebs.
Trotz optimaler Strahlentherapie (RT), Chemotherapie und/oder Operation scheitert die Behandlung bei einem Großteil der Patienten mit lokal fortgeschrittenem nicht-kleinzelligem Lungenkrebs (NSCLC). Um neue Genziele für eine verbesserte Tumorkontrolle zu identifizieren, führten wir RNAi-Screenings des gesamten Genoms durch, um Knockdowns zu identifizieren, die die NSCLC-Zytotoxizität am reproduzierbarsten erhöhen. Diese Screens identifizierten mehrere Proteasom-Untereinheiten unter den Top-Hits, darunter den Top-Hit PSMA1, eine Komponente des Kern-20-S-Proteasoms. Strahlung und Proteasomhemmung zeigten synergistische Effekte. Die Hemmung des Proteasoms führte zu einer 80-90-prozentigen Abnahme der homologen Rekombination (HR), einer 50-prozentigen Abnahme der Expression der NF-κB-induzierbaren HR-Gene BRCA1 und FANCD2 und einer Reduktion der durch ionisierende Strahlung induzierten Herde BRCA1, FANCD2 und RAD51. IκBα-RNAi-Knockdown rettete die Strahlenresistenz von NSCLC. Die Bestrahlung von Mäusen mit NCI-H460-Xenotransplantaten nach dem induzierbaren PSMA1-shRNA-Knockdown erhöhte das Überleben der Mäuse deutlich im Vergleich zu beiden Behandlungen allein. Die Hemmung des Proteasoms ist eine vielversprechende Strategie für die Radiosensibilisierung von NSCLC durch Hemmung der NF-κB-vermittelten Expression von Fanconi-Anämie/HR-DNA-Reparaturgenen.
Cron KR, Zhu K, Kushwaha DS, Hsieh G, Merzon D, Rameseder J, Chen CC, D'Andrea AD, Kozono D.
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Die Hemmung von Hsp27 radiosensibilisiert Kopf-Hals-Krebs durch Modulation der Desoxyribonukleinsäure-Reparatur.
Vorstellung einer neuartigen Methode zur Radiosensibilisierung von Tumoren durch Hsp27-Knockdown unter Verwendung von Locked Nucleic Acid (LNA) und Untersuchung der Rolle von Hsp27 bei der Reparatur von DNA-Doppelstrangbrüchen (DSB).
David M. Guttmann, Lori Hart, Kevin Du, Andrew Seletsky, Constantinos Koumenis
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Das DNA-Mismatch-Reparaturprotein MSH2 bestimmt das Überleben der Zellen als Reaktion auf niedrig dosierte Strahlung in Endometriumkarzinomzellen.
DNA-Reparatur und G2-Phase-Zellzyklus-Checkpoint-Reaktionen sind an der Manifestation von Hyperradiosensitivität (HRS) beteiligt. Die niedrig dosierte Radioantwort von MSH2-isogenen Endometriumkarzinom-Zelllinien wurde untersucht. Defekte bei der Zellzyklus-Checkpoint-Aktivierung und die DNA-Schadensreaktion in bestrahlten Zellen (0.2 Gy) wurden bewertet. HRS wurde ausschließlich in MSH2+-Zellen exprimiert und war mit einer effizienten Aktivierung des frühen G2-Phase-Zellzyklus-Checkpoints verbunden. Die Aufrechterhaltung des Stillstands war mit anhaltenden MRE11-, γH2AX- und RAD51-Herden 2 Stunden nach der Bestrahlung verbunden. 11 Stunden nach 51 Gy waren auch persistierende MRE24- und RAD0.2-Herde erkennbar. MSH2 erhöht die Strahlenempfindlichkeit der Zellen gegenüber niedrig dosiertem IR erheblich.
Lynn Martin, Brian Marples, Anthony M Davies, Anne Atzberger, Connla Edwards, Thomas Lynch, Donal Hollywood und Laure Marignol
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Ein integriertes Röntgen-/optisches Tomographiesystem für die präklinische Strahlenforschung.
Die aktuelle Small Animal Radiation Research Platform (SARRP) eignet sich nur unzureichend für die Lokalisierung kleiner Weichteilziele für die Bestrahlung oder von Tumormodellen, die in einer Weichteilumgebung wachsen. Daher ist eine zur Röntgen-CT komplementäre bildgebende Methode erforderlich, um den Massenschwerpunkt (CoM) des Weichteilziels auf 1 mm genau zu lokalisieren. In diesem Artikel berichten wir über die Entwicklung eines integrierten Röntgen-/Biolumineszenz-Bildgebungs-/Tomographiesystems (BLI/BLT), um ein präklinisches, hochauflösendes Bestrahlungssystem bereitzustellen. Dieses System kann zur Untersuchung von Strahlungseffekten bei Kleintieren unter der Führung der Conebeam-Computertomographie (CBCT) verwendet werden, indem das Biolumineszenz-Bildgebungssystem (BLI) als eigenständiges System hinzugefügt wird, das auch an das SARRP angedockt werden kann. Das vorgeschlagene System integriert zwei rotierende Robotertische und eine Röntgenquelle mit einer Nennleistung von maximal 130 kVp und einem kleinen variablen Brennfleck. Für die Multiwellenlängen-BL-Bildgebung und -Tomographie wird eine leistungsstarke und rauscharme CCD-Kamera verwendet, die in einem lichtdichten Gehäuse zusammen mit einer optischen Filterbaugruppe montiert ist. Durch die Implementierung einer Drei-Spiegel-Anordnung entfällt die Notwendigkeit, die CCD-Kamera zum Erfassen mehrerer Ansichten zu drehen. Das Spiegelsystem ist an einem motorisierten Tisch befestigt, um Bilder in Winkeln zwischen 0 und 90° aufzunehmen (beim Standalone-System). C
S. Eslami; Y. Yang; J. Wong; MS Patterson; I. Iordachita
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Mechanismen des Blutflusses und der Hypoxieproduktion bei 9L-epigastrischen Tumoren der Ratte.
Klassische Beschreibungen der Tumorphysiologie legen zwei Ursachen für die Tumorhypoxie nahe; Steady-State-Hypoxie (diffusionsbegrenzt) und zyklische Hypoxie (perfusionsmoduliert). Beide Ursprünge, die hauptsächlich in Mausmodellen untersucht und charakterisiert werden, lassen auf relativ kleine, isolierte Herde oder dünne Hüllen aus hypoxischem Gewebe schließen, die mit kontrastierendem oxischem Gewebe durchsetzt sind. Es ist nicht zu erwarten, dass diese Herde oder Hüllen mit der Gesamtgröße des Tumors skalieren, da nicht bekannt ist, dass die Sauerstoffdiffusionsstrecke (bestimmt durch die Sauerstoffdurchlässigkeit und die Sauerstoffverbrauchsrate des Gewebes) von Tumor zu Tumor dramatisch variiert. Wir haben viel größere (makroskopische) Hypoxiebereiche in Gliosarkomtumoren von Ratten und in größeren menschlichen Tumoren (insbesondere Sarkomen und hochgradigen Gliatumoren) identifiziert, was durch die biochemische Bindung des Hypoxiemarkers EF5 angezeigt wird. Daher haben wir eine alternative Ursache für Tumorhypoxie in Betracht gezogen, die mit einem Phänomen zusammenhängt, das erstmals in Fensterkammer-Tumormodellen beobachtet wurde: nämlich longitudinale Arteriolengradienten. Obwohl longitudinale Arteriolengradienten, wie ursprünglich beschrieben, ebenfalls mikroskopischer Natur sind, ist es möglich, dass sie mit der Tumorgröße skalieren, wenn der Blutfluss des Tumors in geeigneter Weise organisiert ist. In dieser Organisation würde das einströmende Blut aus relativ gut mit Sauerstoff versorgten Quellen stammen und sich verzweigen und dann über Distanzen, die viel größer sind als die Länge herkömmlicher Arteriolen (Multimillimeter-Maßstab), zu schlecht mit Sauerstoff versorgtem ausströmendem Blut verschmelzen. Dieses neuartige Konzept unterscheidet sich von der üblichen Charakterisierung des Tumorblutflusses als unorganisiert und/oder chaotisch. Die Organisation des Blutflusses zur Erzeugung erweiterter Längsgradienten und makroskopischer regionaler Hypoxie hat viele wichtige Auswirkungen auf die Bildgebung, Therapie und biologischen Eigenschaften von Tumoren. Hier berichten wir über den ersten experimentellen Beweis für einen solchen Blutfluss anhand von 9L-Gliosarkom-Tumoren der Ratte, die auf dem epigastrischen Arterien-/Venenpaar gewachsen sind.
Cameron J. Koch / W. Timothy Jenkins / Kevin W. Jenkins / Xiang Yang Yang / A. Lee Shuman / Stephen Pickup / Caitlyn R. Riehl / Ramesh Paudyal / Harish Poptani / Sydney M. Evans
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MicroRNA-31 moduliert die Empfindlichkeit des Tumors gegenüber Bestrahlung beim Ösophagus-Adenokarzinom.
Radiochemotherapie (CRT) vor der Operation ist zunehmend der Behandlungsstandard bei lokal fortgeschrittenem Speiseröhrenkrebs. Die Strahlentherapie ist wichtig für die lokale Tumorkontrolle; die Tumorresistenz gegenüber Bestrahlung ist jedoch ein wesentliches klinisches Problem. Der/die Mechanismus(en) der Strahlenresistenz ist/sind noch wenig verstanden, aber zunehmende Beweise sprechen für eine Rolle der microRNA (miRNA) bei der Modulation wichtiger zellulärer Signalwege, die die Reaktion auf Strahlung vermitteln. Die globale miRNA-Profilierung eines etablierten isogenen Modells der Strahlenresistenz beim Ösophagus-Adenokarzinom zeigte eine signifikante Herunterregulierung von miR-31 in strahlenresistenten Zellen, sowohl basal als auch als Reaktion auf Strahlung. Die ektopische Reexpression von miR-31 re-sensibilisierte strahlenresistente Zellen signifikant gegenüber Strahlung. Es wurde gezeigt, dass miR-31 die Expression von 13 Genen verändert, die an der DNA-Reparatur beteiligt sind, die eine entscheidende zelluläre Verteidigung gegen strahleninduzierte DNA-Schäden darstellt. Bei Ösophagustumoren war die miR-31-Expression bei Patienten, die ein schlechtes histomorphologisches Ansprechen auf neoadjuvante CRT zeigten, signifikant reduziert, während die Expression der miR-31-regulierten DNA-Reparaturgene signifikant erhöht war. Unsere Daten legen einen möglichen Mechanismus für die Resistenz gegen CRT nahe, möglicherweise über eine verstärkte DNA-Reparatur. Diese Studie zeigt zum ersten Mal eine Rolle von miR-31 bei der Modulation der Strahlenresistenz und unterstreicht die Notwendigkeit weiterer Studien zur Untersuchung der potenziellen Rolle von miR-31 sowohl als prädiktiver Marker für das Ansprechen als auch als neuartiges Therapeutikum zur Verstärkung der Wirksamkeit der Strahlentherapie.
Niamh Lynam-Lennon, John V. Reynolds, Laure Marignol, Orla M. Sheils, Graham P. Pidgeon und Stephen G. Maher
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Strahlungsinduzierte Doppelstrangbrüche erfordern ATM, aber nicht Artemis für die homologe Rekombination während der S-Phase.
Doppelstrangbrüche (DSBs) werden durch zwei unterschiedliche Wege repariert, nicht-homologe Endverbindung (NHEJ) und homologe Rekombination (HR). Die Endonuklease Artemis und die PIK-Kinase Ataxia-Telangiectasia Mutated (ATM), die bei prominenten humanen Radiosensitivitätssyndromen mutiert sind, sind für die Reparatur einer Untergruppe von DSBs über NHEJ in G1 und HR in G2 unerlässlich. Beide Proteine sind an der Resektion des DNA-Endes beteiligt, einem obligatorischen Schritt vor der Homologiesuche und der Strangpaarung bei HR. Hier zeigen wir, dass während der S-Phase Artemis, aber nicht ATM für HR von strahlungsinduzierten DSBs entbehrlich ist. In replizierenden AT-Zellen bilden sich allmählich zahlreiche Rad51-Herde, was auf einen Rad51-Rekrutierungsprozess hinweist, der unabhängig von der ATM-vermittelten Endresektion ist. Diese mit Rad51 verzierten DSBs blieben während der S- und G2-Phase bestehen, was auf eine unvollständige HR hindeutet, was zu nicht reparierten DSBs und einem ausgeprägten G2-Stillstand führte. Wir zeigen, dass die Beladung von Rad51 in AT-Zellen von funktionellem ATR/Chk1 abhängt. Die ATR-abhängige Checkpoint-Reaktion wird höchstwahrscheinlich aktiviert, wenn die Replikationsgabel auf strahlungsinduzierte Einzelstrangbrüche trifft, was zur Erzeugung langer Abschnitte einzelsträngiger DNA führt. Zusammen bieten diese Ergebnisse neue Einblicke in die Rolle von ATM für die Initiierung und den Abschluss von HR während der S- und G2-Phase. Der DSB-Reparaturdefekt während der S-Phase trägt signifikant zur Radiosensitivität von AT-Zellen bei.
Sabrina Köcher, Thorsten Rieckmann, Gabor Rohaly, Wael Y Mansour, Ekkehard Dikomey, Irena Dornreiter und Jochen Dahm-Daphi
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