TRPM2- und TRPM8-vermittelte Radioresistenz in malignen Tumoren

Die Strahlentherapie stellt eine der wichtigsten Säulen dar, auf die sich die moderne Behandlung von Krebserkrankungen stützt. Die Resistenz der Tumorzellen gegenüber dieser Behandlung stellt hierbei trotz immer fortschrittlicherer Behandlungsstrategien ein großes Problem dar. Insbesondere die durch Bestrahlung veränderte Regulation des zellulären Ca2+-Signalosoms scheint hier von großer Bedeutung zu sein. Ca2+-Signale werden unter anderem von in der Plasmamembran lokalisierten Kationenkanälen generiert. Dabei konnte bereits mehrfach gezeigt werden, dass Kationenkanäle der Melastatin-Familie (TRPM) insbesondere die Resistenz und Malignizität von Tumoren beeinflussen, weshalb sie immer weiter in den Fokus der Krebsforschung rücken. Welche Rolle zwei ausgewählten Mitgliedern der TRPM-Familie bei der Radioresistenz maligner Tumore zukommt und wie sich diese Erkenntnis auf eine Strahlentherapie auswirken könnte, wurde in dieser Arbeit näher analysiert. Im ersten Teil dieser Arbeit wurde die Interaktion von TRPM2 mit dem anti-apoptotischen Protein Bcl-2 in T-Zell Leukämiezellen untersucht. Insbesondere Bcl-2 ist nachweislich an der Therapieresistenz verschiedener Tumorentitäten beteiligt. Um dieses Zusammenspiel näher zu charakterisieren, wurden Jurkatzellen mit ionisierender Strahlung behandelt und anschließend der Zellzyklus sowie das TRPM2-vermittelte Ca2+-Signaling analysiert. Hierbei konnte gezeigt werden, dass Bestrahlung vor allem in Bcl-2 überexprimierenden Zellen einen Ca2+-Einstrom induzierte, der nach pharmakologischer Inhibition von TRPM2 stark vermindert war. In Kontrollzellen führte dieser erhöhte Ca2+-Einstrom zur Produktion von reaktiven Sauerstoffspezies. Bcl-2 überexprimierende Jurkatzellen waren jedoch in der Lage, im Gegensatz zu Kontrollzellen, diese letale Ca2+-Dosis zu tolerieren. Weiter führte der TRPM2-vermittelte Einstrom zu einem G2/M-Arrest, der durch Inhibition der TRPM2-Kanäle verhindert wurde, was zu einer erhöhten Apoptoserate führte. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde die Strahlenresistenz von Glioblastomen untersucht. Im Gegensatz zu benignem Hirngewebe ist der Kälterezeptor TRPM8 im Glioblastom stark überexprimiert. Der retrospektive Vergleich von mRNA-Daten zeigte, dass eine erhöhte Expression von TRPM8 im low-grade Gliom mit einer geringeren Lebenserwartung korreliert. In nachfolgenden in vitro Experimenten konnte diese Erkenntnis bestätigt werden: Eine siRNA-vermittelte Inhibition von TRPM8 führte zu einem geringeren klonogenen Überleben. Die Kombination von Bestrahlung und Inhibition zeigte weiter sowohl eine erhöhte Caspasen-Aktivität als auch eine gestörte Proliferation. Zusammenfassend legen diese Ergebnisse nahe, dass die beiden Kanäle TRPM2 und TRPM8 in den untersuchten Tumorentitäten eine wichtige Rolle in der Radioresistenz spielen. Weiter zeigen die Untersuchungen, dass diese beiden Kationenkanäle als mögliche Targets, einzeln oder in Kombination, zukünftiger Behandlungen in Frage kommen und somit neue Strategien in der Krebstherapie eröffnet werden

Petrification: Software Model Checking for Programs with Dynamic Thread Management (Extended Version)

We address the verification problem for concurrent program that dynamically create (fork) new threads or destroy (join) existing threads. We present a reduction to the verification problem for concurrent programs with a fixed number of threads. More precisely, we present petrification, a transformation from programs with dynamic thread management to an existing, Petri net-based formalism for programs with a fixed number of threads. Our approach is implemented in a software model checking tool for C programs that use the pthreads API.Comment: 32 pages, 8 figures, 2 tables, extended version of the paper which is to appear at VMCAI 202

Quantification of Volatile Acetone Oligomers Using Ion-Mobility Spectrometry

Background. Volatile acetone is a potential biomarker that is elevated in various disease states. Measuring acetone in exhaled breath is complicated by the fact that the molecule might be present as both monomers and dimers, but in inconsistent ratios. Ignoring the molecular form leads to incorrect measured concentrations. Our first goal was to evaluate the monomer-dimer ratio in ambient air, critically ill patients, and rats. Our second goal was to confirm the accuracy of the combined (monomer and dimer) analysis by comparison to a reference calibration system. Methods. Volatile acetone intensities from exhaled air of ten intubated, critically ill patients, and ten ventilated Sprague-Dawley rats were recorded using ion-mobility spectrometry. Acetone concentrations in ambient air in an intensive care unit and in a laboratory were determined over 24 hours. )e calibration reference was pure acetone vaporized by a gas generator at concentrations from 5 to 45 ppbv (parts per billion by volume). Results. Acetone concentrations in ambient laboratory air were only slightly greater (5.6 ppbv; 95% CI 5.1–6.2) than in ambient air in an intensive care unit (5.1 ppbv; 95% CI 4.4–5.5; p < 0.001). Exhaled acetone concentrations were only slightly greater in rats (10.3 ppbv; 95% CI 9.7–10.9) than in critically ill patients (9.5 ppbv; 95% CI 7.9–11.1; p < 0.001). Vaporization yielded acetone monomers (1.3–5.3 mV) and dimers (1.4–621 mV). Acetone concentrations (ppbv) and corresponding acetone monomer and dimer intensities (mV) revealed a high coefficient of determination (R2 � 0.96). )e calibration curve for acetone concentration (ppbv) and total acetone (monomers added to twice the dimers; mV) was described by the exponential growth 3-parameter model, with an R2 � 0.98. Conclusion. )e ratio of acetone monomer and dimer is inconsistent and varies in ambient air from place-to-place and across individual humans and rats. Monomers and dimers must therefore be considered when quantifying acetone. Combining the two accurately assesses total volatile acetone

Targeting TRPM2 Channels Impairs Radiation-Induced Cell Cycle Arrest and Fosters Cell Death of T Cell Leukemia Cells in a Bcl-2-Dependent Manner

Messenger RNA data of lymphohematopoietic cancer lines suggest a correlation between expression of the cation channel TRPM2 and the antiapoptotic protein Bcl-2. The latter is overexpressed in various tumor entities and mediates therapy resistance. Here, we analyzed the crosstalk between Bcl-2 and TRPM2 channels in T cell leukemia cells during oxidative stress as conferred by ionizing radiation (IR). To this end, the effects of TRPM2 inhibition or knock-down on plasma membrane currents, Ca2+ signaling, mitochondrial superoxide anion formation, and cell cycle progression were compared between irradiated (0–10 Gy) Bcl-2-overexpressing and empty vector-transfected Jurkat cells. As a result, IR stimulated a TRPM2-mediated Ca2+-entry, which was higher in Bcl-2-overexpressing than in control cells and which contributed to IR-induced G2/M cell cycle arrest. TRPM2 inhibition induced a release from G2/M arrest resulting in cell death. Collectively, this data suggests a pivotal function of TRPM2 in the DNA damage response of T cell leukemia cells. Apoptosis-resistant Bcl-2-overexpressing cells even can afford higher TRPM2 activity without risking a hazardous Ca2+-overload-induced mitochondrial superoxide anion formation

Role of ion channels in ionizing radiation-induced cell death

AbstractNeoadjuvant, adjuvant or definitive fractionated radiation therapy are implemented in first line anti-cancer treatment regimens of many tumor entities. Ionizing radiation kills the tumor cells mainly by causing double strand breaks of their DNA through formation of intermediate radicals. Survival of the tumor cells depends on both, their capacity of oxidative defense and their efficacy of DNA repair. By damaging the targeted cells, ionizing radiation triggers a plethora of stress responses. Among those is the modulation of ion channels such as Ca2+-activated K+ channels or Ca2+-permeable nonselective cation channels belonging to the super-family of transient receptor potential channels. Radiogenic activation of these channels may contribute to radiogenic cell death as well as to DNA repair, glucose fueling, radiogenic hypermigration or lowering of the oxidative stress burden. The present review article introduces these channels and summarizes our current knowledge on the mechanisms underlying radiogenic ion channel modulation. This article is part of a Special Issue entitled: Membrane channels and transporters in cancers

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