Regulierung von Mcl-1 in Tumorzellen: Bedeutung für die Strahlenresistenz

Um ein Überleben der Zelle unter Stress zu gewährleisten, muss ein gewisses Level an protektiven Proteinen in der Zelle vorhanden sein. Mcl-1 ist ein anti-apoptotisches Protein der Bcl-2-Proteingruppe, das in vielen Tumoren überexprimiert wird und ein Resistenzfaktor gegenüber Tumortherapien, wie z.B. Bestrahlung, darstellt. In vielen Tumorzellen ist eine Herunterregulierung von Mcl-1 ausreichend, um Apoptose zu induzieren. Findet diese Herunterregulierung nicht statt, könnte dies in einem verbesserten Überleben und schlechterer Apoptoseinduktion resultieren. Im Gegensatz zu den anti-apoptotischen Proteinen Bcl-2 und Bcl-xL ist Mcl-1 ein kurzlebiges Protein. Nach Herunterregulierung der Proteintranslation kommt es zu einer schnellen Abnahme des Proteinlevels und zu Apoptoseinduktion. Bisher wurde der Zusammenhang zwischen Proteintranslation und strahlungsinduzierter Abnahme des Mcl-1-Levels noch nicht ausreichend erforscht. Im Rahmen dieser Arbeit wurden in Jurkat-Zellen die Proteintranslation in Bezug auf das Mcl-1-Level nach Bestrahlung untersucht. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass Bestrahlung sowohl die Cap-abhängige als auch die Cap-unabhängige Translation in Jurkat-Zellen inhibiert. Mechanismen, welche zur strahlungsinduzierten Regulierung der Translation führen, sind sowohl die caspaseabhängige Spaltung von eIF4G1, eIF4B und DAP5 als auch die caspaseunabhängige Dephosphorylierung von 4EBP1, einem Translationsinhibitor, der in dephosphorylierter Form die Aktivierung der Cap-abhängigen Translation verhindert. Die strahlungsinduzierte Abnahme des phosphorylierten 4EBP1 resultierte nicht aus der Inhibierung von Akt und mTOR, sondern war wahrscheinlich die Konsequenz einer erhöhten Phosphataseaktivität. Eine Herunterregulierung von eIF4G, DAP5 oder eIF4B führte nach Bestrahlung nicht zu einem verminderten Mcl-1-Level und erhöhter Apoptoseinduktion. Es konnte also geschlussfolgert werden, dass die Proteintranslation nach Bestrahlung an verschiedenen Punkten reguliert wird. Der strahlungsinduzierte Abfall des Mcl-1-Levels wurde jedoch nicht durch die Inhibierung der Translation verursacht. Deswegen wurde die posttranslationelle Regulierung von Mcl-1 näher betrachtet. Die Ubiquitinligasen Mule, β-TrCP und FBW7 können Mcl-1 ubiquitinieren und damit für den proteasomalen Abbau kennzeichnen. Die Deubiquitinase USP9X hingegen kann an Mcl-1 gebundene Polyubiquitinketten entfernen und somit die proteasomale Degradierung von Mcl-1 verhindern. Studien innerhalb unserer Arbeitsgruppe haben gezeigt, dass ionisierende Strahlung zu einer Aktivierung von USP9X und somit zu einer erhöhten Deubiquitinierung von Mcl-1 in resistenten Zellen führt. Eine Herunterregulierung von USP9X durch siRNA führte in strahlenresistenten Jurkat- und K562-Zellen zu einer verbesserten strahleninduzierten Herunterregulierung von Mcl-1 und zu einer Sensitivierung der Zellen gegenüber strahleninduzierter Apoptose. Diese Ergebnisse zeigen, dass nicht nur das Proteinlevel von USP9X, sondern auch die Fähigkeit der Zellen zur strahlungsinduzierten Aktivierung von USP9X ausschlaggebend für die Regulierung von Mcl-1 ist. Aus den beschriebenen Ergebnissen geht hervor, dass die Deubiquitinase USP9X ein neuer Radioresistenzfaktor ist, der nach Bestrahlung aktiviert wird und durch Stabilisierung von Mcl-1 die Apoptoseinduktion verhindert

Deubiquitinase USP9x Confers Radioresistance through Stabilization of Mcl-1

Myeloid cell leukemia sequence 1 (Mcl-1), an antiapoptotic member of the Bcl-2 family, is often overexpressed in tumor cells limiting the therapeutic success. Mcl-1 differs from other Bcl-2 members by its high turnover rate. Its expression level is tightly regulated by ubiquitylating and deubiquitylating enzymes. Interaction of Mcl-1 with certain Bcl-2 homology domain 3 (BH3)-only members of the Bcl-2 family can limit the access to Mcl-1 ubiquitin ligase E3 and stabilizes the antiapoptotic protein. In addition, the overexpression of the deubiquitinase ubiquitin-specific protease 9x (USP9x) can result in the accumulation of Mcl-1 by removing poly-ubiquitin chains from Mcl-1 preventing its proteasomal degradation. Analyzing radiation-induced apoptosis in Jurkat cells, we found that Mcl-1 was downregulated more efficiently in sensitive parental cells than in a resistant subclone. The decline of Mcl-1 correlated with cell death induction and clonogenic survival. Knockdown of BH3-only proteins Bim, Puma, and Noxa did not affect Mcl-1 level or radiation-induced apoptosis. However, ionizing radiation resulted in activation of USP9x and enhanced deubiquitination of Mcl-1 in the radioresistant cells preventing fast Mcl-1 degradation. USP9x knockdown enhanced radiation-induced decrease of Mcl-1 and sensitized the radioresistant cells to apoptosis induction, whereas USP9x knockdown alone did not change Mcl-1 level in unirradiated cells. Together, our results indicate that radiation-induced activation of USP9x inhibits Mcl-1 degradation and apoptosis resulting in increased radioresistance