Sensitization of human melanoma cells for TRAIL-induced apoptosis by a selective aurora kinase A inhibitor

Different therapeutic strategies in metastatic melanoma focused on signalling pathways controlling cell proliferation, cell cycle and apoptosis. While TRAIL (TNF-related apoptosis inducing ligand) has been shown to be an interesting candidate for inducing apoptosis in cancer cells without affecting normal cells, the ability of cancer cells to develop resistance, limits its therapeutic potential. Using a recently established experimental A-375 melanoma cell model for investigating TRAIL resistance, we could demonstrate that the aurora kinase A inhibitor Alisertib (MLN 8237) enhances the proapoptotic effects of TRAIL and sensitizes TRAIL-selected melanoma cells with acquired resistance, associated with an activation of intrinsic mitochondrial apoptotic pathways. In course of this activation an upregulation of p53 in the nuclear fraction was shown. Thus, the aurora kinase A inhibitor Alisertib is able to overcome TRAIL-induced resistance in melanoma cells suggesting the combination of TRAIL and Alisertib as a promising therapeutic strategy for metastatic melanoma.

Sensitization of melanoma cells for TRAIL-induced apoptosis by a selective Aurora-kinase-A-inhibitor

Therapeutische Strategien beim metastasierten Melanom stellen immer noch eine Herausforderung dar. Ein Grund ist die hohe Rate der Resistenzentwicklung gegen Chemotherapeutika. Die Verwendung des Todesliganden TRAIL (TNF-related apoptosis inducing ligand) ist ein interessanter Therapieansatz, da die proapoptotischen Effekte fast ausschließlich in Tumorzellen entfaltet werden und gesunde Zellen kaum beeinflusst werden. Die Eigenschaft von Tumorzellen, eine Resistenz gegen TRAIL aufzubauen, limitiert allerdings den therapeutischen Nutzen. Einige Kinaseinhibitoren scheinen mögliche Kandidaten zu sein, eine TRAIL-Resistenz zu umgehen. Die Aurora-Kinase A gehört zur Familie der Serin/Threonin-Kinasen und ist essentiell für die Zellteilung, den Eintritt in die Mitose und die Zytokinese. Eine Überexpression in verschiedenen Tumorentitäten konnte nachgewiesen werden. Es ergab sich daraus die Frage, ob ihre Hemmung eine TRAIL-Resistenz beeinflussen kann. Zur Überprüfung dieser möglichen Strategie zur TRAIL-Sensitivierung, wurden TRAIL- sensitive Melanomzelllinien (A-375, Mel-HO) mit permanent resistenten Zelllinien (MeWo, Mel-2a) und Zelllinien mit einer induzierten TRAIL-Resistenz (A-375-TS; TRAIL-selektiert) verglichen. In der Arbeit konnte gezeigt werden, dass der verwendete Aurora-Kinase-A-Inhibitor Alisertib (MLN 8237) Apoptose in A-375- und A-375-TS-Melanomzelllinien induziert, die proapoptotischen Effekte von TRAIL verstärkt und TRAIL-selektierte, resistente Zelllinien für die TRAIL-induzierte Apoptose sensitiviert. Darüber hinaus zeigte sich nach der Behandlung ein G2-Zellzyklusarrest, Polyploidie und ein antiproliferativer Effekt. Die Aktivierung von Caspase 8- und Caspase-3 wurde in der Kombinationsbehandlung von TRAIL mit Alisertib verstärkt. Alisertib induzierte eine Hyperpolarisation an der Mitochondrienmembran, während die Kombinationsbehandlung zu einer Verstärkung des von TRAIL-induzierten Verlustes des Membranpotentials führte. Dies konnte ebenfalls in den TRAIL- selektierten Zelllinien nachgewiesen werden. Interessanterweise führte die Behandlung mit Alisertib zu einem Anstieg des Zellzyklus-Inhibitors p21 sowie des Transkriptionsfaktors p53. Dies deutet insgesamt daraufhin, dass der intrinsische Weg der Apotose, der in Melanomzellen durch TRAIL aktiviert wird, durch Alisertib verstärkt wird. Die Aktivierung von p53/p21 durch Alisertib könnte hierbei eine Schlüsselrolle in der Sensitivierung der TRAILinduzierten Apoptose darstellen. Die Ergebnisse machen den Aurora-Kinase A-Inhibitor Alisertib zu einem interessanten Kandidaten zur Überwindung einer TRAIL- Resistenz und zu einer neuen Therapiestrategie beim metastasierenden Melanom.Therapeutic strategies in metastatic melanoma are still a challenge because of its high resistance against traditional chemotherapeutics. While TRAIL (TNF- related apoptosis inducing ligand) has been shown to be an interesting candidate for inducing apoptosis in cancer cells without affecting normal cells, the ability of cancer cells to develop resistance limits its therapeutic potential. Various kinase inhibitors seemed to be possible candidates to overcome TRAIL resistance. Aurora kinase A, belonging to the family of serine/threonine kinases essential for cell division, mitotic entry and cytokinesis, was shown to be overexpressed in a variety of tumor entities. TRAIL-sensitive melanoma cells (A-375, Mel-HO) were compared to permanent resistant cell lines (MeWo, Mel-2a) and cell lines with an inducible TRAIL- resistance (A-375-TS; TRAILselected). Aurora kinase A inhibitor (Alisertib MLN 8237) induced apoptosis in melanoma cell lines A-375 and A-375-TS, enhanced the proapoptotic effect of TRAIL and sensitized TRAILselected cell lines for TRAIL-induced apoptosis. Poliploidy and G2 arrest and an antiproliferative effect occured after treatment. Caspase 8 and 3 activation were enhanced in the combination of TRAIL and Alisertib treatment. It caused hyperpolarisation at the mitochondrial membrane and induced enhancement of the breakdown of membrane potential through TRAIL-treatment. This occurred even in cell lines with induced TRAILresistance. Treatment of melanoma cell lines, A-375 and A-375-TS with Alisertib, led to upregulation of p53 and p21. This activation of p53/p21 could be a key event in the sensitivation for TRAIL-induced apoptosis by Alisertib. In conclusion, the Aurora kinase A inhibitor Alisertib seemed to be highly effective candidate to overcome TRAIL-induced resistance in melanoma cells and in combination of TRAIL, and Alisertib may be a promising therapeutic strategy in metastatic melanoma