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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