TRAIL (Tumor necrosis factor (TNF)-related apoptosis-inducing ligand) induziert in einer Vielzahl von Tumorzellen Apoptose, nicht jedoch in gesunden Zellen. Deshalb werden TRAIL selbst, sowie agonistische Antikörper für die funktionellen TRAIL-Rezeptoren (TRAIL-R1 (DR4) und TRAIL-R2 (DR5)) gegenwärtig in präklinischen und klinischen Studien für die Behandlung von diversen Erkrankungen untersucht.
TRAIL ist im Mikroumfeld von Ovarialtumoren prävalent und wird mit verlängertem Überleben assoziiert. Mehr als zwei Drittel der Ovarialtumorpatientinnen haben einen gestörten TRAIL-Signalweg, ein wichtiges Faktum für Prognose und Therapiemöglichkeiten. Defekte im TRAIL-Signalweg beinhalten eine Reduzierung der funktionellen Rezeptoren DR4 und DR5 und/oder eine Überexpression der langen Isoform von c-FLIP (cellular Fas-associated death domain-like interleukin-1β-converting enzyme (FLICE)-like inhibitory protein, c-FLIPL).
Das Hauptziel meiner Doktorarbeit war Einblicke in die Deregulierung des TRAIL-Signalweges als potentiellen Tumor-Escape-Mechanismus beim Ovarialkarzinom zu erhalten. Im ersten Teil meiner Arbeit habe ich untersucht, ob eine Resistenz gegen TRAIL beim Ovarialkarzinom durch einen agonistischen anti-humanen DR5 monoklonalen Antikörper (AD5-10) aufgehoben werden kann. Ich konnte zeigen, dass die gemeinsame Anwendung von AD5-10 mit Carboplatin einen mehr als additiven Effekt in vitro hat. Dies könnte dadurch erklärt werden, dass Carboplatin die DR5-Expression an Ovarialkarzinomzellen, unabhängig von deren p53-Status, steigert. Eine Kombinationstherapie von AD5-10 mit Carboplatin eliminiert etablierte, platinresistente Ovarialtumore in vivo und reduziert deren Größe in mehr als 50 % der Mäuse (P=0.002) bis unter die Nachweisgrenze. Zusätzlich konnte ich zeigen, dass TRAIL und Natürliche Killerzellen (NK-Zellen) im Tumor-Mikroumfeld in sehr hohem Ausmaß vorhanden sind und der Abbau von NK-Zellen die antitumorale Aktivität von AD5-10 aufhebt. Zusammengefasst zeigen diese Daten, dass eine Kombination eines agonistischen monoklonalen anti-DR5 Antikörpers wie AD5-10 und Carboplatin eine vielversprechende Therapie für die Behandlung des Ovarialkarzinoms sein kann. Diese Ergebnisse zeigen auch die Interaktion zwischen einer Therapie, die die Apoptose-Kaskade in Gang setzt, und der Rolle des Immunsystems.
Im zweiten Teil meiner Arbeit habe ich mein Hauptaugenmerk auf die physiologische Rolle von c-FLIPL in der Ovarialkarzinomentstehung gelegt. Um auf diese Frage einzugehen, habe ich die Loss-of-Function-Methode, unter Verwendung von RNA Interferenz (RNAi) im Ovarialkarzinom in vitro und in vivo, angewendet. Es war mir möglich zu zeigen, dass durch die Unterdrückung von c-FLIPL die Sensitivität von menschlichen Ovarialkarzinomzellen für TRAIL-induzierte Apoptose erhöht und die Tumorentstehung in vivo gehemmt wird. Von besonderem Interesse war die Beobachtung, dass eine Reduzierung von c-FLIPL die Apoptoserate und die Proliferation in vivo senkt. Die Reduzierung von c-FLIPL verhinderte insbesondere die Invasion der Ovarialkarzinomzellen in die Peritonealhöhle, eine Beobachtung die auf die hohe Expression von TRAIL durch die NK-Zellen im Tumorstroma zurückzuführen sein könnte. Alles in allem zeigen diese Resultate, dass c-FLIPL die TRAIL-induzierte Apoptose in Ovarialkarzinomzellen wesentlich beeinflusst.
Ich habe meine Arbeit durch die Verwendung eines etablierten, immunkompetenten Ovarialtumor-Modells ergänzt, welches freundlicherweise von einem Kooperationspartner zur Verfügung gestellt wurde. Durch die Anwendung dieses Modells erhielt ich allererste Einsichten in die Interaktion zwischen dem TRAIL-Signalweg und dem Ovarialkarzinom in einer immunkompetenten Situation. Ich konnte beobachten, dass DR5 in allen zehn tumorigenen MOSE (Mouse-Ovarial-Surface-Epithel)-Zelllinien weniger exprimiert wird als in normalen (nicht-tumorigenen) MOSE-Zellen. Rund 70 % der tumorigenen MOSE-Zelllinien waren resistent gegen TRAIL-induzierte Apoptose. In einem vorangegangenen Tierexperiment hat die Reduktion von Maus-DR5 die Entstehung von Aszites beschleunigt und die Lebensspanne der Mäuse verkürzt. Dies stimmt mit unseren früheren Beobachtungen, bezüglich der zentralen Rolle von TRAIL-Rezeptoren im menschlichen Ovarialkarzinom, überein.
Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse meiner Dissertation, dass DR5 und c-FLIPL im Zusammenhang mit dem TRAIL-Signalweg eine fundamentale Rolle in der Pathogenese des Ovarialkarzinoms spielen und dass DR5 und c-FLIPL potentielle Ziele für die Therapie des Ovarialkarzinoms darstellen.Tumor necrosis factor (TNF)-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) triggers apoptosis in a variety of tumor cells, but not in normal cells. Therefore, TRAIL and in particular agonistic antibodies to the functional TRAIL receptors TRAIL-R1 (DR4) and TRAIL-R2 (DR5) are currently being explored in pre-clinics and clinical trials for the treatment of various malignancies.
TRAIL is highly prevalent in ovarian tumor microenvironment and is being associated with prolonged survival. In addition, more than two third of ovarian cancer (OC) patients have a disturbed TRAIL signaling pathway, a fact important not only for prognosis, but also for future therapeutic options. Defects in the TRAIL pathway include a downregulation of TRAIL functional receptors DR4 and DR5, and/or an overexpression of the long isoform of caspase-8 inhibitor protein cellular Fas-associated death domain-like interleukin-1beta-converting enzyme (FLICE)-like inhibitory protein (c-FLIPL).
The central aim of my PhD thesis was to gain further insight into the deregulation of the TRAIL signaling axis as potential tumor escape mechanism in OC. In the first part of my PhD thesis I elucidated whether human OC resistance to TRAIL may be overcome by an agonistic anti-human DR5 monoclonal antibody (AD5-10). I identified that co-administration of AD5-10 with carboplatin exhibits more than an additive effect in vitro, which may be explained by the finding that carboplatin upregulates DR5 expression on OC cells irrespective of the p53 status. The combination therapy of AD5-10 with carboplatin eliminated large established platin resistant ovarian tumors in vivo, reducing tumor size to undetectable levels in more than 50% of mice (P=0.002). In addition, I found that TRAIL and natural killer (NK) cell expression are abundant in the tumor microenvironment, and that depletion of NK cells abolishes the antitumor activity of AD5-10. Taken together, these data show that a combination of agonistic anti-DR5 monoclonal antibody such as AD5-10 and carboplatin is a promising regimen for treatment of OC. These results also highlight the interplay between a therapy addressing the apoptosis cascade and the role of the immune system.
In the second part of my PhD thesis I focused on the physiological role of c-FLIPL in OC progression. To address this question, a loss of function approach was applied utilizing RNA interference (RNAi) in OC in vitro and in vivo. I was able to demonstrate that suppression of c-FLIPL enhanced sensitivity of human OC cells to TRAIL-mediated apoptosis and significantly decreased tumor development in vivo. Interestingly, I observed that downregulation of c-FLIPL decreased the rate of apoptosis and proliferation in vivo. The knockdown of c-FLIPL particularly inhibited the invasion of OC cells into the peritoneal cavity, which might be due to the high expression of TRAIL by NK cells in the tumor-stroma. Altogether, these results indicate that c-FLIPL regulates TRAIL-induced apoptosis in OC cells.
I complemented my work by utilizing an established syngeneic ovarian tumor model kindly provided by a collaboration partner, and obtained some very first insights into the interplay between the TRAIL pathway and OC in the immunocompetent situation. I observed that DR5 expression is reduced in all ten transformed mouse ovarian surface epithelial (MOSE) cell lines when compared to normal (non-tumorigenic) MOSE cells. About 70% of tumorigenic MOSE cell lines were resistant to TRAIL-induced apoptosis. In a preliminary animal experiment, the downregulation of mouse DR5 accelerated the development of ascites and decreased mouse life span, which is in line with previous observations that TRAIL receptors play a key role in human OC.
In conclusion, the data generated in the course of my PhD thesis indicate that DR5 and c-FLIPL, in the context of the TRAIL signaling pathway, play a fundamental role in OC pathogenesis and thus are potential targets for future OC therapy
