Open Access

Birgit Spänkuch-Schmitt

• In der vorliegenden Arbeit wurden verschiedene Techniken entwickelt, um die Polo-Like Kinase 1 (PLK 1), eine Kinase aus der Familie der hochkonservierten Serin/Threonin-Kinasen in ihrer Funktion zu hemmen. Alle Zellen des Säugetier-Organismus benötigen für ihre Zellteilung PLK1. PLK1 wird vor allem in der G2/M-Phase des Zellzyklus exprimiert und wird in malignen Geweben, verglichen mit normalem, primärem Gewebe überexprimiert. Hier liegt ein differentieller Unterschied zwischen normalem, primärem Gewebe und malignem Tumorgewebe vor, denn in normalem Gewebe sind nur sehr niedrige PLKI -Spiegel vorhanden, so dass eine Krebstherapie, die über die Hemmung von PLKI wirkt, keine bzw. geringe Auswirkungen auf das normale gesunde Gewebe haben sollte. Insgesamt bietet sich PLKI daher als interessantes Ziel für eine molekularbiologisch basierte Krebstherapie an. Die im Rahmen dieser Arbeit angewandten Techniken waren die Antisense-Technologie und die RNA-Interferenz (mittels synthetischer small interfering RNAs [siRNAs]) und rekombinanter Plasmide zur Expression von hairpin-RNAs [shRNAs]). Antisense-Oligonukleotide (ASOs) sind schon seit ca. einem Jahrzehnt im Einsatz, um verschiedene Zellzykluselemente zu hemmen, auch bereits in verschiedenen Phasen der klinischen Prüfung, doch mit PLKI ist erstmals die Hemmung eines späten Elements der Signaltransduktionskaskade, das essentiell für die Mitose ist, gelungen. Hierbei sind die Auswirkungen auf die Zellen wesentlich stärker als bei weiter am Anfang der Signaltransduktionskaskade gelegenen Elementen, bei denen die Zelle noch die Möglichkeit hat, die Hemmung durch alternative parallele Signalwege zu umgehen. siRNAs bzw. shRNA-exprimierende Plasmide sind erstmals zum Einsatz gekommen, um in Mammalia-Zellen die Krebszellproliferation bzw. das Tumorwachstum im humanen Krebs-Xenograft-Modell durch Hemmung eines endogenen Gens zu hemmen. Bei Anwendung der RNA-lnterferenz konnte darüber hinaus ein für die Anwendung am Menschen wichtiger differentieller Unterschied zwischen primären Zellen und Krebszelllinien in vitro beobachtet werden, denn für die Hemmung der Proliferation und für die Reduktion der PLK1-mRNA und des PLK1-Proteins in primären humanen Mammaepithelzellen war eine 350-fach höhere siRNA-Konzentration nötig als in den Krebszelllinien. Die Konzentrationen, mit denen die Krebszellproliferation signifikant gehemmt werden konnte, hatten auf die primären Zellen überhaupt keine Auswirkungen, womit ein Meilenstein auf dem Weg zu einer spezifischen Krebstherapie erreicht werden konnte. Dabei konnten mit allen drei eingesetzten Techniken die PLK1-mRNA- und -Protein-Expression in vitro und die Zellproliferation in vitro gehemmt werden. Das Tumorwachstum konnte mit ASOs und mit den rekombinanten Plasmiden in vivo in Krebs-Xenograft-Modellen an Nacktmäusen erfolgreich gehemmt werden. Mit U6-Promoter-basiert exprimierten shRNAs konnten im humanen Xenograft-Modell auch die Expression der PLK1-mRNA und das PLK 1-Protein reduziert werden. Auf diese Weise kam es zu einem starken Antitumor-Effekt in vivo, der nach Behandlung mit den Expressionsplasmiden vier Wochen über das Ende der Therapie hinaus anhielt. Ausgehend von diesen Daten sollte für beide Techniken - sowohl für die Antisense-Strategie als auch für die RNA-Interferenz mit dem Target PLK1 - über Toxizitätsuntersuchungen und Ausweitung auf weitere Tumormodelle der Weg in die präklinische Phase eingeschlagen werden, um möglichst schnell die Grundlagen für einen Heilversuch oder eine klinische Studie zu schaffen.