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In der vorliegenden Arbeit wird das Wachstums- und Zelltodverhalten von Tumoren des zentralen Nervensystems untersucht. Des Weiteren wird die Expression verschiedener Apoptose-assoziierter Faktoren in den Präparaten analysiert und mit Normalkontrollen verglichen. Es zeigt sich, dass Apoptose von Tumorzellen aller untersuchter Hirntumore und Malignitätsgrade vollzogen werden kann. Die Rate apoptotischer Zellen ist jedoch sehr variabel und korreliert nicht mit dem Malignitätsgrad der Tumore. Auch besteht keine Korrelation zwischen der Apoptose- und der Proliferationsrate. Die Ergebnisse legen insgesamt nahe, dass die Apoptoserate nicht als Marker für die Malignität von Tumoren des zentralen Nervensystems verwendet werden kann. Auch unter Einbeziehung Apoptose-assoziierter Faktoren ist eine Gradifikation der Tumore hinsichtlich der Malignität nicht möglich. So unterscheiden sich z.B. atypische (WHO-II) und anaplastische (WHO-III) Meningiome quantitativ und qualitativ nicht signifikant voneinander. Es können ebenfalls keine signifikanten Unterschiede hinsichtlich der Expression der untersuchten Apoptose-assoziierten Faktoren, sowie der Apoptose- und Proliferationsraten zwischen Medulloblastomen und primitiven neuroektodermalen Tumoren (PNETs) festgestellt werden. Dies spricht dafür, dass sich diese Tumore lediglich bezüglich ihrer Lokalisation im zentralen Nervensystem unterscheiden. Die Analyse der Apoptose-assoziierten Faktoren zeigt, dass alle untersuchten Faktoren grundsätzlich in allen untersuchten Tumoren vorkommen, während die Normalkontrollen diese Faktoren nicht exprimieren. Der Vollzug der Apoptose findet jedoch nicht in diesem Maße statt, da die Apoptoserate der Tumore (markiert durch TUNEL) stets wesentlich geringer ist als die Expressionsraten der Apoptose-assoziierten Faktoren. Es ist davon auszugehen, dass entdifferenzierte Tumorzellen entweder nur begrenzt in der Lage sind, ihr apoptotisches „Selbstzerstörungsprogramm“ in Gang zu setzen und zu Ende zu führen, oder, dass apoptosehemmende Mechanismen greifen. Um so interessanter wäre es, durch therapeutische Intervention Apoptose zu initiieren. Die Analyse der einzelnen Apoptose-assoziierten Faktoren liefert Hinweise darauf, an welchen Stellen des apoptotischen Systems eine solche Intervention ansetzen könnte: Die hochmalignen WHO-IV-Tumore zeigen eine signifikante Hochregulation der Effektor-Caspasen-3 und -6. Die physiologischen Aktivierungsmechanismen dieser Caspasen z.B. durch Caspase-2 und TNFalpha scheinen in diesen hochmalignen Tumoren jedoch weniger eine Rolle zu spielen, da diese Faktoren hier nur in geringem Ausmaß exprimiert werden. Jedoch könnten modifizierte, per se aktive Caspase-3- und -6-Moleküle eine interessante therapeutische Option zur Behandlung maligner Tumore des zentralen Nervensystems darstellen. Zu beachten ist aber unter anderem, dass z.B. Glioblastome auch geringe Expressionsraten apoptotischer Faktoren im peritumoralen, mikroskopisch nicht infiltrierten Normalgewebe zeigen. Dies könnte für eine peritumorale Dysfunktion des Hirngewebes sprechen. Welche Rolle dies bei der Behandlung mit Apoptose-stimulierenden Agenzien spielt und wie spezifisch die Anwendung solcher Stimulanzien für Tumorgewebe wären, muss Gegenstand weiterer Studien sein. Die untersuchten WHO-II- und –III-Tumore zeigen eine Hochregulation vor allem von Faktoren des extrinsischen Apoptoseweges (z.B. TNFalpha). Die Expressionsraten von TNFalpha korrelieren signifikant mit dem WHO-Grad der untersuchten Tumore. Interessante therapeutische Optionen könnten hier zum einen die Aktivierung des extrinsischen Apoptoseweges über TNFalpha sein, zum anderen könnte man versuchen, eine direkte Aktivierung über modifizierte Effektor-Caspasen herbeizuführen. Insgesamt existieren verschiedene mögliche Angriffsorte innerhalb des apoptotischen Netzwerkes der Zelle für eine thepeutische Intervention bei Tumoren des zentralen Nervensystems. Die Komplexität des Kaskade-artigen Systems legt nahe, dass eine therapeutische Intervention möglichst an dessen Ende erfolgen sollte, um möglichst viele Stör- und Hemmfaktoren zu umgehen.
Die Atherosklerose stellt eine der Haupttodesursachen der westlichen Zivilisation dar. Die Karotisbifurkation ist eine der Lokalisationsorte für die Formierung einer atherosklerotischen Läsion, die sich nach Lumeneinengung schliesslich in neurologischen Symptomen bemerkbar machen kann. In einer fortgeschrittenen, symptomatisch gewordenen Karotisplaque kann als charakteristisches Merkmal oftmals ein in der Literatur unter dem Begriff der „Ruptur“ bekannte Oberflächendefekt ausgemacht werden. Es gibt allerdings gehäuft Hinweise über eine Thrombusausbildung auf einer intakten Plaqueoberfläche. Es wird vermutet, dass hier apoptotische Endothelzellen eine entscheidende Rolle bei Veränderungen der Gefässwand spielen, die letzlich für die Thrombusbildung verantwortlich ist. Aus diesen Überlegungen heraus untersuchten wir in der vorliegenden Studie das Ausmaß von Endothelzellapoptosen innerhalb eines Karotisplaque bei symptomatischen und asymptomatischen Patientengruppen. Insgesamt wurden 38 stationäre Patienten mit einer ≥70%-igen ACI-Stenose in die Studie eingeschlossen. Als symptomatisch galten die Patienten, die im Sinne von retinalen oder zerebralen TIA’s oder durch sog. „minor strokes“ in einem Zeitraum von 60 Tagen vor dem Operationstag auffällig geworden waren. Das asymptomatische Patientengut bestand aus den Patienten, bei denen die Karotisstenose als „Zufallsbefund“ aus Routineuntersuchungen in Klinik oder bei niedergelassenen Kollegen entdeckt wurde. Die Plaques wurden “en bloc” exzidiert. In den überwiesenden 33 Fällen wurde die Eversionstechnik durch den Operateur angewendet, bei der das Restlumen unbeschädigt bleibt. Nach Entfernung wurden die Präparate umgehend in 4%-iges Formalin fixiert. Nach Dekalzifizierung erfolgte die transversale Sektionierung in 2mm Scheiben. Jeder 2mm Block wurde in Paraffin eingebettet. Insgesamt wurde dann die Gesamtheit aller 279 Blöcke weiter in 3μm dicke Sektionen geschnitten. Das Vorliegen einer rupturierten Gefässwand wurde als ein intimaler Defekt grösser als 1000μm Breite definiert und für jedes Präparat dokumentiert. Die vitalen Zellen der Endothelschicht wurden durch ein standardisiertes Färbeprotokoll (CD31 Immunhistochemie) sichtbar gemacht. Apoptotische Endothelzellen konnten nach Anwendung der TUNEL-Technik visualisiert werden. Die Färbemethoden wurden jeweils zur Orientierung an angrenzenden Sektionen des Plaques durchgeführt. Die Bilder wurden digitalisiert und bei 40-facher Vergrösserung ausgezählt. Eine Endothelzelle wurde als apoptotisch gewertet, wenn sie jeweils eine positive CD31-Markierung sowie eine positive TUNEL-Färbung in angrenzenden Gewebsschnitten auf sich vereinte. Um das Ausmass der Apoptosen in den Reihen des Endothels zu quantifizieren wurde zunächst die Prozentzahl apoptotischer Endothelzellen pro Plaque Sektion ermittelt und anschliessend durch Berechnung des Medians aller konsekutiven Sektionen die mittlere Prozentzahl apoptotischer Zellen erhoben. Insgesamt war das Auftreten von Apoptose innerhalb des Endothel rar; trotzdem zeigte die symptomatischen Patientengruppe eine signifikant höhere mittlere Prozentsatz apoptotischer Endothelzellen im Vergleich zu dem asymptomatischen Kollektiv. Zwischen den rupturierten und unrupturierten Plaques konnte kein signifikantes Ergebnis erzielt werden, beide Gruppen unterschieden sich kaum. Trotz des möglichen Stellenwerts apoptotischer Endothelzellen bei der fortgeschrittenen Atherosklerose existieren bis heute keine Studien, die das Ausmass derselben in Beziehung zu klinischen Symptomen gebracht haben. Bislang konnte der Nachweis dieser Zellreihe in atherosklerotischen Karotisplaques besonders im poststenotischen Bereich erbracht werden. Veränderungen lokaler Hämodynamik scheinen hier eine Rolle bei der Induktion von Apoptose zu spielen. Da in der hier vorliegenden Arbeit sich der Grad der Stenose kaum unterscheidet müssen alternative Wege bestehen, die Apoptose in atheromatösen Plaques fördert. Apoptotische Endothelien fördern ihrerseits prokoagulatorische Eigenschaften durch vermehrte Expression von thrombogenen Faktoren der Gerinnungskaskade. Das klassische Dogma der Plaqueruptur mit konsekutiver Freilegung des nekrotischen Kerns und Thrombusbildung muss daher erweitert werden, da nicht alle Plaques der vorliegenden Studie diese Oberflächendefekte aufwiesen. Durch das leichte Übergewicht des symptomatischen Kollektivs lassen sich diese Theorien der Apoptose als kritischer Faktor in der Progression atherosklerotischer Herde weiter untermauern, benötigen aber weitere Studien um unter Umständen völlig andere Mechanismen aufzudecken.
The removal of apoptotic cells (AC) can be regarded as an integral component of the program to terminate inflammation. Clearance of AC by professional phagocytes such as macrophages induces an anti-inflammatory phenotype in the latter ones. Anti-inflammatory or M2 polarization is also observed in macrophages infiltrating certain human tumors. These tumor-associated macrophages (TAM) contribute actively to tumor progression by promoting immune evasion, angiogenesis and tumor cell survival. The aim of my Ph.D. thesis was to approach the mechanisms as well as the characteristics of macrophage phenotype alterations induced by AC, and to elucidate a possible connection between tumor cell apoptosis and TAM generation. In the first part of my studies, I investigated the impact of AC on macrophage viability. I could show that macrophage survival against pro-apoptotic agents increased after the interaction with AC. Protection of macrophages against cell death required activation of phosphatidylinositol-3 kinase (PI3K), extracellular signal-regulated kinase 1/2 (ERK1/2) and Ca2+ signaling, and correlated with Bcl-XL and Bcl-2 up-regulation as well as Ser136-Bad phosphorylation. Unexpectedly, neither phagocytosis nor binding of apoptotic debris to the phagocyte was necessary to induce protection. AC released the bioactive lipid sphingosine-1-phosphate (S1P), dependent on sphingosine kinase (SphK) 2, as a survival messenger. These data indicated an active role of AC in preventing cell destruction in their neighborhood. My next aim was to elucidate the mechanism of S1P production by AC. During cell death, SphK 2 was cleaved at its N-terminus by caspase-1. Thereupon, the truncated but enzymatically active fragment of SphK 2 was released from cells. This release was coupled to phosphatidylserine exposure, a hallmark of apoptosis and a crucial signal for the phagocyte/apoptotic cell interaction. Thus, I observed a link between common signaling events during apoptosis and the extracellular production of S1P, which is known to affect immune cell attraction and polarization as well as angiogenesis in cancer. In the next part of my studies, I asked for a correlation between tumor cell apoptosis and TAM polarization. During co-culture of human macrophages with human breast cancer carcinoma cells (MCF-7), the latter ones were killed, while macrophages acquired an alternatively activated phenotype. This was characterized by decreased tumor necrosis factor (TNF)-α; and interleukin (IL)-12-p70 production, but increased formation of IL-8 and IL-10. Alternative macrophage activation required tumor cell death, because a co-culture with apoptosis-resistant colon carcinoma cells (RKO) or Bcl-2-overexpressing MCF-7 cells failed to induce phenotype alterations. These phenotype alterations were also achieved with conditioned media from apoptotic tumor cells, which again argued for a soluble factor being involved. Knock-down of SphK2, but not SphK1, to attenuate S1P formation in MCF-7 cells, repressed the otherwise observed alternative macrophage polarization during co-culture. Furthermore, macrophage polarization achieved by tumor cell apoptosis or substitution of authentic S1P was characterized by suppression of pro-inflammatory nuclear factor (NF)-κB DNA binding. These findings suggested that tumor cell apoptosis-derived S1P contributes to the macrophage polarization present in human tumors. To validate these in vitro data, I used an in vivo tumor model to clarify the relevance of SphK2 and S1P in tumor development. The growth of, as well as blood vessel infiltration into SphK2 knock-down MCF-7 (MCF-7-siSphK2) xenografts in nude mice was markedly decreased in comparison to control MCF-7 xenografts. In contrast, macrophage infiltration was similar or even more pronounced. These data provided a first hint for an in vivo role of SphK2-derived S1P in macrophage polarization associated with tumor promotion. In summary, these data indicate a new mechanism how AC themselves shape macrophage polarization, which results in the termination of inflammatory responses and macrophage survival. Furthermore, my studies present evidence that human tumors may utilize this mechanism to foster growth via increased angiogenesis.
Der ubiquitäre Redoxregulator Thioredoxin-1 (Trx-1) hat wichtige Funktionen für den zellulären Redoxstatus, Zellwachstum und Apoptose. Reaktive Sauerstoffspezies (ROS) sind beteiligt an der Pathogenese kardiovaskulärer Erkrankungen wie der Atherosklerose und werden zunehmend in ihrer Rolle als intra- und extrazelluläre Signalmoleküle charakterisiert. Ein Ungleichgewicht zwischen der Entstehung von ROS und ihrem Abbau durch antioxidative Systeme führt zu oxidativem Stress, zur Oxidation von Proteinen und letztlich zum Zelltod. Daher wurde in dieser Doktorarbeit untersucht, wie reaktive Sauerstoffspezies Trx-1 in Endothelzellen regulieren, welchen Einfluss dies für die Endothelzellapoptose hat und welche Bedeutung Antioxidantien, Stickstoffmonoxid (NO) und Schubspannung haben. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass H2O2 konzentrationsabhängig die Expression von Trx-1 beeinflusst. Geringe Konzentrationen H2O2 wie 10 und 50 µM induzierten Trx-1-mRNA nach 3 Stunden. Auf Proteinebene fand sich dann nach 6 Stunden eine transiente Hochregulation von Trx-1. Diese geringen Konzentrationen von H2O2 wirkten antiapoptotisch. Dieser antiapoptotische Effekt war von der Trx-1 Proteinexpression abhängig. Im Gegensatz dazu kam es bei hohen Konzentrationen H2O2 zu einer Degradierung von Trx-1. Durch das Antioxidans NAC und NO konnte der Abbau von Trx-1 unter höheren H2O2-Konzentrationen verhindert werden. Untersuchungen zum Mechanismus des Degradierungsprozesses ergaben, dass Trx-1 durch die Aspartatprotease Cathepsin D abgebaut wird. Der protektive Effekt von NO auf die Trx-1 Expression konnte auch im Gewebe eNOS-defizienter Mäuse gezeigt werden, da bereits eNOS-defiziente Mäuse in den Nieren weniger Trx-1 Protein aufwiesen im Vergleich zu Wildtyp-Kontrollmäusen. Bei der Entstehung endothelialer Läsionen und der Stabilität atheromatöser Plaques spielt die Endothelzellapoptose vermutlich eine wichtige Rolle. Trx-1 schützt Endothelzellen vor Apoptose, wird jedoch unter oxidativem Stress abgebaut. Faktoren, die Trx-1 unter oxidativem Stress stabilisieren wie NAC und NO, kommt daher eine besondere Bedeutung für die Endothelzellhomöostase zu.
Altered metabolism in tumor cells is increasingly recognized as a core component of the neoplastic phenotype. Because p53 has emerged as a master metabolic regulator, we hypothesized that the presence of wild-type p53 in glioblastoma cells could confer a selective advantage to these cells under the adverse conditions of the glioma microenvironment. Here, we report on the effects of the p53-dependent effector Tp53-induced glycolysis and apoptosis regulator (TIGAR) on hypoxia-induced cell death. We demonstrate that TIGAR is overexpressed in glioblastomas and that ectopic expression of TIGAR reduces cell death induced by glucose and oxygen restriction. Metabolic analyses revealed that TIGAR inhibits glycolysis and promotes respiration. Further, generation of reactive oxygen species (ROS) levels was reduced whereas levels of reduced glutathione were elevated in TIGAR-expressing cells. Finally, inhibiting the transketolase isoenzyme transketolase-like 1 (TKTL1) by siRNA reversed theses effects of TIGAR. These findings suggest that glioma cells benefit from TIGAR expression by (i) improving energy yield from glucose via increased respiration and (ii) enhancing defense mechanisms against ROS. Targeting metabolic regulators such as TIGAR may therefore be a valuable strategy to enhance glioma cell sensitivity toward spontaneously occurring or therapy-induced starvation conditions or ROS-inducing therapeutic approaches.
Searching for new strategies to trigger apoptosis in rhabdomyosarcoma (RMS), we investigated the effect of two novel classes of apoptosis-targeting agents, i.e. monoclonal antibodies against TNF-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) receptor 1 (mapatumumab) and TRAIL receptor 2 (lexatumumab) and small-molecule inhibitors of inhibitor of apoptosis (IAP) proteins. Here, we report that IAP inhibitors synergized with lexatumumab, but not with mapatumumab, to reduce cell viability and to induce apoptosis in several RMS cell lines in a highly synergistic manner (combination index <0.1). Cotreatment-induced apoptosis was accompanied by enhanced activation of caspase-8, -9, and -3; loss of mitochondrial membrane potential; and caspase-dependent apoptosis. In addition, IAP inhibitor and lexatumumab cooperated to stimulate the assembly of a cytosolic complex containing RIP1, FADD, and caspase-8. Importantly, knockdown of RIP1 by RNA interference prevented the formation of the RIP1·FADD·caspase-8 complex and inhibited subsequent activation of caspase-8, -9, and -3; loss of mitochondrial membrane potential; and apoptosis upon treatment with IAP inhibitor and lexatumumab. In addition, RIP1 silencing rescued clonogenic survival of cells treated with the combination of lexatumumab and IAP inhibitor, thus underscoring the critical role of RIP1 in cotreatment-induced apoptosis. By comparison, the TNFα-blocking antibody Enbrel had no effect on IAP inhibitor/lexatumumab-induced apoptosis, indicating that an autocrine TNFα loop is dispensable. By demonstrating that IAP inhibitors and lexatumumab synergistically trigger apoptosis in a RIP1-dependent but TNFα-independent manner in RMS cells, our findings substantially advance our understanding of IAP inhibitor-mediated regulation of TRAIL-induced cell death.
ADAM15 protein amplifies focal adhesion kinase phosphorylation under genotoxic stress conditions
(2012)
ADAM15, a disintegrin and metalloproteinase, is capable of counteracting genotoxic stress-induced apoptosis by the suppression of caspase-3 activation. A cell line expressing the membrane-bound ADAM15 without its cytoplasmic tail, however, lost this anti-apoptotic property, suggesting a crucial role of the intracellular domain as a scaffold for recruitment of survival signal-transducing kinases. Accordingly, an enhanced phosphorylation of FAK at Tyr-397, Tyr-576, and Tyr-861 was detected upon genotoxic stress by camptothecin in ADAM15-transfected T/C28a4 cells, but not in transfectants expressing an ADAM15 mutant without the cytoplasmic tail. Accordingly, a specific binding of the cytoplasmic ADAM15 domain to the C terminus of FAK could be shown by mammalian two-hybrid, pulldown, and far Western studies. In cells expressing full-length ADAM15, a concomitant activation of Src at Tyr-416 was detected upon camptothecin exposure. Cells transfected with a chimeric construct consisting of the extracellular IL-2 receptor α-chain and the cytoplasmic ADAM15 domain were IL-2-stimulated to prove that the ADAM15 tail can transduce a percepted extracellular signal to enhance FAK and Src phosphorylation. Our studies further demonstrate Src binding to FAK but not a direct Src interaction with ADAM15, suggesting FAK as a critical intracellular adaptor for ADAM15-dependent enhancement of FAK/Src activation. Moreover, the apoptosis induction elicited by specific inhibitors (PP2, FAK 14 inhibitor) of FAK/Src signaling was significantly reduced by ADAM15 expression. The newly uncovered counter-regulatory response to genotoxic stress in a chondrocytic survival pathway is potentially also relevant to apoptosis resistance in neoplastic growth.
Smac mimetic promotes apoptosis by neutralizing inhibitor of apoptosis (IAP) proteins and is considered as a promising cancer therapeutic. Although an autocrine/paracrine tumor necrosis factor-α (TNFα) loop has been implicated in Smac mimetic-induced cell death, little is yet known about additional factors that determine sensitivity to Smac mimetic. Using genome-wide gene expression analysis, we identify death receptor 5 (DR5) as a novel key mediator of Smac mimetic-induced apoptosis. Although several cell lines that are sensitive to the Smac mimetic BV6 die in a TNFα-dependent manner, A172 glioblastoma cells undergo BV6-induced apoptosis largely independently of TNFα/TNFR1, as the TNFα-blocking antibody Enbrel or TNFR1 knockdown provide little protection. Yet, BV6-stimulated nuclear factor-κB (NF-κB) activation is critically required for apoptosis, as inhibition of NF-κB by overexpression of dominant-negative IκBα superrepressor (IκBα-SR) blocks BV6-induced apoptosis. Unbiased genome-wide gene expression studies in IκBα-SR-overexpressing cells versus vector control cells reveal that BV6 increases DR5 expression in a NF-κB-dependent manner. Importantly, this BV6-stimulated upregulation of DR5 is critically required for apoptosis, as transient or stable knockdown of DR5 significantly inhibits BV6-triggered apoptosis. In addition, DR5 silencing attenuates formation of a RIP1/FADD/caspase-8 cytosolic cell death complex and activation of caspase-8, -3 and -9. By identifying DR5 as a critical mediator of Smac mimetic-induced apoptosis, our findings provide novel insights into the determinants that control susceptibility of cancer cells to Smac mimetic.
Inhibition of the proteasome is considered as a promising strategy to sensitize cancer cells to apoptosis. Recently, we demonstrated that the proteasome inhibitor Bortezomib primes neuroblastoma cells to TRAIL-induced apoptosis. In the present study, we investigated whether Bortezomib increases chemosensitivity of neuroblastoma cells. Unexpectedly, we discover an antagonistic interaction of Bortezomib and microtubule-interfering drugs. Bortezomib significantly attenuates the loss of cell viability and induction of apoptosis on treatment with Taxol and different vinca alkaloids but not with other chemotherapeutics, that is, Doxorubicin and Cisplatinum. Importantly, Bortezomib inhibits G2/M transition by inhibiting proteasomal degradation of cell cycle regulatory proteins such as p21, thereby preventing cells to enter mitosis, the cell cycle phase in which they are most vulnerable to antitubulin chemotherapeutics. Consequently, Bortezomib counteracts Taxol-induced mitotic arrest and polyploidy, as shown by reduced expression of PLK1 and phosphorylated histone H3. In addition, Bortezomib antagonizes Taxol-mediated degradation of MCL-1 during mitotic arrest by preventing cells to enter mitosis and by inhibiting the proteasome. Downregulation of MCL-1 is critically required for Taxol-induced apoptosis, as overexpression of a phosphomutant MCL-1 variant, which is resistant to degradation, significantly diminishes Taxol-triggered apoptosis. Vice versa, attenuation of Bortezomib-mediated accumulation of MCL-1 by knockdown of MCL-1 significantly enhances Taxol/Bortezomib-induced apoptosis. Thus, Bortezomib rescues Taxol-induced apoptosis by inhibiting G2/M transition and mitigating MCL-1 degradation. The identification of this antagonistic interaction of Bortezomib and microtubule-targeted drugs has important implications for the design of Bortezomib-based combination therapies.
The PI3K/mammalian Target of Rapamycin (mTOR) pathway is often aberrantly activated in rhabdomyosarcoma (RMS) and represents a promising therapeutic target. Recent evaluation of AZD8055, an ATP-competitive mTOR inhibitor, by the Preclinical Pediatric Testing Program showed in vivo antitumor activity against childhood solid tumors, including RMS. Therefore, in the present study, we searched for AZD8055-based combination therapies. Here, we identify a new synergistic lethality of AZD8055 together with ABT-737, a BH3 mimetic that antagonizes Bcl-2, Bcl-xL, and Bcl-w but not Mcl-1. AZD8055 and ABT-737 cooperate to induce apoptosis in alveolar and embryonal RMS cells in a highly synergistic fashion (combination index < 0.2). Synergistic induction of apoptosis by AZD8055 and ABT-737 is confirmed on the molecular level, as AZD8055 and ABT-737 cooperate to trigger loss of mitochondrial membrane potential, activation of caspases, and caspase-dependent apoptosis that is blocked by the pan-caspase inhibitor Z-VAD-fmk. Similar to AZD8055, the PI3K/mTOR inhibitor NVP-BEZ235, the PI3K inhibitor NVP-BKM120 and Akt inhibitor synergize with ABT-737 to trigger apoptosis, whereas no cooperativity is found for the mTOR complex 1 inhibitor RAD001. Interestingly, molecular studies reveal a correlation between the ability of different PI3K/mTOR inhibitors to potentiate ABT-737-induced apoptosis and to suppress Mcl-1 protein levels. Importantly, knockdown of Mcl-1 increases ABT-737-induced apoptosis similar to AZD8055/ABT-737 cotreatment. This indicates that AZD8055-mediated suppression of Mcl-1 protein plays an important role in the synergistic drug interaction. By identifying a novel synergistic interaction of AZD8055 and ABT-737, our findings have important implications for the development of molecular targeted therapies for RMS.