Die Inhibition von GSK-3 löst Apoptose in Tumorzellen aus und hemmt das Tumorwachstum im Tiermodell

Die Glykogen Synthase Kinase-3 (GSK-3) ist eine Serin/Threonin Kinase, die eine zentrale Rolle in vielen Signalwegen (Insulinsynthese, Wnt-Signalweg u.s.w.) spielt. In meiner Arbeit konnte ich zeigen, dass die Inhibition von GSK-3, Apoptose in p53- positiven und -negativen Tumorzellen induzierte. Die Inaktivierung von GSK-3 führt unter anderem zur Stabilisierung des p53-Proteins, das als Transkriptionsfaktor für antiproliferative und pro-apoptotische Gene einen wesentlichen Einfluss auf die Zellproliferation ausübt.
In proliferierenden Zellen ist die p53-Proteinmenge niedrig und das Protein inaktiv. ... mehrWird die Menge des p53-Proteins erhöht, indem zum Beispiel sein Abbau verhindert wird, so werden die p53-abhängigen Zielgene transkribiert und Zellzyklusarrest oder Apoptose ausgelöst.
Da die Inaktivierung von GSK-3 in vorausgehenden Experimenten zur Mengenzunahme von transkriptionell aktivem p53 führte, lag die Hypothese nahe, dass die Inhibition von GSK-3 die Zellproliferation inhibieren könnte.
Die Behandlung unterschiedlicher p53-positiver und -negativer Zelllinien mit den gängigen GSK-3-Inhibitoren Lithiumchlorid oder Alsterpaullon hat eine entscheidende Wirkung auf die Zellproliferation, da sie den programmierten Zelltod in Tumorzellen einleiten.
In Anwesenheit von LiCl zeigten die Zellen die typischen Apoptosemerkmale wie Caspase-3-Aktivierung, PARP-Spaltung und DNS-Fragmentierung. Eine eindeutige p53-Abhängigkeit konnte ich in meinen Experimenten nicht feststellen, obwohl die Caspase-3-, PARP-Aktivierung und DNS-Fragmentierung in den p53-negativen Zellen schwächer war. Das Ausschalten der beiden Isoformen GSK-3α und -β-durch Transfektion spezifischer siRNA-Sequenzen führte ebenfalls zur Aktivierung von Caspase-3, was mich schlussfolgern ließ, dass die Inhibition dieser Kinase die Apoptose hervorruft.
Um dieses Ergebnis auch in vivo nachweisen zu können, habe ich syngene Ratten mit LiCl und NaCl vorbehandelt, mit MT450-Mammakarzinomzellen gespritzt, um die Tumorentwicklung zu stimulieren, und anschließend das Tumorwachstum über mehrere Wochen verfolgt. Die tägliche Behandlung der Tiere mit LiCl hat ihr Tumorwachstum stark beeinträchtigt und löste Apoptose in den Tumorzellen aus. Die anschließenden histologischen Untersuchungen der Tumore zeigten, dass die mit LiCl behandelten Ratten, im Vergleich zu den mit NaCl behandelten beziehungsweise den Kontrolltieren, eine erhöhte Apoptoserate aufwiesen.
Diese Reaktion der Tumorzellen lässt hoffen, dass die Inhibition von GSK-3 eines Tages in der Tumortherapie eingesetzt werden kann, um selektiv die malignen Zellen in einem Organismus zu töten.

The inhibition of GSK-3 induces apoptosis in tumor cells and reduces the tumorgrowth in the animal model
Glycogen synthase kinase-3 (GSK-3) is a serine/threonine kinase wich play a central role in many signalling pathways like insulin pathway or Wnt-signalling.
In my PhD-work I was able to show that the inhibition of GSK-3 is inducing apoptosis in p53-positive and –negative tumor cells. The inactivation of GSK-3 can lead to the stabilization of the p53 tumor suppressor protein which activates anti-proliferative and pro-apoptotic genes and has an influence on cel proliferation.
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In proliferating cells is the p53 protein inactive and its amount is kept low. If the p53 protein accumulates in the cell because it is not degraded anymore, p53 target genes are being activated and cell cycle arrest or apoptosis occurs.
In previous experiments was shown that the inhibition of GSK-3 lead to the activation of the p53 protein. My hypothesis was that GSK-3 inhibition could have an influence on cell proliferation. The treatment of different p53-positive and -negative cell lines with the well known GSK-3 inhibitors lithium chloride and alsterpaullone triggered the programmed cell death pathway in tumor cells. After LiCl treatment the cells showed the common apoptotic features like caspase-3 activation, PARP-cleavage and DNA-fragmentation. In my experiments I could not detect a p53 dependency, although caspase-3- and PARP-cleavage and DNA-fragmentation were weaker and occurred at later time points. The specific silencing of the two GSK-3 isoforms over siRNA sequences also had an influence on the caspase-3 activation. I was able to show that the inhibition of GSK-3 kinase is inducing apoptosis in tumor cells.
In order to confirm this results also in vivo, I performed an animal experiment. I pretreated rats with LiCl or NaCl as a control, I injected them with MT450 breast cancer cells for tumor development and I monitored the tumor growth for several weeks. The daily treatment of the rats with LiCl had a big influence on the tumor growth and also induced apoptosis in the tumor cells. The histological stainings of the tumors showed that in the LiCl-treated animals, a higher apoptotic rate occurred compaired to the NaCl-treated or non-treated animals.
The inhibition of GSK-3 has the chance to develop as a new method for cancer therapy because it could selectively induce apoptosis just in the malignant cells.