Da Krebs eine genetische Erkrankung ist, liegen diesen Mechanismen der erworbenen Arzneimittelresistenz zwei genomische Ereignisse zugrunde: Genomveränderungen (z. B. Genamplifikation und -deletion) und epigenetische Modifikationen.

Genetische Ursachenedit

Genomveränderungenedit

Chromosomale Umlagerung aufgrund von Genominstabilität kann Genamplifikation und Deletion verursachen.Die Genamplifikation ist die Zunahme der Kopienzahl einer Region eines Chromosoms. die häufig in soliden Tumoren auftreten und durch veränderte Genexpression zur Tumorevolution beitragen können.Hamsterzellforschung im Jahr 1993 zeigte, dass Amplifikationen im DHFR-Gen, das an der DNA-Synthese beteiligt ist, mit einem Chromosomenbruch unterhalb des Gens begannen und nachfolgende Zyklen von Brückenbruchfusionsformationen zu großen intrachromosomalen Wiederholungen führen. Die Überverstärkung von Onkogenen kann als Reaktion auf eine Chemotherapie auftreten, von der angenommen wird, dass sie der zugrunde liegende Mechanismus in mehreren Resistenzklassen ist. Beispielsweise tritt die DHFR-Amplifikation als Reaktion auf Methotrexat, die TYMS-Amplifikation (die an der DNA-Synthese beteiligt ist) als Reaktion auf 5-Fluorouracil und die BCR-ABL-Amplifikation als Reaktion auf Imatinib-Mesylat auf. Die Bestimmung von Bereichen der Genamplifikation in Zellen von Krebspatienten hat enorme klinische Auswirkungen.Die Deletion von Genen ist das Gegenteil der Genamplifikation, bei der eine Region eines Chromosoms verloren geht und eine Arzneimittelresistenz durch den Verlust von Tumorsuppressorgenen wie TP53 auftritt.

Genomische Instabilität kann auftreten, wenn der Replikationszweig gestört oder in seiner Migration blockiert ist. Dies kann bei Replikationsgabelbarrieren auftreten, Proteine wie PTIP, CHD4 und PARP1, die normalerweise von den DNA-Schadens-Sensoren, Vermessungsingenieuren und Respondern BRCA1 und BRCA2 der Zellen gelöscht werden.

Epigenetische Mechanismen

Epigenetische Modifikationen in der antineoplastischen Arzneimittelresistenz spielen eine wichtige Rolle bei der Krebsentstehung und Arzneimittelresistenz, da sie zur Regulation der Genexpression beitragen. Zwei Haupttypen der epigenetischen Kontrolle sind DNA-Methylierung und Histonmethylierung / Acetylierung. DNA-Methylierung ist der Prozess der Zugabe von Methylgruppen zur DNA, normalerweise in den stromaufwärts gelegenen Promotorregionen, wodurch die DNA-Transkription in der Region gestoppt und einzelne Gene effektiv zum Schweigen gebracht werden. Histonmodifikationen wie die Deacetylierung verändern die Chromatinbildung und zerstören große chromosomale Regionen. In Krebszellen, in denen die normale Regulation der Genexpression zusammenbricht, werden die Onkogene über Hypomethylierung aktiviert und Tumorsuppressoren über Hypermethylierung zum Schweigen gebracht. In ähnlicher Weise wurde bei der Entwicklung von Arzneimittelresistenzen vorgeschlagen, dass epigenetische Modifikationen zur Aktivierung und Überexpression von Genen für Arzneimittelresistenz führen können.

Studien an Krebszelllinien haben gezeigt, dass die Hypomethylierung (Verlust der Methylierung) des MDR1-Genpromotors eine Überexpression und die Multidrug-Resistenz verursachte.

In einer methotrexatresistenten Brustkrebszelllinie ohne Medikamentenaufnahme und Folatträgerexpression ergab DAC, ein DNA-Methylierungsinhibitor, eine verbesserte Medikamentenaufnahme und Folatträgerexpression.

Erworbene Resistenz gegen das alkylierende Medikament Fotemustin in Melanomzellen zeigte eine hohe MGMT-Aktivität im Zusammenhang mit der Hypermethylierung der MGMT-Genexons.

In Imatinib-resistenten Zelllinien wurde gezeigt, dass die Stummschaltung des SOCS-3-Gens durch Methylierung eine STAT3-Proteinaktivierung verursacht, die zu einer unkontrollierten Proliferation führte.

Krebszellmechanismen

Krebszellen können durch veränderten Membrantransport, verbesserte DNA-Reparatur, apoptotische Signalwegdefekte, Veränderung von Zielmolekülen, Protein- und Signalwegmechanismen wie enzymatische Deaktivierung gegen mehrere Medikamente resistent werden.

Veränderter Membrantransport

Viele Klassen von antineoplastischen Medikamenten wirken auf intrazelluläre Komponenten und Signalwege, wie DNA, Kernkomponenten, was bedeutet, dass sie in die Krebszellen eindringen müssen. Das p-Glykoprotein (P-gp) oder das multiple Arzneimittelresistenzprotein ist ein phosphorylierter und glykosylierter Membrantransporter, der Arzneimittel aus der Zelle transportieren kann, wodurch die Arzneimittelwirksamkeit verringert oder abgetragen wird. Dieses Transporterprotein wird vom MDR1-Gen kodiert und wird auch als ATP-bindendes Kassettenprotein (ABC) bezeichnet. MDR1 hat eine promiskuitive Substratspezifität, die es ihm ermöglicht, viele strukturell unterschiedliche Verbindungen über die Zellmembran zu transportieren, hauptsächlich hydrophobe Verbindungen. Studien haben gezeigt, dass das MDR1-Gen als Reaktion auf Arzneimittel aktiviert und überexprimiert werden kann und somit die Grundlage für Resistenzen gegen viele Arzneimittel bildet. Die Überexpression des MDR1-Gens in Krebszellen wird verwendet, um die intrazellulären Spiegel antineoplastischer Arzneimittel unter den Zelltötungswerten zu halten.

Es wurde beispielsweise festgestellt, dass das Antibiotikum Rifampicin die MDR1-Expression induziert. Experimente an verschiedenen arzneimittelresistenten Zelllinien und Patienten-DNA zeigten Genumlagerungen, die die Aktivierung oder Überexpression von MDR1 initiiert hatten. Ein C3435T-Polymorphismus im Exon 226 von MDR1 wurde ebenfalls stark mit p-Glykoprotein-Aktivitäten korreliert.

MDR1 wird durch NF-kB aktiviert, einen Proteinkomplex, der als Transkriptionsfaktor wirkt. In der Ratte grenzt eine NF-kB-Bindungsstelle an das mdr1b-Gen an, NF-kB kann in Tumorzellen aktiv sein, weil sein mutiertes NF-kB-Gen oder sein inhibitorisches IkB-Gen unter Chemotherapie mutiert ist. In Darmkrebszellen verursachte die Hemmung von NF-kB oder MDR1 eine erhöhte Apoptose als Reaktion auf ein Chemotherapeutikum.

Verbesserte DNA-ReparaturDie

Verbesserte DNA-Reparatur spielt eine wichtige Rolle bei der Fähigkeit von Krebszellen, arzneimittelinduzierte DNA-Schäden zu überwinden.

Platinbasierte Chemotherapien wie Cisplatin zielen auf Tumorzellen ab, indem sie ihre DNA-Stränge vernetzen, was zu Mutation und Schädigung führt. Ein solcher Schaden löst in Krebszellen den programmierten Zelltod (z. B. Apoptose) aus. Cisplatin-Resistenz tritt auf, wenn Krebszellen eine verbesserte Fähigkeit entwickeln, solche Schäden umzukehren, indem sie das Cisplatin aus der DNA entfernen und den verursachten Schaden reparieren. Die Cisplatin-resistenten Zellen regulieren die Expression des ERCC1-Gens und -Proteins (Excision Repair Cross-Complementing) hoch.Einige Chemotherapien sind Alkylierungsmittel, was bedeutet, dass sie eine Alkylgruppe an die DNA binden, um zu verhindern, dass sie gelesen wird. O6-Methylguanin-DNA-Methyltransferase (MGMT) ist ein DNA-Reparaturenzym, das Alkylgruppen aus DNA entfernt. Die MGMT-Expression wird in vielen Krebszellen hochreguliert, was sie vor Alkylierungsmitteln schützt. Eine erhöhte MGMT-Expression wurde bei Darmkrebs, Lungenkrebs, Non-Hodgkin-Lymphom, Brustkrebs, Gliomen, Myelom und Bauchspeicheldrüsenkrebs gefunden.

Apoptotische Signalwegdefektebearbeiten

TP53 ist ein Tumorsuppressorgen, das für das p53-Protein kodiert und auf DNA-Schäden entweder durch DNA-Reparatur, Zellzyklusstillstand oder Apoptose reagiert. Der Verlust von TP53 durch Gendeletion kann es Zellen ermöglichen, sich trotz DNA-Schädigung kontinuierlich zu replizieren. Die Toleranz von DNA-Schäden kann Krebszellen eine Methode der Resistenz gegen solche Medikamente verleihen, die normalerweise Apoptose durch DNA-Schäden induzieren.

Andere Gene, die an der Arzneimittelresistenz im Zusammenhang mit dem apoptotischen Weg beteiligt sind, umfassen h-ras und bcl-2/bax. Es wurde festgestellt, dass onkogenes h-ras die Expression von ERCC1 erhöht, was zu einer verbesserten DNA-Reparatur führt (siehe oben). Es wurde festgestellt, dass die Hemmung von h-ras die Cisplatinempfindlichkeit in Glioblastomzellen erhöht. Die hochregulierte Expression von Bcl-2 in Leukämiezellen (Non-Hodgkin-Lymphom) führte zu verminderten Apoptosespiegeln als Reaktion auf Chemotherapeutika, da Bcl-2 ein überlebensförderndes Onkogen ist.

Veränderte Zielmolekülebearbeiten

Während der gezielten Therapie hat sich das Ziel oft selbst verändert und seine Expression so weit verringert, dass die Therapie nicht mehr wirksam ist. Ein Beispiel hierfür ist der Verlust von Östrogenrezeptor (ER) und Progesteronrezeptor (PR) bei der Antiöstrogenbehandlung von Brustkrebs. Tumore mit ER- und PR-Verlust sprechen nicht mehr auf Tamoxifen oder andere Antiöstrogenbehandlungen an, und während Krebszellen auf Östrogensynthesehemmer etwas ansprechen, reagieren sie schließlich nicht mehr auf endokrine Manipulationen und sind nicht mehr auf Östrogen für das Wachstum angewiesen.Eine weitere Linie von Therapeutika zur Behandlung von Brustkrebs zielt auf Kinasen wie den humanen epidermalen Wachstumsfaktor-Rezeptor 2 (HER2) aus der EGFR-Familie ab. Bei der Behandlung mit einem Inhibitor treten häufig Mutationen im HER2-Gen auf, wobei bei etwa 50% der Patienten mit Lungenkrebs eine EGFR-T790M-Gatekeeper-Mutation festgestellt wurde.Die Behandlung der chronischen myeloischen Leukämie (CML) beinhaltet einen Tyrosinkinase-Inhibitor, der auf das BCR / ABL-Fusionsgen namens Imatinib abzielt. Bei einigen Personen, die gegen Imatinib resistent sind, wird das BCR / ABL-Gen reaktiviert oder amplifiziert, oder es ist eine einzelne Punktmutation des Gens aufgetreten. Diese Punktmutationen verstärken die Autophosphorylierung des BCR-ABL-Proteins, was zur Stabilisierung der ATP-Bindungsstelle in ihre aktive Form führt, die von Imatinib nicht für eine ordnungsgemäße Arzneimittelaktivierung gebunden werden kann.

Topoisomerase ist aufgrund ihrer entscheidenden Rolle als Enzym bei der DNA-Replikation ein lukratives Ziel für die Krebstherapie, und es wurden viele Topoisomerase-Inhibitoren hergestellt. Resistenz kann auftreten, wenn die Topoisomerasespiegel erniedrigt sind oder wenn verschiedene Isoformen der Topoisomerase innerhalb der Zelle unterschiedlich verteilt sind. Mutierte Enzyme wurden auch in Leukämiezellen von Patienten sowie Mutationen in anderen Krebsarten berichtet, die eine Resistenz gegen Topoisomerase-Inhibitoren verleihen.

Veränderter Metabolismus

Einer der Mechanismen der antineoplastischen Resistenz ist die Überexpression von arzneimittelmetabolisierenden Enzymen oder Trägermolekülen. Durch die Erhöhung der Expression metabolischer Enzyme werden Arzneimittel schneller in Arzneimittelkonjugate oder inaktive Formen umgewandelt, die dann ausgeschieden werden können. Zum Beispiel fördert eine erhöhte Expression von Glutathion die Arzneimittelresistenz, da die elektrophilen Eigenschaften von Glutathion es ihm ermöglichen, mit zytotoxischen Mitteln zu reagieren und diese zu inaktivieren. In einigen Fällen führt eine verminderte Expression oder ein Verlust der Expression von arzneimittelmetabolisierenden Enzymen zu Resistenzen, da die Enzyme benötigt werden, um ein Arzneimittel von einer inaktiven Form zu einer aktiven Form zu verarbeiten. Arabinosid, eine häufig verwendete Chemotherapie bei Leukämie und Lymphomen, wird durch Desoxycytidinkinase in Cytosinarabinosidtriphosphat umgewandelt. Mutation der Desoxycytidinkinase oder Verlust der Expression führt zu einer Resistenz gegen Arabinosid. Dies ist eine Form der enzymatischen Deaktivierung.

Die Expression von Wachstumsfaktoren kann auch die Resistenz gegen antineoplastische Therapien fördern. Bei Brustkrebs wurde festgestellt, dass arzneimittelresistente Zellen hohe IL-6-Spiegel exprimierten, während empfindliche Zellen keine signifikanten Spiegel des Wachstumsfaktors exprimierten. IL-6 aktiviert die CCAAT-Enhancer-bindenden Proteintranskriptionsfaktoren, die die MDR1-Genexpression aktivieren (siehe Veränderung des Membrantransports).