Ein neues Breitband-Krebstherapeutikum?

Das »Proliferating Cell Nuclear Antigen« (PCNA) kommt in allen eukaryotischen Zellen (Zellen mit Zellkern) vor. Es spielt eine zentrale Rolle bei der Regulation der DNA-Synthese und -Reparatur. Als sogenanntes Ringklemmenprotein umschließt es die DNA dort, wo Replikation stattfindet, Es ist  unverzichtbar für eine störungsfreie Verdopplung der beiden DNA-Stränge und damit auch für das Wachstum und Überleben von Krebszellen. 

Interessanterweise exprimieren Krebszellen zwei PCNA-Varianten, eine basische Isoform und in viel höherem Maße eine saure Isoform, die in normalen Körperzellen fast nicht exprimiert wird. Die saure PCNA-Isoform wird auch als caPCNA (cancer-associated PCNA) bezeichnet. Sie entsteht nicht durch eine Mutation oder alternatives Spleißen der mRNA, sondern eher durch eine posttranslationale Veränderung, also Modifikation des fertigen Proteins. Durch diese Modifikation wird im caPCNA-Molekül eine kleine Peptidregion mit acht Aminosäuren (L126-Y133)  besser zugänglich, die innerhalb der Interkonnektordomäne liegt, an die viele der mit PCNA interagierenden Proteine binden. Hier bindet auch der Wirkstoffkandidat AOH1996.

Als zentraler Knotenpunkt in der DNA-Replikation interagiert PCNA auch mit den DNA-Polymerasen δ (am Folgestrang) und ε (am Leitstrang), die die RNA-Primer verlängern, die immer den Start eines neu-synthetisierten DNA-Strangs bilden.

Bekanntlich wird DNA nicht nur in der S-Phase der Zellteilung repliziert, sondern auch ständig transkribiert. Jüngere Studien deuten darauf hin, dass es in bestimmten Situationen und an bestimmten Genomregionen zu Konflikten zwischen eukaryontischen Replisomen, den großen Replikationskomplexen, und den Transkriptionsmaschinerien kommt, die über das Genom verteilt aktiv sind. Dies kann zu Chromosomeninstabilität führen.

Hier glauben die Forschenden der City of Hope einen Schwachpunkt identifiziert zu haben, den sie mit dem Wirkstoff AOH1996 ausnutzen könnten. Die experimentellen Daten der Forschenden deuten an, dass AOH1996 auf diese sogenannte Transkriptions-Replikationskonflikte (TRCs) abzielt, die immer dann auftreten, wenn die Mechanismen, die zum einen für die Genexpression und zum anderen für die Genomverdopplung verantwortlichen sind, miteinander kollidieren.

Durch Immunpräzipitation konnten die Forschenden zeigen, dass AOH1996 die Interaktion zwischen caPCNA und der größten Untereinheit der DNA-abhängigen RNA-Polymerase II (RPB1), die im Rahmen der Transkription die in der DNA gespeicherte Information in RNA umschreibt, in einem Maße verstärkt, dass RPB1 von einer zellulären Kontroll-Maschinerie gezielt abgebaut wird und RPB1 aus den Krebszellen verschwindet.

Statt den Transkriptions-Replikationskonflikt aufzulösen, wird durch die AOH1996 vermittelte Stabilisierung der Interaktion zwischen caPCNA und RPB1 die Auflösung von TRCs verhindert. Dadurch wird auch verhindert, dass DNA-Schäden nach der Auflösung von TRCs repariert und die Transkriptions- und Replikationsprozesse unabhängig voneinander fortgesetzt werden. Stattdessen kommt es an den Kollisionsstellen zu DNA-Doppelsträngbrüchen.

DNA-Doppelstrangbrüche sind für Zellen tödlich, wenn sie nicht ordnungsgemäß repariert werden. Die Tatsache, dass Inhibitoren der Transkription durch AOH1996 induzierte DNA-Doppelstrangbrüche unterdrücken können, bestätigt, dass die durch AOH1996 verursachten DNA-Schäden transkriptionsabhängig sind.

Indem also das an caPCNA gebundene AOH1996 die durch TRCs verursachte Schwachstelle einer Tumorzelle ausnutzt, hemmt der Wirkstoff selektiv das Tumorwachstum, ohne eine erkennbare Nebenwirkung zu verursachen.