Rolle des Transkriptionsfaktors Nrf2 bei der proteasomalen Genexpression und erhöhter Proteasomaktivität im kolorektalen Karzinom

Hintergrund: Fehlregulationen des Ubiquitin-26S Proteasom-Systems sind entscheidend an der Tumorgenese beteiligt. Hierbei ist auch die Überexpression proteasomaler Gene involviert, deren Regulation in Säugerzellen bislang noch ungeklärt ist. Jüngste Hinweise deuten aber auf eine Rolle des anti-oxidativen Transkriptionsfaktors Nuclear factor E2-related factor 2 (Nrf2) hin.

Zielsetzung: Anhand des kolorektalen Karzinoms (KRK) soll in dem vorliegenden Projekt der Zusammenhang zwischen Nrf2-Aktivierung und verstärkter proteasomaler Genexpression sowie alterierter 26S Proteasomaktivität untersucht werden.

Methodik: Screening von Tumor- vs. Normalgewebe primär resezierter Patienten mit KRK anhand von Westernblot, EMSA und Suc-LLVY-AMC Proteasomassay. Umfassende in vitro Analyse der Verbindung zwischen Nrf2 Aktivität und Proteasomaktivierung anhand der KRK Zelllinien Colo320 und LoVo sowie der intestinalen Epithelzelllinie NCM460 mittels Proteasomassay, qPCR, Westernblot, EMSA, Luziferase- und Caspaseassays.

Ergebnisse: In 17 von 21 Tumorproben war gegenüber Normalgewebe eine erhöhte Proteasomaktivität festzustellen, die mit verstäkter Expression der proteasomalen Proteine S5a und alpha5 einherging und eine deutliche Korrelation mit erhöhten Mengen an nukleärem Nrf2 zeigte. Unter Behandlung mit dem Nrf2-Induktor tert-Butylhydrochinon (tBHQ) oder unter Nrf2 Überexpression erfolgte in Colo320 und Lovo sowie v.a. in NCM460 Zellen eine deutliche Induktion der Proteasomaktivität sowie der S5a und alpha5 Expression. Der siRNA vermittelte knock-down von Nrf2 verhinderte die tBHQ induzierte Proteasomaktivierung und s5a und alpha5 Expression, wie auch deren knock down die tBHQ induzierte Proteasomaktivität. Die unter Kontrolle des s5a Promotors erfolgende Luziferasexpression wurde durch tBHQ in Abhängigkeit von Nrf2 induziert. Unter Einfluss von tBHQ erfolgte eine Protektion von NCM460 Zellen gegenüber TRAIL induzierter Apoptose, die durch Nrf2, S5a und alpha5 knock down aufgehoben wurde.

Schlussfolgerung: Die verstärkte Proteasomaktivität und erhöhte Expression proteasomaler Proteine im KRK resultiert aus der Aktivierung von Nrf2, was auf eine Assoziation mit oxidativem Stress während der Tumorgenese hindeutet und Nrf2 als neue Zielstruktur in der Tumortherapie nahelegt.