Search

The taxanes are effective microtubule-stabilizing chemotherapy drugs that inhibit mitosis, induce apoptosis, and produce regression in a fraction of cancers that arise at many sites including the ovary. Novel therapeutic targets that augment taxane effects are needed to improve clinical chemotherapy response in CCNE1-amplified high grade serous ovarian cancer (HGSOC) cells. In this study, we conducted an siRNA-based kinome screen to identify modulators of mitotic progression in CCNE1-amplified HGSOC cells that may influence clinical paclitaxel response. PLK1 is overexpressed in many types of cancer, which correlates with poor prognosis. Here, we identified a novel synthetic lethal interaction of the clinical PLK1 inhibitor BI6727 and the microtubule-targeting drug paclitaxel in HGSOC cell lines with CCNE1-amplification and elucidated the underlying molecular mechanisms of this synergism. BI6727 synergistically induces apoptosis together with paclitaxel in different cell lines including a patient-derived primary ovarian cancer culture. Moreover, the inhibition of PLK1 reduced the paclitaxel-induced neurotoxicity in a neurite outgrowth assay. Mechanistically, the combinatorial treatment with BI6727/paclitaxel triggers mitotic arrest, which initiates mitochondrial apoptosis by inactivation of anti-apoptotic BCL-2 family proteins, followed by significant loss of the mitochondrial membrane potential and activation of caspase-dependent effector pathways. This conclusion is supported by data showing that BI6727/paclitaxel-co-treatment stabilizes FBW7, a component of SCF-type ubiquitin ligases that bind and regulate key modulators of cell division and growth including MCL-1 and Cyclin E. This identification of a novel synthetic lethality of PLK1 inhibitors and a microtubule-stabilizing drug has important implications for developing PLK1 inhibitor-based combination treatments in CCNE1-amplified HGSOC cells.

Die Zelle repliziert ihre DNA während der S-Phase und segregiert sie dann später in der M Phase des Zellzykluses. Kommt es während dieser Prozesse zu DNA Schädigungen, arretiert die Zelle den Zellzyklus mit Hilfe spezifischer Kontrollmechanismen und versucht den Schaden zu beheben. Der DNA Kontrollpunkt wird bei DNA Schädigungen aktiviert, um mit Hilfe der DNA Reparatur den Schaden zu beheben und somit dafür zu sorgen, dass die DNA fehlerfrei repliziert werden kann. Der zweite Zellzyklus Kontrollpunkt, der Spindel Kontrollpunkt, stellt sicher, dass die Chromosomen während der M Phase unter gleicher Spannung innerhalb der Äquatorialplatte der Metaphase Spindel angeordnet sind. Kann in der Zeit, in der der Zellzyklus Kontrollpunkt aktiv ist, der Schaden nicht behoben werden, so wird Apoptose ausgelöst und die Zelle wird aus dem Zellverband entfernt. Krebszellen haben Strategien entwickelt, Zellzyklus Kontrollpunkte zu umgehen und darüber hinaus normalen Mechanismen der Apoptose zu entkommen. Die genauen molekularen Vorgänge der Deregulierung der Apoptose sind weitestgehend unaufgeklärt. Procaspase 8 ist ein wichtiges Schlüsselenzym des extrinsischen Apoptose Signalweges. Der extrinsische Signalweg wird extrazellulär über die Bindung von Liganden an ihre korrespondierenden Rezeptoren ausgelöst. In dieser Studie wird gezeigt, dass Procaspase 8 an Ser-387 in vitro als auch in vivo von Cdk1/Cyclin B1 phosphoryliert wird. Darüber hinaus zeigt diese Phosphorylierungsstelle die typische Struktur einer Bindungsstelle für Plk1, einer weiteren mitotischen Kinase. Die Interaktion von Procaspase 8 mit Cdk1/Cyclin B1 wird über die DE Domäne („death-effector-domain“ DED) von Procaspase 8 vermittelt. Wird Procaspase 8 an Ser 387 zu Alanin (S387A) mutiert, so wird die Phosphorylierung durch Cdk1/Cyclin B1 fast vollständig verhindert. Wird zudem diese Mutante (S387A) in humanen Krebszellen überexprimiert, so hemmt dies die Apoptose nach Stimulation des Fas Rezeptors. Wird umgekehrt Cyclin B1 mittels RNA Interferenz depletiert und dadurch Cdk1 nicht aktiviert, wird extrinsische Apoptose verstärkt. Diese Studie zeigt erstmals eine gezielte Inhibierung des extrinsischen Apoptose Signalweges durch mitotische Kinasen und schlägt ein Modell vor, in dem Serin/Threonin Kinasen extrinsische Apoptose inhibieren und somit der Tumorzelle ermöglichen, der Apoptose zu entkommen. Darüber hinaus wird ein neuartiger Mechanismus der Inhibition der autokatalytischen Spaltung von Procaspase 8 durch eine mitotische Kinase gezeigt. Caspase activation is a hallmark of apoptosis. However, the molecular mechanisms underlying the regulation of caspase-8 activation within the extrinsic death pathway are not well understood. In this study, we demonstrate that procaspase-8 is phosphorylated in mitotic cells by Cdk1/cyclin B1 on Ser-387, which is located at the N-terminus of the catalytic subunit p10. This phosphorylation of procaspase-8 on Ser-387 occurs in cancer cell lines as well as in primary breast tissues and lymphocytes. Furthermore, RNAi-mediated silencing of cyclin B1 or treatment with the Cdk1 inhibitor RO-3306 enhances the Fas-mediated activation and processing of procaspase-8 in mitotic cells. A non-phosphorylatable procaspase-8(S387A) facilitates Fas-induced apoptosis during mitosis. Our findings suggest that Cdk1/cyclin B1 activity shields human cells against extrinsic death stimuli and unravel the molecular details of the crosstalk between cell cycle and extrinsic apoptotic pathways. Finally, this new mechanism may also contribute to tumorigenesis.