The mechanism underlying proteasome-mediated sensitivity to the chemotherapeutic agent cisplatin

Abstract

Cisplatin has been one of the most effective drugs for the treatment of solid tumors. Platinum-based chemotherapy is effective treating the majority of patients with advanced testis cancer and has shown activity against lung, ovary, bladder, head and neck, esophagus, cervix and endometrium cancers. However, cellular resistance severely limits the curative potential of cisplatin. Mechanisms of cisplatin resistance include decreased intracellular accumulation, enhanced cellular detoxification by glutathione and metallothionein systems, increased repair of the cytotoxic DNA lesions and enhanced tolerance for cisplatin-induced DNA damage. Additionally, failure to engage the appropriate apoptotic response upon cisplatin treatment has also been associated with cisplatin resistance. DNA damage-induced apoptosis is usually categorized as either p53-dependent or p53–independent. The tumor suppressor protein p53 is frequently mutated in human cancers, associated with defects in apoptotic pathways and drug resistance. However, using p53-deficient cell lines it was shown that there are also p53-independent apoptotic pathways that are activated in response to cisplatin. Modulation of proteasomal function with specific inhibitors has become a target for the treatment of multiple cancers. Studies in mammalian cells have shown that combination of cisplatin with proteasome inhibitors enhances chemosensitivity and induces apoptotic cell death of tumor cells. However, the mechanisms of action of proteasome inhibitors in cisplatin sensitization are not yet fully defined. Due to the high degree of conservation of basic cellular processes between yeasts and higher organisms and ease of genetic manipulation, yeast proved to be a powerful model to study molecular and cellular pathways of mammalian diseases. Using Saccharomyces cerevisiae as a model (p53-independent way), it was shown that cisplatin induces an active form of cell death accompanied by DNA condensation and fragmentation/degradation, but no significant mitochondrial dysfunction. Moreover, it was shown that proteasome inhibition with MG132 or genetically increased resistance to cisplatin. With this project, we intended to elucidate how the proteasome may be involved in resistance to cisplatin in order to increase the efficacy of chemotherapy.

A cisplatina tem sido um dos fármacos mais eficazes no tratamento de tumores sólidos. A quimioterapia à base de platina é curativa na maior parte dos pacientes com cancro de testículo e mostrou atividade contra cancro de pulmão, ovário, bexiga, cabeça e pescoço, esófago, colo do útero e endométrio. No entanto, a resistência celular limita severamente o potencial curativo da cisplatina. Os mecanismos de resistência à cisplatina incluem diminuição da acumulação intracelular, aumento da desintoxicação celular pelos sistemas de glutationa e metalotioneína, aumento da reparação das lesões citotóxicas do DNA e aumento da tolerância aos danos no DNA induzido pela cisplatina. Adicionalmente, a incapacidade de uma resposta apoptótica apropriada ao tratamento com cisplatina tem também sido associada à resistência à cisplatina. A apoptose induzida por danos no DNA é geralmente categorizada como dependente ou independente de p53. O gene supressor tumoral p53 está frequentemente mutado em cancros humanos, o que está associado a defeitos nas vias apoptóticas e na resistência a drogas. No entanto, utilizando linhas celulares deficientes em p53, foi demonstrado que também existem vias apoptóticas independentes de p53 que são activadas em resposta à cisplatina. A modulação da função proteossómica com inibidores específicos tornou-se também um alvo para o tratamento de múltiplos cancros. Estudos em células de mamíferos mostraram que a combinação de cisplatina com inibidores do proteossoma aumenta a quimiossensibilidade e induz a morte celular apoptótica de células tumorais. No entanto, os mecanismos de acção dos inibidores do proteossoma ainda não estão totalmente definidos. Devido ao alto grau de conservação de processos celulares básicos entre leveduras e organismos superiores e manipulação genética fácil, a levedura provou ser um modelo poderoso no estudo das vias moleculares e celulares de mamíferos. Utilizando Saccharomyces cerevisiae como modelo (independente de p53), foi demonstrado que a cisplatina induz uma forma ativa de morte celular acompanhada de condensação e fragmentação/degradação do DNA, mas sem disfunção mitocondrial significativa. Além disso, foi demonstrado que a inibição do proteossoma com MG132 aumentou a resistência ao agente quimioterapêutico. Com este projeto, pretendemos elucidar como o proteossoma pode estar envolvido na resistência à cisplatina, a fim de aumentar a eficácia da quimioterapia.