CTSL

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Einführung

Proteolytische Enzyme sind in vielen Krankheiten von entscheidender Bedeutung, insbesondere in mehreren Stadien der malignen Tumorprogression. Extrazelluläre Proteasen können das Tumorwachstum und die Angiogenese fördern und sind auch aktiv an Schlüsselschritten beteiligt, einschließlich der Ablösung von Tumorzellen, dem Abbau von extrazellulären und interstitiellen Matrizes sowie der Basalmembran, der Intravasion und der Extravasion durch das lymphatische System. Daher hat die Forschung zu diesen Proteasen und die Entwicklung von Interventionsstrategien für sie zunehmend an Bedeutung gewonnen. Seitdem die Menschen die Bedeutung von Matrix-Metalloproteinasen (MMPs) in der Tumorprogression und Metastasierung erkannt haben, hat die umfangreiche Entwicklung von MMP-Inhibitoren begonnen. Aufgrund unerwünschter Nebenwirkungen und/oder mangelndem klinischen Nutzen mussten jedoch viele klinische Studien zu MMP-Inhibitoren abgebrochen werden. Angesichts des klinischen Scheiterns dieser MMP-Inhibitoren ist das gezielte Anvisieren von Proteasen als Mittel zur Hemmung der Tumorprogression weitgehend aus der Mode gekommen. Jüngste Studien, die andere Ziele proteolytischer Enzyme untersuchen, haben gezeigt, dass, wenn selektive Inhibitoren der perizellulären Proteolyse entwickelt werden können, dies die Tumorprogression und Metastasierung erheblich beeinträchtigen könnte, sodass das Konzept des gezielten Anvisierens von proteolytischen Enzymen wiederbelebt wird.

Dieser Artikel konzentriert sich auf Cathepsin L (CTSL), ein Familienmitglied, das eng mit malignen Progressionen und metastatischen Erkrankungen verbunden ist. Im Vergleich zu normalen Geweben oder benignen Tumoren zeigen Aktivitätsbewertungen, dass die proteolytische Aktivität von CTSL in neoplastischen Geweben signifikant höher ist. Die Funktion von CTSL wird auch streng durch die Konzentration seiner endogenen Inhibitoren reguliert. Unabhängige experimentelle Untersuchungen haben berichtet, dass es ein signifikantes Ungleichgewicht zwischen dem Niveau von CTSL und endogenen Inhibitoren in hochinvasiven Brustkrebs- und Prostatakrebszellen im Vergleich zu schwach invasiven und schwach tumorigenen Zellen gibt. Dieses Ungleichgewicht führt dazu, dass es der Regulation entgeht und möglicherweise an der unregulierten Aktivierung der proteolytischen Kaskaden beteiligt ist.

Tabelle 1. CTSL-Hochregulation in menschlichen Krebserkrankungen (Sudhan, D.R.; Siemann, D.W. 2015)

Nukleares Cathepsin L

Neben dem sekretorischen CTSL haben viele Studien auch die Existenz einer verkürzten nuklearen Isoform von CTSL berichtet. Nukleares CTSL fehlt das Signalpeptid für die Zielgerichtetheit zum endoplasmatischen Retikulum, enthält jedoch ein putatives nukleares Lokalisationssignal, das möglicherweise die Ursache für seine Translokation in den Zellkern ist. Nukleares CTSL kann das CCAAT-Verschiebungsprotein/cut homeobox (CDP/Cux) Transkriptionsfaktor proteolytisch verarbeiten und aktivieren, der eng mit der schlechten Prognose der Erkrankung verbunden ist. Von CTSL verarbeitetes CDP/Cux zeigte signifikant verbesserte DNA-Bindungseigenschaften, die Tumorzellen Vorteile bei der Replikation und Metastasierung verschafften. CDP/Cux kann die Proliferation von Tumorzellen fördern und auch die invasiven Eigenschaften von Tumoren durch die Stimulierung charakteristischer Merkmale der epithelialen zu mesenchymalen Transition verstärken.

Nukleares CTSL kann auch die Tumorprogression durch andere CDP/Cux-unabhängige Mechanismen fördern. Nukleares CTSL wird häufig als signifikant hochreguliert bei Patientinnen mit triple-negativem Brustkrebs und Patienten mit Keimbahn- oder somatischen Mutationen im BRCA1-Tumorsuppressor-Gen gefunden. Tatsächlich kann das erhöhte nukleare CTSL-Niveau als prädiktiver Biomarker für diese Untergruppe von Brustkrebspatienten verwendet werden. BRCA1-defiziente Zellen überwinden die genomische Instabilität durch Überexpression von nuklearem CTSL, das wiederum 53BP1 proteolytisch abbaut. Daher verschafft nukleares CTSL nicht nur BRCA1-defizienten Tumorzellen einen Überlebensvorteil, sondern verbessert auch ihre DNA-Reparaturfähigkeiten und macht sie resistent gegen Strahlung und genotoxische Chemotherapeutika (wie PARP-Inhibitoren, Cisplatin und Mitomycin C).

Abbildung 1. Unterschiedliche Rollen von sekretiertem und nuklearem CTSL (Sudhan, D.R.; Siemann, D.W. 2015)

Cathepsin L-Zielgerichtetheit

Die Rolle von CTSL bei der Förderung der Tumorprogression und Metastasierung sowie sein Beitrag zur krebsassoziierten Knochenresorption hat großes Interesse an der Entwicklung von CTSL-Interventionsstrategien geweckt. Da die ungebremste CTSL-Aktivität aus dem Ungleichgewicht zwischen den Niveaus von CTSL und endogenen Inhibitoren resultiert, haben einige Studien versucht, die proteolytische Funktion von CTSL durch ektopische Lieferung oder Überexpression von endogenen Inhibitoren zu eliminieren. Es ist erwähnenswert, dass Gianotti et al. dies getan haben. Sie haben verifiziert, dass die anti-invasiven Eigenschaften der Überexpression von Cystatin hauptsächlich durch die Inaktivierung von extrazellulärem und nicht von intrazellulärem CTSL vermittelt werden, und weiter verifiziert, dass die Hypothese, dass der metastatische Phänotyp von Tumorzellen hauptsächlich durch sekretierte CTSL angetrieben wird. In verschiedenen Tumormodellen (einschließlich Osteosarkom, Gliom, Myelom und Melanom) führte die Herabregulierung von CTSL durch RNA-Interferenz zu einer konsistenten Hemmung der Tumorigenität und Invasivität neoplastischer Zellen. Neben seiner anti-invasiven Wirkung haben Studien berichtet, dass die Hemmung von CTSL bei Glioblastomen auch die Empfindlichkeit von Tumorzellen gegenüber apoptotischen Agenzien erhöht.