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Neurotoxische und neuroprotektive Mechanismen Cisplatin-induzierter Polyneuropathien

Leo, Markus

Auch heute noch spielen Platin-haltige Zytostatika eine wichtige Rolle in der Therapie diverser Krebserkrankungen. Neben ihrer Effektivität in der Behandlung des Tumors führen sie jedoch immer wieder zu schweren Nebenwirkungen. Eine der häufigsten Nebenwirkungen, mit starkem Einfluss auf das Wohlbefinden der Betroffenen, sind schmerzhafte periphere Polyneuropathien. Im Gegensatz zu den Mechanismen der Wirkung von Platin-haltigen Zytostatika auf Tumorzellen, sind die Mechanismen für die Entstehung von Polyneuropathien nicht vollständig verstanden. Einen möglichen Ansatz liefert die bereits in der Literatur beschriebene Störung der intrazellulären Calcium-Homöostase in DRG-Neuronen durch Platin-haltige Zytostatika. Im Rahmen dieser Arbeit sollte der Einfluss von Cisplatin auf die verschiedenen Subtypen von spannungsabhängigen Calciumkanälen (VGCC) mit Hilfe von Patch-Clamp Messungen, immunozytochemischen und immunohistochemischen Färbungen, sowie Verhaltenstestungen untersucht werden. Das Ziel dabei war es, erste Untersuchungen der Calcium-basierten neurotoxischen und neuroprotektiven Mechanismen der Cisplatin-induzierten Polyneuropathien durchzuführen. Durch elektrophysiologische Messungen konnte hierbei gezeigt werden, dass Cisplatin die Subtypen von spannungsabhängigen Calciumkanälen unterschiedlich moduliert. So wurden die Ströme der Calciumkanäle des L-Typs, P-/Q-Typs und T-Typs reduziert, wohingegen eine Proteinkinase C vermittelte Zunahme von N-Typ VGCC beobachtet werden konnte. Durch die Exposition der kultivierten DRG-Neuronen mit Cisplatin konnte eine CaMK II-assoziierte erhöhte Stromdichte von N-Typ VGCC nachgewiesen werden. Diese Erhöhung konnte mit einem erhöhten Proteinlevel dieser Kanäle in Zusammenhang gebracht werden. Auch nach in vivo Cisplatin-Applikation zeigte sich eine signifikante Proteinlevel-Erhöhung der N-Typ VGCC. In Apoptose-Experimenten zeigte sich, dass die durch Cisplatin erhöhte Apoptoserate durch Blockade der N-Typ VGCC mit 1 µM ω-Conotoxin gesenkt werden konnte. Dieses spricht somit für eine Calcium-vermittelte Neurotoxizität von Cisplatin. In Verhaltenstestungen konnte durch die i.v. Gabe von ω-Conotoxin frühe Anzeichen einer Cisplatin-induzierten Polyneuropathie verhindert werden. Durch die in dieser Arbeit durchgeführten Experimente konnte der N-Typ VGCC als wichtiger Faktor für die Genese von schmerzhaften Polyneuropathien nach Cisplatin-Applikationen identifiziert werden. Erstmalig konnte der Einfluss von Cisplatin auf die Subtypen von VGCC beschrieben werden. Durch die Blockade der N-Typ VGCC mit ω-Conotoxin konnte die Induktion einer Polyneuropathie durch Cisplatin in vivo verhindert werden. Dies könnte bereits in naher Zukunft auch in der Therapie bzw. Prävention von Cisplatin-induzierten Polyneuropathien untersucht werden.

Platinum-based cytostatic drugs still play an important role in the treatment of cancer. In addition to their high efficacy, they lead to a number of serious side effects. One of the most common side effects with severe impact on the quality of patient´s life is a polyneuropathy, which is a consequence of a neurotoxicity that is focused on dorsal root ganglion neurons with a subsequential axonal damaging. As a key mechanism beside the accumulation of DNA-adducts, which is essential for toxicity in other cell types, disturbances of the calcium-homeostasis by ion channel modulation in dorsal root ganglion (DRG) neurons have been suggested. This study aims on the prevention and clarification of calcium-based mechanisms of neurotoxicity by cisplatin, using a rat model of chemotherapy-induced polyneuropathy with signs of neuropathic pain. Combining in vitro whole-cell patch clamping, immunohisto- and cytochemical staining of DRG and DRG neurons with in vivo behavioural testing the N-type voltage gated calcium channel (VGCC) was identified as the main mediator of calcium influx in DRG neurons after exposure to cisplatin. N-Type VGCC were modulated after cisplatin exposure in function and expression in the DRG. After in vivo and in vitro exposure to cisplatin N-type VGCC currents were significantly increased in massive manner. In addition, immunohistochemical and immunocytochemical staining suggested a significant increase of N-type channels in DRG neurons. For it is known that cisplatin induced neuronal cell death is closely related to activation of caspase-3, the pre-emptive incubation of DRG neurons with ω-conotoxin, a highly specific N-type channel inhibitor before exposure to cisplatin, significantly reduces caspase-3 activation in DRG neurons. As a proof-of concept study rats were treated with a combination of cisplatin with ω-conotoxin to examine a possible neuroprotective effect of with ω-conotoxin against cisplatin induced neuronal cell death. The administration of ω-conotoxin for 12d during a cisplatin administration was able to fully prevent the generation of neuropathic pain in an in vivo trial using a behavioural assessment for >21d. This study provides evidence for a crucial and exclusive role of N-type channels in cisplatin induced neuropathy, which could be prevented by a highly selective ion channel modulator suggesting a neuroprotection. The N-type channel blocker ω-conotoxin is already in common use for the treatment of chronic pain, therefore this data provides evidence for the potential beneficial role of ion channel modulators for neuroprotection and should be easily used for a proof of concept study in a clinical trial.

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Leo, Markus: Neurotoxische und neuroprotektive Mechanismen Cisplatin-induzierter Polyneuropathien. 2016.

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