Wee1 ist eine Tyrosinkinase aus der Serin / Threonin-Kinase-Familie , deren Substrat Cyclin M-CDK ist. Es spielt eine Rolle bei der Zellteilung durch die circadiane Uhr , ein System, das die Regulierung vieler lebenswichtiger biologischer Prozesse ermöglicht.
Die Veränderung dieser Uhr ist mit vielen pathologischen Zuständen wie Krebs verbunden , was auf die Bedeutung der zirkadianen Regulation des Zellteilungszyklus hinweist. Das Verständnis dieses Zyklus ist für die Untersuchung der Zellproliferation im menschlichen Körper von wesentlicher Bedeutung .
Der Zellteilungszyklus besteht aus 4 aufeinanderfolgenden Phasen, die als G1, S, G2 und M bezeichnet werden. Das Vorhandensein von Kontrollpunkten zwischen diesen Phasen ermöglicht es, den Übergang von einer Phase zur anderen zu regulieren und Anomalien zu vermeiden. Unter diesen Kontrollpunkten ist der G2 / M-Übergang aufgrund seiner Auswirkungen auf viele Krebsarten besonders wichtig. Wee1 spielt eine Rolle bei diesem Übergang, indem es den Eintritt in die Mitose durch Hemmung von M-CDK hemmt und eine Verlangsamung des Zellzyklus ermöglicht, um eine frühe Teilung der Elternzelle zu verhindern.
Wee1 ist eine Tyrosinkinase, die zuerst an der Regulierung des Kontrollpunkts zwischen der G2- und M-Phase beteiligt ist und selbst durch die circadiane Uhr reguliert wird . In der Tat hemmt Wee1 den M-CDK-Komplex dank seiner Fähigkeit, die Phosphorylierung eines inhibitorischen Tyrosins zu katalysieren . Der M-CDK-Komplex ist ein M-Phasen-Aktivator, der aus einem M-Phasen-Cyclin (Cyclin B) gebildet wird, das mit einer Cyclin-abhängigen Kinase (CDK) verbunden ist. Wenn die DNA-Replikation abgeschlossen ist, fördert die Aktivierung von M-CDK den Eintritt der Zelle in die M-Phase. In Gegenwart von Wee1 phosphoryliert diese Kinase CDK durch Zugabe eines inhibitorischen Phosphats in ihrer Untereinheit, und diese Phosphorylierung hält die Inaktivierung des M- aufrecht. CDK-Komplex. Gegen diese durch Wee1 verursachte negative Regulation reaktiviert Cdc25 M-CDK, um den Eintritt in die M-Phase zu ermöglichen. Diese Tyrosinphosphatase entfernt das auf der CDK hinzugefügte Phosphat, dann fördert der aktivierte M-CDK-Komplex eine positive Rückkopplung, um Cdc25 zu reaktivieren . Der Phasenübergang G2 zu M erfordert daher, dass Wee1 den M-CDK-Komplex deaktiviert.
Darüber hinaus ist die Expression der Messenger-RNA und des Wee1-Proteins sowie dessen Kinaseaktivität, die den Eintritt in die Mitose reguliert, sehr zirkadian. Der Wee1-Promotor enthält 3 "E-Box" -Sequenzen, an die CLOCK und BMAL1 binden. Dies führt zur Transkription der Per- und Cry-Gene und damit zur Produktion der PER- und CRY- Proteine . Diese Proteine induzieren schließlich eine Hemmung von CLOCK und BMAL1 und bilden somit eine negative Rückkopplungsschleife.
Beim Menschen besteht der Hell-Dunkel-Zyklus aus ungefähr 16 Stunden Tageslicht und 8 Stunden Nacht. Der Anstieg der Wee1-Konzentration erfolgt gegen Ende der Lichtperiode zwischen 20 Uhr und Mitternacht. Die Abnahme von Wee1 erfolgt anschließend, begleitet von einer Zunahme der Aktivität von CDK1, wodurch die Wahrscheinlichkeit des Eintritts in die M-Phase erhöht wird. In diesem Modell wird angenommen, dass die Zunahme der Konzentration von Wee1 für 4 Stunden sofort erfolgt gefolgt von einer erhöhten CDK-Aktivität für 4 Stunden. Somit bleibt der Zellzyklus 4 Stunden lang in G2 blockiert, bevor er schließlich in die M-Phase übergeht.
Darüber hinaus ist Wee1 für die Aufrechterhaltung der spezifischen Größe der Zellen verantwortlich. Da Wee1 den Zeitpunkt des Eintritts in die M-Phase durch Inaktivierung des M-CDK-Komplexes durch CDK-Phosphorylierung bestimmt, wird diese Kinase zur Kontrolle der Zellgröße benötigt. Einerseits ermöglicht das Fehlen von Wee1 den Zellen, in die M-Phase einzutreten, bevor ihre Größe groß genug ist. Infolgedessen erzeugt die Zellteilung zwei außergewöhnlich kleine Tochterzellen. Andererseits verlangsamt eine Erhöhung der Dosierung von Wee1 den Eintritt von Zellen in die M-Phase, wodurch zwei große Tochterzellen entstehen.
Die circadiane Uhr induziert durch BMAL1 die Expression von Wee1, einem Inhibitor von CDK1 und damit den G2 / M-Übergang des Zellzyklus. Dies zeigt daher eine gegenseitige Abhängigkeit des Zellzyklus und des zirkadianen Rhythmus. Darüber hinaus weisen Mäuse, denen das Clock1-Gen fehlt, dessen Protein mit BMAL1 einen Komplex bildet, verringerte Mengen an Wee1- mRNA auf . Diese Wechselwirkung zeigt, dass der Zellzyklus durch die circadiane Uhr gesteuert werden kann, so dass der Anteil der Zellen in der S-Phase mit einem Zeitraum von 24 Stunden variiert. Die Konsequenzen einer solchen Kopplung für die Antitumor-Chronotherapie wurden klinisch und theoretisch untersucht .
Normale Zellen reparieren beschädigte DNA, wenn die G1-Phase des Zellzyklus gestoppt wird. Krebszellen haben jedoch im Allgemeinen einen defizienten G1 / S-Beobachtungspunkt, was ihre Fähigkeit behindert, den Zellzyklus zu unterbrechen, um Schäden an der DNA vor der DNA-Replikation zu reparieren und daher die Akkumulation von Mutationen innerhalb des Genoms zu ermöglichen . Krebszellen sind daher auf einen funktionierenden G2 / M-Überwachungspunkt angewiesen, um ihre beschädigte DNA zu reparieren. Der Zellteilungszyklus und die zirkadiane Uhr sind auf mehrere Arten gekoppelt, da mehrere molekulare Komponenten des Zellzyklus auf zirkadiane Weise gesteuert werden. In der Tat wird die Synthese von Wee1, die den G2 / M-Übergang hemmt, durch den CLOCK-BMAL1-Komplex verstärkt, der eine zentrale Rolle in der zirkadianen Uhr von Säugetieren spielt. Verschiedene Studien haben beobachtet, dass das Wee1-Protein bei verschiedenen Krebsarten stark exprimiert wird, einschließlich Brustkrebs , Gebärmutterhalskrebs , Lungenkrebs , Leukämie und vielen anderen. Diese Beobachtungen legen nahe, dass Wee1 ein neues therapeutisches Ziel bei der Behandlung von Krebs sein könnte.
In Kombination mit Chemotherapeutika beseitigte die Verwendung von AZD1775, einem Wee1-Proteinkinase-Inhibitor, den G2 / M-Beobachtungspunkt, der zur Apoptose von Krebszellen führt. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass dieser Inhibitor in Kombination mit Strahlentherapie-Behandlungen die Wirksamkeit der Behandlung erhöht, indem er als Radiosensibilisator für Modelle von Gebärmutterhalskrebs wirkt. AZD1775 induziert eine bestimmte Form der Apoptose , die mitotische Katastrophe. Dieser Prozess ist mit einer unangemessenen Aktivierung des Mitose-fördernden Faktors (MPF) verbunden. Eine abnormale Funktion von Zellzykluskontrollsystemen in Verbindung mit einer DNA-Schädigung aktiviert die mitotische Katastrophe und induziert den Zelltod.
Parallel dazu haben Do et al. zeigten, dass die Hemmung von Wee1 durch AZD1775 die Zytotoxizität verschiedener Alkylierungsmittel erhöht, deren Wirkung darin besteht, die DNA zu schädigen, um den Tod von Krebszellen zu verursachen. Dieser Effekt ist außerdem bei Krebserkrankungen bei Personen, die Mutationen des p53- Gens tragen , umso ausgeprägter , was die Annahme stützt, dass Krebszellen, die am G1-Überwachungspunkt einen Mangel aufweisen, stark von der Punktüberwachungsphase G2 abhängen, um der mitotischen Katastrophe zu entkommen.
In mehreren klinischen Studien werden die Auswirkungen von AZD1775 in Kombination mit verschiedenen Krebsmedikamenten wie Docetaxel bei der Behandlung verschiedener Krebsarten untersucht. In der Tat wurde von Obi-Ioka et al. Eine Korrelation zwischen Wee1 und Docetaxel festgestellt. ;; Wee1 ist am Mechanismus der durch Docetaxel induzierten zirkadianen rhythmischen Veränderungen der Darmläsionen beteiligt. Die Behandlung mit Docetaxel an einer menschlichen Brustkrebszelllinie verursacht den Zelltod hauptsächlich durch den Prozess der mitotischen Katastrophe. Es wurde auch gezeigt, dass dieses Medikament gegen verschiedene Krebsarten wie Brust-, Prostata- , Lungen- und Eierstockkrebs wirksam ist .
Docetaxel wird parallel zu anderen Wirkstoffen wie AZD1775 angewendet und verstärkt die Wirkung auf Krebszellen. Andererseits verursacht Docetaxel schädliche Auswirkungen auf den Darm von Krebspatienten. Diese katastrophalen Auswirkungen sind eine Folge der Dosierungszeit des Arzneimittels, unabhängig davon, ob es während einer dunklen oder hellen Periode verabreicht wird. Verschiedene Experimente an Mäusen, nachtaktiven Säugetieren, die während der Nacht aktiv sind, zeigen darüber hinaus die Bildung schwerer Läsionen während einer Lichtperiode, dh Perioden der Inaktivität. Die Studie zeigt, dass eine iterative Behandlung mit Docetaxel die Expression von Wee1- und CKD1-mRNA im Darm erhöht. Die durch Docetaxel verursachte Überexpression von Wee1-mRNA ist besonders zu Beginn der Dunkelperiode sichtbar. Andererseits wird diese Amplifikation in BMAL1 und CLOCK nicht beobachtet, was darauf hinweist, dass das Arzneimittel die Bindung der an der circadianen Uhr beteiligten Gene nicht verändert, sondern eine Änderung ihrer Expression verursacht.
Der durch Docetaxel bei Mäusen verursachte Darmschaden ist weniger tödlich, wenn es über einen hellen Zeitraum verabreicht wird. Während dieser Zeit erfährt die Antitumorwirkung eine Verstärkung. Dies erklärt sich aus der erhöhten Expression von Wee1, die CDK1 weiter hemmt und somit den Prozess der mitotischen Katastrophe verursacht. Daher wird empfohlen, Docetaxel-Behandlungen bei krebskranken Menschen früh in der Nacht durchzuführen, um die Schwere der Darmschädigung zu verringern.