This work is a revised edition of the former article “Die Kalkulation irreparabler Mutationen” by the same author. New calculations have been included, and some unclear formulations have been eliminated. New is in the present edition above all the calculation of the very certain temperature - alterations which are necessary for the lengthening of monotonous sequence for one position, provided that these are responsible for a constant viscosity - change of the DNA surroundings (section 6, equations 94 and 95).

This work is a revision of the article "Die Kalkulation kalkulierbarer Mutationen” by the same author. In some chapters errors have been corrected in the mathematical representation. Chapters 6 and 7 have been re-edited. In this work, corrected excerpts from "Tumour Physics" and from "Evolution and mutation Physics" are used. To the agencies concerned should be noted.

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This work is a revised edition of the former article “Die Kalkulation irreparabler Mutationen” by the same author. New calculations have been included, and some unclear formulations have been eliminated. New is in the present edition above all the calculation of the very certain temperature - alterations which are necessary for the lengthening of monotonous sequence for one position, provided that these are responsible for a constant viscosity - change of the DNA surroundings (section 6, equations 94 and 95).

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die bisher größte Kohorte von Patientenverläufen mit strahleninduzierten malignen Gliomen (RIG) nach Behandlung von anderen pädiatrischen Hirntumoren (v. a. Medulloblastomen) im deutschsprachigen Raum erfasst sowie klinisch und zum Teil neuropathologisch charakterisiert. In einer ersten Schätzung erscheint im Vergleich zur Häufigkeit von sporadischen hochgradigen Gliomen (HGG) die Rate von RIG nach Therapie von pädiatrischen Medulloblastomen um bis zu 125-fach erhöht zu sein. Überwiegend sind RIG in der hinteren Schädelgrube, d. h. im Bereich des Primärtumors bei Medulloblastomen und somit im Hochdosisbereich der erfolgten Strahlentherapie lokalisiert. Die Prognose von RIG ähnelt der von sporadischen HGG mit Lage in ähnlichen Hirnregionen. Patienten, die eine Radiochemotherapie erhielten, zeigten im Vergleich zu Patienten mit weniger intensiven Therapien oder Best Supportive Care eine bessere Prognose. In Anbetracht ähnlicher Daten bei anderen Hirnstammtumoren scheint in der Tat ein Therapieeffekt und weniger ein Selektionseffekt vorzuliegen. Auf molekularer Ebene sind die RIG durch einen kombinierten Verlust von Chromosom 13q und 14q charakterisiert. Veränderungen von TP53 und Signalwegregulatoren (z. B. MDM4) können als genetische Kennzeichen der RIG gewertet werden, finden sich jedoch seltener in primären HGG. Zur Abgrenzung von Rezidiven des Primärtumors oder Strahlennekrosen sollte möglichst eine Biopsie erfolgen. Zur Vermeidung von RIG als schwere Therapiefolge erscheint in Studien eine weitere Reduktion der Strahlentherapiedosis bzw. Begrenzung des Boostvolumens wünschenswert. Auch die Verwendung von Protonentherapie statt Photonenbestrahlung könnte in dieser Hinsicht vorteilhaft sein. Mit letzter Sicherheit konnte nicht geklärt werden, ob die hintere Schädelgrube ein Ort der Prädisposition für RIG ist oder ob die erreichte Strahlentherapiedosis hier der alleinige ausschlaggebende Faktor ist. Weitere molekulargenetische Untersuchungen zur detaillierteren Charakterisierung dieser und möglichst weiterer RIG mit Methylierungsassays sowie ein Abgleich der Fallzahlen mit Datenbanken des HIT-MED und HIT-REZ Registers sind zur Ergänzung und Validierung vor der Publikation der Ergebnisse geplant.:1 Einführung 1.1 Hirntumore im Kindesalter 1.2 Medulloblastome 1.2.1 Epidemiologie und Klinik 1.2.2 Histologie, Risikogruppen und molekulare Subgruppen 1.2.3 Diagnostik und Therapie 1.2.4 Prognose und Langzeitfolgen 1.3 Hochmaligne pädiatrische Gliome 1.3.1 Epidemiologie und Molekulargenetik 1.3.2 Klinik und Diagnostik 1.3.3 Therapie und Prognose 1.4 Strahleninduzierte hochmaligne Gliome 1.4.1 Strahlentherapie als therapeutischer Baustein 1.4.2 Definition strahleninduzierter Gliome 1.4.3 Epidemiologie, Latenzen und Risikofaktoren 1.4.4 Molekulare Eigenschaften 1.4.5 Therapie und Prognose 2 Aufgabenstellung 3 Methoden 3.1 Patientenauswahl 3.1.1 Fallgruppe 3.1.2 Kontrollgruppe 3.2 Molekularpathologische Analysen 3.3 Statistische Analysen 3.4 Risikoabschätzung für strahleninduzierte Gliome nach Medulloblastomtherapie im Kindesalter 4 Ergebnisse 4.1 Patientencharakteristika 4.1.1 Fallgruppe 4.1.2 Charakteristika der gematchten HGG-Gruppe und Vergleich mit RIG-Gruppe 4.2 Überlebensanalyse 4.2.1 Überlebenszeitvergleich von strahleninduzierten und sporadischen hochgradigen Gliomen 4.2.2 Gesamtüberleben der RIG-Gruppe in Abhängigkeit der Therapiemodalitäten 4.3 Risikoabschätzung für strahleninduzierte Gliome nach Bestrahlung eines Medulloblastoms im Kindesalter im Verhältnis zur Rate spontaner hochgradiger Gliome im Kindesalter 4.3.1 Rate spontaner hochgradiger Gliome pro Neugeborenen in Deutschland 4.3.2 Rate strahleninduzierter Gliome bei neudiagnostiziertem pädiatrischen Medulloblastom 4.4 Molekulare Genetik der strahleninduzierten Gliome 5 Diskussion 6 Zusammenfassung Literaturverzeichnis Erklärung über die eigenständige Abfassung der Arbeit Danksagung

Bei der Replikation monotoner DNA - Sequenzen tritt theoretisch ein Vorgang auf, den wir als „Basenkonkurrenz“ bezeichnen: Da sich an jeder Replikations-Stelle mehrere Basenbausteine bewerben, aber immer nur einer benötigt wird, bewerben sich die übrig gebliebenen Bausteine an den jeweils nächsten Replikations - Positionen und erlangen wegen der fortwährenden Beschleunigung durch elektrostatische Anziehung immer größere kinetische Energien. Das führt dazu, dass an einer bestimmten Stelle der replizierenden monotonen Sequenz der eine Partner der Wasserstoffbrückenbindung ein hohes Energieniveau erreicht. Es wird berechnet, dass sich dadurch kurzzeitig eine sehr hohe Bindungsenergie zwischen den beiden Partnern der Wasserstoffbrückenbindung einstellt, wodurch der in dieser kurzen Zeitspanne wirkende DNA-Reparaturmechanismus unterdrückt wird. Die Auswirkungen der hohen Basenkonkurrenz – Energien werden berechnet (hohe Bindungsenergien der Wasserstoffbrückenbindungen, Tunnelvorgänge, irreparable Mutationen). Die Folgen dieser Erscheinung sind Tumorbildung, Alterung, Veränderung der DNA – Struktur, Beeinflussung der Evolution, worauf im Einzelnen eingegangen wird. Es zeigt sich, dass die negativen Auswirkungen der Basenkonkurrenz vorwiegend bei zu niedriger Viskosität des Zellplasmas auftreten.

This work is a revision of the article "Die Kalkulation kalkulierbarer Mutationen” by the same author. In some chapters errors have been corrected in the mathematical representation. Chapters 6 and 7 have been re-edited. In this work, corrected excerpts from "Tumour Physics" and from "Evolution and mutation Physics" are used. To the agencies concerned should be noted.

Bei der Replikation monotoner Sequenzen tritt theoretisch ein Vorgang auf, den wir als „Basenkonkurrenz“ bezeichnen: Da sich an jeder Replikations-Stelle mehrere Basenbausteine bewerben, aber immer nur einer benötigt wird, bewerben sich die übrig gebliebenen Bausteine an den jeweils nächsten Replikations - Positionen und erlangen wegen der fortwährenden Beschleunigung durch elektrostatische Anziehung immer größere kinetische Energien. Das führt dazu, dass an einer bestimmten Stelle der replizierenden monotonen Sequenz der eine Partner der Wasserstoffbrückenbindung ein hohes Energieniveau erreicht. Es wird berechnet, dass sich dadurch kurzzeitig eine sehr hohe Bindungsenergie zwischen den beiden Partnern der Wasserstoffbrückenbindung einstellt, wodurch der in dieser kurzen Zeitspanne wirkende DNA-Reparaturmechanismus unterdrückt wird. Die Auswirkungen der hohen Basenkonkurrenz – Energien werden berechnet (hohe Bindungsenergien der Wasserstoffbrückenbindungen, Tunnelvorgänge, irreparable Mutationen). Die Folgen dieser Erscheinung sind Tumorbildung, Alterung, Veränderung der DNA – Struktur, Beeinflussung der Evolution, worauf im Einzelnen eingegangen wird. Es zeigt sich, dass die negativen Auswirkungen der Basenkonkurrenz vorwiegend bei zu niedriger Viskosität des Zellplasmas auftreten.:1. Basenkonkurrenz 3 1.1. Basenkonkurrenz während des Replikationsvorganges 3 1.2. Der Einfluss der Viskosität des Zytoplasmas 6 1.3. Berechnung der Energiestufen Tk 7 2. Auswirkungen der Basenkonkurrenz auf tautomere Basenpaare 8 2.1. Berechnung der Bindeenergie der Wasserstoffbrückenbindung 8 2.1.1. Normierung der Wellenfunktionen und 12 2.1.1.1.Wasserstoff im Grundzustand (1s) 12 2.1.1.2. Wasserstoff im angeregten Zustand (2p) 13 2.1.1.3. Akzeptor im Grundzustand 13 2.1.2. Darstellung der Energieflächen 14 2.1.3. Berechnung der Bindeenergie, wenn beide Partner sich im Grundzustand befinden 15 2.1.4. Berechnung der Bindeenergie, wenn sich der Acceptor im Grundzustand und der Wasserstoff im angeregten Zustand 2p befindet 18 2.2. Falschpaarung durch Basenkonkurrenz bei tautomeren Basenpaaren 20 2.3. Abklingzeit der Basenkonkurrenz – Energie 21 2.4. Entstehung, Vererbung und Löschung eines „Gedächtnisses“ vorgeschädigter DNA 22 2.4.1. Entstehung 22 2.4.2. Vererbung 22 2.4.3. Löschung 22 3. Auswirkung der Basenkonkurrenz auf die DNA – Struktur 23 4. Tunnelvorgänge in biologischen Wasserstoffbrückenbindungen 26 4.1. Berechnung der Tunnel – Wahrscheinlichkeit 27 4.1.1. Ab–initio–Berechnung der Tunnel –Wahrscheinlichkeit 27 4.1.2. Der Protonenstrom 33 4.1.3. Der Einfluss der Temperatur 36 4.1.4. Berechnung der Tunnel – Wahrscheinlichkeit in Wasserstoffbrückenbindungen bei parabelförmigem Potenzialverlauf. 37 4.1.5. Berechnung des Mindestabstandes zwischen der Gesamtenergie E und dem Potenzialwall der Wasserstoffbrückenbindung 43 4.1.6. Berechnung der Größe 16/R 44 4.1.7. Die Änderung der Tunnel – Wahrscheinlichkeit durch Temperatur – und Energieänderung. 46 5. Zufällige Änderung der Basenverteilung der DNA während der Replikation 49 5.1. Aufzählung aller möglichen Verteilungen 49 5.2. Aufzählung aller günstigen Verteilungen und die Chance des Auftretens hoher Basenkonkurrenz – Energie 51 6. Die Total – Wahrscheinlichkeit der durch Basenkonkurrenz verursachten Mutation 53 7. Interpretation der Gleichung (93) 55 8. Evolution und Physik 58 9. Mutation und Physik innerhalb kleinerer Zeiträume 58 10. Zusammenfassung 59 Literaturverzeichnis 60

In der vorliegenden Arbeit wird gezeigt, daß der physiologische Östrogenmetabolit 2-Methoxyestradiol (2-ME) eine sehr starke Wachstumshemmung auf Tumorzellen verschiedener solider Tumoren ausübt. Die untersuchten Tumoren sind das hepatozelluläre Karzinom (HCC), das Pankreaskarzinom und das Bronchialkarzinom. Alle drei Tumoren haben eine sehr schlechte Prognose, die sich in den letzten 20 Jahren trotz neuer OP-Techniken und neuer zytostatisch wirkender Substanzen sowie molekularer Therapieansätze nicht wesentlich verbessert hat. Beim HCC und beim Pankreaskarzinom konnten wir durch die Verwendung mehrerer Zelllinien eine Generalisierbarkeit der gefundenen Ergebnisse dokumentieren, denn es kam zu einer dosisabhängigen Wachstumshemmung von bis zu 90% bei allen bis auf eine Pankreaskarzinomzelllinie. Die Wirkung lies sich noch verstärken, indem wir 2-ME beim Pankreaskarzinom mit in der Klinik üblichen Zytostatika wie Gemcitabine, Docetaxel oder einem monoklonalen Antikörper gegen den EGF Rezeptor kombinierten. Wir fanden eine additive Wachstumshemmung in der Kombination mit allen verwendeten Substanzen. Beim Bronchialkarzinom basierten unsere Untersuchungen auf Vorarbeiten, bei denen bereits ein tumorhemmender Effekt durch 2-ME gefunden wurde. Wir kombinierten 2-ME mit Gentherapie. Dazu setzten wir ein Adenovirus, welches das Tumorsuppressorgen p53 exprimiert, ein. Hier konnten wir zeigen, daß das vom Gen des Adenovirus stammende p53 Protein nach systemischer intravenöser Applikation in den Lungenmetastasen exprimiert werden kann. 2-ME stabilisierte dieses p53 Protein, so daß eine ausreichende Menge funktionsfähigen p53 Proteins vorhanden war, um die Tumorzellen zu töten oder im Wachstum zu hemmen. Dies war der erste Bericht über eine erfolgreiche intravenöse Applikation eines adenoviralen Vektors mit einem Tumorsuppressorgen. 2-ME war nicht nur in der Lage, wachstumshemmend auf normale Tumorzellen zu wirken. Wir konnten auch zeigen, daß multiresistente Pankreaskarzinomzellen, die eine bis zu 1000-fach letale Dosis Zytostatika überleben, komplett sensibel gegenüber 2-ME waren. Die Wachstumshemmung durch 2-ME war in diesem Versuch identisch zwischen parentalen sensiblen Zellen und den multiresistenten Zellen. Die IC50 lag hier bei 0,56mM bzw bei 1,65mM je nachdem, ob das mdr-1 Gen exprimiert wurde oder nicht. Diese Werte entsprechen in etwa denen, die bei anderen Tumorzelltypen gefunden wurden. Auch Bronchialkarzinomzellen, die eine Resistenz gegen Cisplatin aufwiesen, zeigten sich ebenfalls komplett sensibel gegenüber 2-ME. Untersuchungen zur Toxizität von 2-ME zeigten, daß Kulturen von normalen humanen Hepatozyten, die von Leberresektaten gewonnen wurden, die Behandlung mit 2-ME überlebten. In parallelen Versuchen mit HCC Zellen zeigte sich eine signifikante Wachstumshemmung der Tumorzellen. Da die normalen Hepatozyten nicht proliferieren, untersuchten wir proliferierende Hepatozyten, indem wir Leberresektionen bei Mäusen durchführten. In der Leberregenerationssphase behandelten wir die Mäuse mit 2-ME. 2-ME hatte keine nachteilige Wirkung auf die Tiere. Nach Beendigung des Versuches waren die resezierten Lebern fast komplett regeneriert. Immunhistochemische Untersuchungen konnten zeigen, daß die Anzahl der apoptotischen Zellen in der regenerierenden Leber in der mit 2-ME behandelten Gruppe nicht zunahm. Durch eine Färbung mit PCNA konnte die Proliferation der Hepatozyten nach Resektion und damit die Regeneration verdeutlicht werden. Hier war die Proliferationsrate unabhängig von der Behandlung mit 2-ME. Als wesentlichen Mechanismus der Wachstumshemmung von Tumorzellen durch 2-ME fanden wir die starke Induktion von Apoptose in allen Zellen, bis auf die relativ resistente Pankreaskarzinomzelllinie PaTu 8988s. Mit mehreren Untersuchungstechniken konnten wir die Apoptose nachweisen. Um die Mechanismen der Apoptoseinduktion zu untersuchen, führten wir Western Blot Untersuchungen durch, die Veränderungen des Expressionsmusters apoptosebezogener Proteine aufzeigen sollten. Wir fanden eine Induktion des p53 Proteins in den HCC Zelllinien, die den Wild-Typ p53 exprimieren. Die Pankreaskarzinomzellen waren alle mutiert für das p53 Gen, so daß hier nach 2-ME Behandlung p53 unabhängige Apoptose vorlag. Messungen des p21 Proteins, einem direkten Effektor von p53, zeigte, daß es parallel zu p53 hochreguliert wurde, was darauf schließen läßt, daß das hochregulierte p53 funktionell aktiv ist. In einer Zelllinie (SK-Hep 1) wurde das stärkste Antiapoptoseprotein bcl-2 herunterreguliert, was eine Förderung der Apoptoseinduktion nach sich zieht. Somit führen mehrere Mechanismen zum apoptotischen Zelltod. Tierversuche an Nacktmäusen zeigten nicht nur, daß 2-ME Tumorzellen töten kann, sondern lassen auch Rückschlüsse für eine klinische Anwendung zu. So konnten wir zeigen, daß subcutane HCC Tumoren zu 55% und Lungenmetastasen von Pankreaskarzinomen und Bronchialkarzinomen um 59, bzw. 55% im Wachstum gehemmt werden konnten. Die Kombination mit dem p53 tragenden Adenovirus verringerte die Tumormasse um weitere 14%. Die gesamte Tumormasse konnte durch diese Kombination um das 336-fache gegenüber der Kontrollgruppe reduziert werden. Den beschriebenen antiangiogenetischen Effekt konnten wir weder beim Pankreaskarzinom, noch beim Bronchialkarzinom nachvollziehen. Die Tiere zeigten keinerlei klinisch apparente Nebenwirkungen wie Durchfall, Gewichtsverlust, Bewegungsarmut oder anderes. Die Kontrollgruppe der Tiere mit Lungenmetastasen vom Pankreaskarzinom hingegen zeigte eine deutliche Tumorkachexie mit 20%igem Gewichtsverlust im Vergleich zur Therapiegruppe. Schlußfolgernd ist 2-ME eine Substanz, die von großem klinischen Interesse ist. Durch die hohe Wirksamkeit in vitro und in vivo bei gleichzeitig sehr geringen Nebenwirkungen wird sie derzeit in der Klinik in Phase I/II Studien getestet. Die orale Gabe macht die Durchführung der Therapie ambulant möglich. Kombinationen mit wirksamen zytostatischen Substanzen scheinen die Wirksamkeit bei Gleichbleiben der Nebenwirkungen noch zu verstärken. Besonders interessant scheint die Therapie bei multiresistenten Tumoren, wie sie beim Tumorrezidiv meist vorliegen. / We here show that the physiological estrogen metabolite 2-Methoxyestradiol (2-ME) has a very strong growth inhibitory effect on cell lines from different solid cancer types. The tumors investigated were hepatocellular carcinome (HCC), pancreatic cancer, and lung cancer. All three tumor types present with a very poor prognosis, which did not improve significantly the last 20 years in spite of new operation techniques, new anticancer drugs, or new molecular approaches. Using several different cell lines of each cancer type we studied, we could confirm a generalized phenomenon of cancer growth inhibition by 2-ME. We found up to 90% growth inhibition in all cell lines with the exception of one pancreatic cancer cell line. This effect could even be increased using combination therapies of 2-ME and Gemcitabine, 5-FU, Taxol or a monoclonal antibody against the EGF receptor. We found an additive growth inhibition when all of these anticancer agents were combined with 2-ME. Our studies on lung cancer were based on previous results, where 2-ME stabilized the p53 protein. We combined 2-ME with gene therapy and used a wild-type p53 expressing adenovirus, which was administered intraveneously. 2-ME was given orally. The p53 gene was expressed in lung colonies. 2-ME stabilized the p53 protein in a quantity that there was enough p53 protein to be able to kill the cancer cells and to inhibit the cancer growth. This was the first report showing that an adenoviral gene transfer using a tumor suppressor gene can have an effect after intraveneous application. We also showed that 2-ME was able to inhibit the growth of multi-resistant pancreatic cancer cells, which were resistant to up to 1000 fold against different anticancer agents. The degree of growth inhibition after 2-ME treatment was identical between normal cancer cells and multi-resistant cancer cells. The IC50 was 0.56µM in mdr-1 gene expressing cells and 1.65µM in mdr-1 gene negative cells. These values are very similar to those seen in normal cancer cells. Lung cancer cells resistant against cisplatin also showed to be sensitive to 2-ME. Toxicitiy studies showed that cultured normal hepatocytes harvested from resected livers survived the treatment with 2-ME. Parallel studies with cancer cells showed strong growth inhibition at the same doses. Since normal hepatocytes do not proliferate in culture, we studied proliferating hepatocytes in vivo after liver resection in mice. After resection, the livers recieve a strong proliferation stimulus, which causes hepatocyte proliferation. During the regeneration, we treated the mice with 2-ME. We found no induction of apoptosis after 2-ME treatment in proliferating hepatocytes. Liver regeneration was not inhibited by 2-ME as shown by immunohistochemistry using PCNA. The major mechanism of growth inhibition due to 2-ME treatment was the induction of apoptosis in all cell lines except one pancreatic cancer cell line (PaTu 8988s). We confirmed the induction of apoptosis with several different methods. To study further mechanisms of induction of apoptosis, we performed western blot analysis for apoptosis related proteins. We found a p53 over-expression in all HCC cells expressing wild-type p53. The pancreatic cancer cells were all mutant for the p53 gene, which suggests the presence of p53 independent mechanisms of apoptosis. The tumor suppressor protein p21, a direct effector protein of p53, was also up-regulated when p53 was up-regulated, which shows that the up-regulated p53 protein is active. In one HCC cell line (SK-Hep1), which is the most sensitive to 2-ME, we found a down-regulation of the strongest anti-apoptosis protein, bcl-2. This effect causes an induction of apoptosis. Thus, different mechanisms lead to an increased induction of apoptosis. Animal experiments on nude mice show significant growth inhibition of different tumors. HCC tumors were implanted subcutaneously and were inhibited by 55%, lung metastases from lung and pancreatic cancer cells were inhibited by 55% and 59%, respectively. The combination of 2-ME and the p53 expressing adenovirus could further inhibit tumor growth by 14%. The total tumor burden could be reduced by 336 fold in this combination therapy compared to the non treated control group. The described antiangiogenetic effect in the literature could not be confirmed in our experiments on pancreatic and lung cancer. The animals did not show any sign of side effects after treatment with 2-ME such as diarrhea, weight loss, hypocinesia, or others. The animals of the control groups with lung metastases from lung or pancreatic cancer showed cachexy due to tumor burden with an average weight loss of 20% compared to the treated animals. In conclusion, 2-ME is a compound of high clinical interest. The strong efficacy in vitro and in vivo on growth inhibition of tumors with no or slight side effects led to the initiation of clinical phase I and II trials. The oral administration allows an outpatient treatment. The combination with other clinically used anti-cancer drugs appears to increase the effect on tumor growth while the side effects don''t increase. Of particular interest will be the treatment of multi-resistant cancers, for example in the case of recurrent cancer.

Die Störung von Apoptose-Signalwegen spielt eine zentrale Rolle sowohl bei der Tumorentstehung als auch bei der Entwicklung von Therapieresistenz in malignen Tumoren. Von besonderer Bedeutung für das Ansprechen auf zytotoxische Tumortherapien sind die Komponenten des mitochondrialen Apoptosesignalwegs und dessen übergeordneten Regulatoren. Durch die Analyse solch zentraler Regulatoren der Apoptose, wie den Mitgliedern der Bcl-2 Genfamilie, des p53- und des Rb-Signalwegs, konnten Patienten mit guter bzw. schlechter Prognose identifiziert werden. Hierbei zeigte sich, dass die kombinierte Analyse von einander nachgeschalteten Signalwegkomponenenten, wie z.B. p53 und Bax, der Analyse einzelner Markergene überlegen ist. Solche Signalweganalysen konnten bei akuten und chronischen Leukämien, Kolon-, Ösophagus-, und Mammakarzinomen erfolgreich durchgeführt werden. Neben diesen deskriptiven genetischen Analysen an Tumorproben ermöglichte die funktionelle Manipulation dieser Signalwege die Sensibilisierung von Tumorzellen für Chemo-, Radio- und auch biologische Therapien. Mittels nicht-viraler, retro- und adenoviraler Gentransfervektoren wurden Regulatoren der Apoptose, wie z.B. Apoptose-fördernde Mitglieder der Bcl-2 Genfamilie, das Tumorsuppressorgen p14ARF oder auch Procaspase-3 in Tumorzellen eingebracht, um Resistenzen zu überwinden bzw. um direkt Zelltodsignalwege in den malignen Zellen zu aktivieren. Signalweganalysen sowohl in primärem Tumorgewebe von Patienten als auch in Zellinienmodellen identifizierten die hierfür notwendigen Komponenten der betreffenden Signalwege. Von besonderem Interesse war hierbei, dass durch die genetische Manipulation von Apoptose- und Zellzyklus-Regulation Signaldefekte in resistenten Tumoren umgangen und überwunden wurden. Dies könnte in Zukunft als mögliche Basis für neue, molekulare Therapieansätze in der Tumortherapie dienen. / Disruption of apoptosis signaling pathways plays a key role in both tumorigenesis and the development of resistant phenotypes in malignant tumors. Components of the mitochondrial apoptosis signaling pathway and its upstream regulators are of special importance regarding the response to cytotoxic anticancer therapies. The analysis of such central regulators, e.g. members of the Bcl-2 gene family, or the p53 and Rb pathways, identifies patients with good or poor prognosis. In this context, the combined analysis of consecutively involved signaling components, e.g. p53 and Bax, was shown to be superior as compared with analysis of single marker genes. Such signaling pathway analyses were successfully performed in acute and chronic leukemia, colon, esophageal and breast carcinoma. Apart from these descriptive genetic analyses in tumor specimen, the functional manipulation of these signaling events permitted to sensitize tumor cells for chemotherapy and irradiation as well as biological therapeutic modalities. To overcome resistance or to directly promote cell death signaling in the malignant cells, apoptosis regulators such as apoptosis promoting Bcl-2 homologs, the p14ARF tumor suppressor gene or procaspase-3 were introduced in cancer cells by means of non-viral, retro- and adenoviral gene transfer vectors. Analysis of signaling pathways identified the critical components in the respective model system. Interestingly, the genetic manipulation of cell cycle and apoptosis components was capable to circumvent signaling defects in resistant tumors and to overcome resistance to therapy. Such strategies could therefore serve as basis for novel, molecular therapeutic strategies in future cancer therapy.