TY  - THES
A1  - Schmidt, Jennifer
T1  - Die Carboanhydrase IX repräsentiert ein potenzielles therapeutisches Zielmolekül in der Eradikation von Tumor-initiierenden Zellen des Schilddrüsenkarzinoms
N2  - Das Schilddrüsenkarzinom (SK) ist die häufigste bösartige endokrine Tumorerkrankung. Während das nicht-metastasierte und nicht-mutierte papilläre Schilddrüsenkarzinom (PSK) und das follikuläre Schilddrüsenkarzinom (FSK) eine gute Heilungschance aufweisen, zeigen die mutierten und metastasierten Varianten des PSK und FSK sowie das anaplastische Schilddrüsenkarzinom (ASK) weiterhin eine schlechte Prognose. Die Entwicklung von Therapieresistenzen stellen hierbei ein Hauptproblem in der Behandlung des fortgeschrittenen Schilddrüsenkarzinoms dar.
In den letzten Jahren wurden in Studien zunehmend Tumor-initiierende Zellen (TIZ) beschrieben, welche eine kleine Subpopulation von Zellen mit der Fähigkeit zur Selbsterneuerung, Tumorinitiierung und Entwicklung von Therapieresistenzen von Tumoren darstellen. Die Existenz von TIZ wurde auch im SK nachgewiesen. Ein entscheidender Faktor für die Persistenz von TIZ ist die Hypoxie, welche über eine Veränderung des Tumormikromilieus und des Zellmetabolismus zur Entstehung von Therapieresistenzen beiträgt. Ein durch Hypoxie hochreguliertes Enzym ist die Carboanhydrase IX (CAIX). CAIX wird hauptsächlich von Tumorzellen exprimiert und katalysiert die Reaktion von Kohlendioxid zu Bicarbonat und einem Proton und trägt damit zur Säurepufferung der Tumorzelle bei. CAIX stellt somit einen entscheidenden Faktor für das Überleben von Tumorzellen in einem hypoxischen Milieu dar. Des Weiteren ist eine erhöhte Expression von CAIX mit einem schlechten Patienten-Outcome assoziiert, wie z.B. im Brustkrebs. Diese Eigenschaften machen CAIX zu einem attraktiven Angriffspunkt einer zielgerichteten Tumortherapie. Die vorliegende Studie hat zum Ziel, die Expression von CAIX sowie dessen biologische Rolle im Schilddrüsenkarzinom näher zu untersuchen. 
Hierzu wurden Proben von 114 SK-Patienten immunhistochemisch auf eine CAIX-Expression untersucht und mit tumorfreiem Schilddrüsengewebe verglichen. Hierbei waren unterschiedliche SK-Subtypen vertreten. Für eine weitere Validierung der Expressionsdaten erfolgte die Auswertung eines Datasets von „The Cancer Genome Atlas“ (TCGA) mithilfe von cBioportal. Da die Hypoxie ein wichtiger Faktor für die Persistenz von TIZ ist, wurde die CAIX-Expression in Tumorsphären, ein in vitro Nachweis von TIZ-Aktivität, mittels der Durchflusszytometrie bestimmt und mit der CAIX-Expression von Monolayern verglichen. Als SK-Zelllinien wurden BCPAP (PSK), FTC 133 (FSK) und 8505 C (ASK) verwendet. Anschließend wurde mithilfe der Polymerasekettenreaktion und Immunofluoreszenzfärbung untersucht, ob eine CAIX-Expression in den Tumorsphären mit der Expression von bereits bekannten Stammzellmarkern, u.a. NANOG, assoziiert ist. Die Unterschiede der CAIX-Expression, nach Inkubation der Monolayer jeweils in Normoxie und Hypoxie, wurden mittels Durchflusszytometrie bestimmt. Mithilfe eines genetischen CAIX-Knockdowns sowie einer pharmakologischen Inhibition mit dem CAIX-Inhibitor Methazolamid (MZM) wurde die Tumorzellproliferation und -Sphärenbildung unter Normoxie und Hypoxie bestimmt. Zusätzlich wurde der Einfluss von MZM auf die Apoptose und den Zellzyklus untersucht.             
Immunhistochemische Färbungen der Gewebeproben von SK-Patienten zeigten, dass die CAIX-Expression sowohl im PSK und FSK als auch im ASK im Vergleich zum tumorfreien Schilddrüsengewebe erhöht war. Des Weiteren zeigte die klinisch-pathologische Datenanalyse, dass eine erhöhte CAIX-Expression mit dem Auftreten von Lymphknotenmetastasen im differenzierten SK assoziiert war. Auch die Analyse des TCGA-Datasets bestätigte, dass eine erhöhte Expression der CAIX-mRNA mit einem fortgeschrittenen Tumorstadium, Fernmetastasen und mit einem kürzeren Gesamt-Überleben von SK-Patienten korrelierte. Die weiteren funktionellen in vitro Untersuchungen ergaben, dass die CAIX-Expression in den Tumorsphären im Vergleich zu Monolayern erhöht und mit einer erhöhten Expression von Stammzellmarkern assoziiert war. Ein genetischer CAIX-Knockdown und eine CAIX-Inhibition mit MZM führten über eine Induktion der Apoptose und eines Zellzyklusarrests zu einer verminderten Tumorzellproliferation und Sphärenbildung. 
Zusammenfassend deuten die Ergebnisse darauf hin, dass CAIX ein vielversprechendes Zielmolekül für eine gezielte Tumortherapie des fortgeschrittenen SK ist. Um diese Hypothese bestätigen zu können, sind jedoch weitere prospektive Analysen von Patientenproben sowie funktionelle in vivo Untersuchungen am SK nötig.
N2  - Thyroid cancer (TC) is the most common endocrine malignancy. The papillary thyroid cancer (PTC) and follicular thyroid cancer (FTC) are known to have a good prognosis. The metastasized or mutated subtypes of PTC, FTC and the anaplastic thyroid cancer (ATC) still show a poor prognosis. Development of therapy resistance is one of the main challenges in the treatment of aggressive TC subtypes. 
In recent years tumor-initiating cells (TIC), a small population of tumor cells with the ability to self-renew and to initiate tumor growth, are believed to play a crucial role in the tumor progression and therapy resistance. The existence of TICs was demonstrated in TC. One factor, that promotes the persistence of TICs, is hypoxia. Hypoxia is known to change the microenvironment and thus leads to an altered tumor cell metabolism and to the development of therapy resistance. One enzyme, that is induced by hypoxia, is the Carbonic-anhydrase IX (CAIX). Interestingly, CAIX is almost exclusively expressed in tumors. It catalyzes the conversion of carbon dioxid to bicarbonate and one proton. CAIX plays an important role in pH regulation and extracellular acidosis and thus in the survival of tumor cells in a hypoxic environment. Moreover, a strong CAIX expression has been associated with a poor patient outcome, e.g. in breast cancer.  Therefore, CAIX seems to represent a promising target in the treatment of cancers. The present study aimed to investigate the CAIX expression and its role in TC.
For this purpose, immunohistochemistry was performed to examine the CAIX expression in TC tissues from 114 TC patients. The CAIX expression in TC tissues was compared with the CAIX expression in normal, non-tumorous thyroid tissues. Different TC subtypes were represented. For a further evaluation of CAIX in TC, TC data sets of TCGA were examined via cBioportal. As hypoxia is important for the persistence of TICs, CAIX expression was determined in tumorspheres using flow cytometry and compared with the CAIX expression in monolayers. The TC cell lines BCPAP (PTC), FTC 133 (FTC) and 8505 C (ATC) were used. Afterwards, polymerase chain reaction and immunofluorescence staining was performed to determine an association of the CAIX expression with stemness markers, e.g.  NANOG. Further, the differences of the CAIX expression was investigated in monolayers via flow cytometry after incubation in normoxic and hypoxic conditions. After a genetic knockdown and pharmacological inhibition of CAIX with Methazolamide (MZM), tumor cell proliferation and tumorsphere formation were determined in normoxia and hypoxia. The influence of MZM on apoptosis and cell-cycle were also investigated.
Immunohistochemistry of TC tissues revealed a significantly increased CAIX expression in PTC, FTC and ATC in comparison to the normal non-tumorous thyroid tissue. Further, the clinicopathological data showed that a higher CAIX expression was associated with lymph node metastasis. The analysis of TCGA data also demonstrated that a higher expression of CAIX-mRNA was associated with advanced tumor stages, metastasized TC and with a poor overall survival of TC patients. The in vitro analyses showed that the CAIX expression was increased in tumorspheres in comparison to monolayers and was associated with an increased expression of stemness markers. The genetic knockdown and pharmacological inhibition of CAIX with MZM led to a reduced tumor cell proliferation and tumorsphere formation by an induction of apoptosis and a cell-cycle arrest.
In summary, our results indicate that CAIX represents a potential target for the treatment of advanced TC. However, in order to validate our results further investigations on TC patient samples and functional in vivo experiments are needed.
Y1  - 2024
UR  - http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/86143
UR  - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hebis:30:3-861436
N1  - Kumulative Dissertation - enthält die Verlagsversion (Versions of Record) des folgenden Artikels: 
Schmidt, Jennifer; Oppermann, Elsie; Blaheta, Roman A.; Schreckenbach, Teresa; Lunger, Ilaria; Rieger, Michael A.; Bechstein, Wolf Otto; Holzer, Katharina; Malkomes, Patrizia (2021): Malkomes P. Carbonic-anhydrase IX expression is increased in thyroid cancer tissue and represents a potential therapeutic target to eradicate thyroid tumor-initiating cells. Molecular and Cellular Endocrinology  2021, 535, 111382, ISSN 0303-7207. DOI 10.1016/j.mce.2021.111382
CY  - Frankfurt am Main
ER  -