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Stickstoffmonoxid (NO) ist ein gasförmiger Botenstoff, der auf die Regulation des Gleichgewichts der Haut einwirkt. Ein NO produzierendes Enzym in der Haut ist die endotheliale NO- Synthase, deren Aktivität unter anderem durch Caveolin-1 und das 2002 von Zimmermann et al. neu identifizierte Protein Nostrin (=eNos traffic inducer) reguliert wird. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit gelang der immunhistologische Nachweis von Nostrin in menschlicher Haut und in den Zellkulturlinien von HaCaT, Melanozyten, HEK und G361. In allen 138 Gewebeproben gesunder und kranker menschlicher Haut wurde Nostrin immunhistologisch mit einem polyklonalen Nostrin Antikörper und immunhistologischer Polymere in der Epidermis nachgewiesen. In gesunder Haut (14 Präparate) war Nostrin in allen Schichten der Epidermis gleichmäßig entweder homogen oder punktförmig verteilt. Bei den histologischen Schnitten von Patienten, die an Psoriasis (20 Präparate) und atopischer Dermatitis (22 Präparate) litten, kam es zu einem Verlust von Nostrin in den basalen Schichten der Epidermis und einer Anreicherung in den oberen Schichten. Zusätzlich lagen das punktförmige und homogene Färbemuster parallel vor, wobei das Stratum granulosum bevorzugt punkförmig und alle anderen Schichten bevorzugt homogen angefärbt waren. Bei den Schnitten von Patienten, die an einer aktinischen Keratose (15 Präparate) oder Morbus Bowen (20 Präparate) litten, war eine ähnliche Veränderung gegenüber der gesunden Haut wie bei den entzündlichen Dermatosen zu beobachten. Bei entzündlichen Dermatosen und Präkanzerosen liegt eine Proliferations- und Differenzierungsstörung vor, so dass Nostrin möglicherweise diese entweder mit beeinflusst oder durch diese beeinflusst wird. Tumorzellen von spinozellulären Karzinomen (SCC) (18 Präparate), Basalzellkarzinomen (BCC) (12 Präparate) und malignen Melanomen (MM) (17 Präparate) enthielten scheinbar weniger Nostrin als nicht entartete Zellen. Insgesamt waren die SCC mit einem Mittelwert von 54% und einem Median von 63,5% gegenüber den BCC mit einem Mittelwert von 30% und einem Median von 33% und den MM mit einem Mittelwert von 7,8% und einem Median von 5% am Nostrin reichsten. Es ist bekannt, dass NO an der Entartung von Zellen beteiligt sein kann, denn es hat sowohl einen fördernden als auch einen hemmenden Effekt auf die Tumorzellbiologie (Weller et al. 2002, Xu et al. 2002). Die immunhistologische Färbung der Dermis zeigte, dass das kollagene Bindegewebe kein Nostrin aufweist und dass Haarschäfte, Schweiß- und Talgdrüsen Nostrin reich sind. Gefäße zeigten entgegen den Beobachtungen an Endothelzellkulturen nur eine sehr geringe Expression von Nostrin. In den vier Zellkulturen konnte mit einem monoklonalen Nostrin Antikörper und einem Fluoreszenz gekoppelten Zweitantikörper Nostrin nachgewiesen werden. Die Keratinozytenzelllinie HaCaT wies sehr viel Nostrin auf, das vesikulär oder filamentartig verteilt war. Bei der Tumorzelllinie HEK war viel weniger Nostrin sichtbar. Auch die Melanozyten und Melanomzellen (G361) enthielten weniger Nostrin als HaCaT. Die Beobachtungen entsprechen den Ergebnissen der Schnittpräparate von gesunder und kranker Haut. Die vier Zelllinien wurden zusätzlich mit einem polyklonalen Antikörper gegen Caveolin-1 angefärbt. Caveolin-1 konnte in allen vier Zelllinien nachgewiesen werden und kolokalisiert partiell mit Nostrin an Vesikeln im perinukleären Raum. Die Ergebnisse lassen vermuten, dass Nostrin auch in der Haut Einfluss auf die NO Produktion hat und somit an der Pathologie der Hautkrankheiten mitbeteiligt sein kann.

Der menschliche Körper ist permanent mechanischen Reizen in Form von Dehnung oder Druck ausgesetzt. Diese Stimuli können vielfältige zelluläre Prozesse induzieren. Dehnungsreize erhöhen die Zellproliferation in allen bisher untersuchten Zellspezies, inklusive Endothel- und Epithelzellen. Im Gegensatz dazu scheinen mechanische Druckbelastungen zu zellulärer Differenzierung zu führen. Die Relevanz dieser mechanischen Reize für die Physiologie und Pathophysiologie ist für viele Organe nachgewiesen worden. Jedoch gibt es bislang keine hinreichenden Untersuchungen, die belegen, dass mechanische Reize ebenso eine Rolle bei der Tumorproliferation spielen könnten. Im Fokus dieser Promotionsarbeit steht die Fragestellung, inwieweit die mechanischen Verhältnisse in Tumoren in einem funktionellen Zusammenhang mit der Tumorgenese stehen. Zur Klärung dieser Fragestellung ist ein Xenograft-Tumormodell etabliert worden, das es erlaubt in vivo-Untersuchungen an humanen epithelialen Tumoren durchzuführen. Um Erfahrungen aus vorherigen in vitro-Versuchen nutzen zu können, wurden humane epitheliale A431-Vulvakarzinom- und humane epitheliale A549-Lungenkarzinomzellen für das Tumormodell verwendet. Mit diesem Modell konnte erstmals in vivo gezeigt werden, dass solide humane Tumore einer permanenten mechanischen Dehnung ausgesetzt sind, die direkten Einfluss auf die Proliferation der Tumorzellen hat. Als zentraler Auslöser für die mechanische Dehnung der Tumorzellen konnte der erhöhte tumorinterstitielle Flüssigkeitsdruck (TIFP) identifiziert werden. Der Einfluss der mechanischen Dehnung auf die Proliferation der Tumorzellen wurde anhand der Phosphorylierung der extracellular regulated kinase 1/2 (ERK1/2) bzw. der Ki-67 Expression gezeigt. Durch die Punktion bzw. Drainage von Tumoren konnte der TIFP experimentell abgesenkt werden und in Folge dessen kam es zu einer reduzierten mechanischen Dehnung der Tumorzellen. In allen Versuchen war die Abnahme der mechanischen Dehnung von einer verringerten Phosphorylierung der ERK1/2 bzw. reduzierten Expression des Proliferationsmarkers Ki-67 begleitet. Der TIFP induziert aber nicht nur mechanische Dehnungsreize, sondern er stellt darüber hinaus eine physikalische Barriere für den effizienten Transport von Therapeutika in den Tumor dar. Der gegenüber dem umliegenden Gewebe erhöhte TIFP behindert den interstitiellen Transport und die Aufnahme von Molekülen aus dem Gefäßsystem in die Tumorzellen. Die Etablierung einer neuen experimentellen Technik zur Senkung des TIFP, durch i.v. Injektion von konzentriertem humanem Serumalbumin, führte zu einer signifikanten Verbesserung der Aufnahme und einer Verlängerung der Verweildauer von Makromolekülen/Therapeutika innerhalb von Tumoren. Des Weiteren konnten immunhistochemische Färbungen gegen lymphspezifische Marker in Gewebeproben von A431 und A549 Tumoren keinen direkten Zusammenhang zwischen Lympharchitektur und TIFP zeigen. Dies bedeutet, dass in den untersuchten Tumoren die Ausbildung des hohen TIFP eher auf eine erhöhte Rigidität der extrazellulären Matrix bzw. die hohe Permeabilität des tumorversorgenden vaskulären Gefäßsystems zurückzuführen ist. Parallel zu den in vivo-Untersuchungen durchgeführte in vitro-Versuche konnten Proteine identifizieren, die an der druckinduzierten p38 Signaltransduktionskaskade beteiligt sind. Diese Ergebnisse untermauern die bisherigen in vitro-Daten bzgl. der differentiellen Reaktionen von Zellen auf mechanische Druckreize. Abschließend lässt sich sagen, dass die Ergebnisse der in vivo-Versuche die Bedeutung und die klinische Relevanz des biophysikalischen Parameters TIFP hervorgehoben haben. Die Zukunft der Krebstherapie liegt nicht alleine in der Entwicklung neuer hochspezifischer Wirkstoffe, sondern auch in der Lösung des Transports der Wirkstoffe an den Zielort. Die vorgestellten Ergebnisse dieser Promotionsarbeit weisen eine beträchtliche klinische Relevanz auf, denn sie zeigen, dass die experimentelle Absenkung des TIFP zu einer verbesserten Aufnahme von Therapeutika beiträgt. Gleichzeitig wird die Proliferationsrate von Tumorzellen durch die reduzierte mechanische Dehnung signifikant verringert. Dieser Doppeleffekt könnte zu einer effizienteren Krebstherapie führen in Folge derer es zu einer verlängerten Überlebensrate sowie einer Verbesserung der Lebensqualität von Krebspatienten kommen könnte.