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ApoH ist ein endogenes Glykoprotein mit einem Molekulargewicht von 54 kDa. Es wird sowohl in der Leber als auch in der Plazenta synthetisiert. Das monomere Protein besitzt 4 sich wiederholende Domänen und eine 5. Domäne, an die sich ein C-terminaler Schwanz anschließt. Dieser 20 Aminosäuren lange Schwanz kann durch Plasmin enzymatisch zu einer geclippten Form (cApoH) umgesetzt werden. Die physiologische Funktion des Proteins ist bis heute nicht eindeutig geklärt. Vorausgegangene Untersuchungen demonstrierten jedoch, dass ApoH Einfluß auf die Angiogenese und somit Proliferation vaskulärer Endothelzellen ausübt. Um den Einfluß von ApoH und cApoH auf Endothelzellen untersuchen zu können, wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit Proliferationsversuche im Zellkulturmodell mit humanen Endothelzellen und bovinen Kapillarendothelzellen durchgeführt. Des weiteren wurden Auswirkungen von ApoH und cApoH auf einzelne Zellzyklusphasen der Endothelzellen untersucht. Um auch die Auswirkungen von ApoH und cApoH innerhalb der Zelle beurteilen zu können, wurde in darauffolgenden Experimenten das Augenmerk auf die intrazelluläre Signalweiterleitung gelegt. Dabei wurden insbesondere die MAP-Kinasen p 38, JNK, ERK 1/2 untersucht, da es einen Zusammenhang zwischen Apoptose und ihrer Aktivierung gibt. Der intrazelluläre Proteingehalt wurde mittels Western Blot sowie Flow-Cytometrie gemessen. In den Proliferationsversuchen konnte eine deutliche Wachstumshemmung der Endothelzellen durch ApoH und cApoH festgestellt werden. Bei der Zuordnung der Zellen zu den einzelnen Zellzyklusphasen fiel auf, dass es durch ApoH und cApoH zu einer Verschiebung der Phasen zugunsten der G 2-, M- und S-Phasen kam. Eine 90-minütige Inkubation der Endothelzellen mit ApoH und cApoH bewirkte bei JNK und ERK 1/2 eine deutliche Erhöhung der Aktivität in der Flow-Cytometrie-Untersuchung. Im Falle von p 38 kam es durch ApoH jedoch zu einer Verminderung der Aktivität. Western Blot Experimente ergaben bei allen drei MAP-Kinasen eine vermehrte Expression im Vergleich zu den unbehandelten Kontrollen bzw. mit Plasmin behandelten Zellen. Im Rahmen der Arbeit wurde nachgewiesen, dass es unter dem Einfluß von ApoH und cApoH zu einer Hemmung der Angiogenese von Endothelzellen kommt. Es konnten sowohl Auswirkungen auf die Endothelzellmodifikation als auch auf die Endothelzellaktivität belegt werden.
Das Nierenzellkarzinom (NZK) ist der häufigste maligne Tumor der Niere. In vielen Fällen sind bereits bei der Erstdiagnose Metastasen vorhanden oder entstehen im Verlauf der Therapie. Die Behandlungsmöglichkeiten für diese NZK-Patienten sind äußerst limitiert. Nahezu 2/3 der Betroffenen versterben an ihrer Erkrankung. Die Etablierung neuer Therapieansätze zur Behandlung des NZK ist dringend gefordert. Es wird postuliert, dass ein Therapiekonzept basierend auf dem Histondeacetylase (HDAC)-Inhibitor Valproat (VPA) kombiniert mit niedrig dosiertem Interferon (IFN)-alpha eine innovative und effiziente Behandlungsoption für austherapierte NZK-Patienten eröffnen könnte. In der vorliegenden Studie wurde der Einfluss einer VPA-Mono- versus VPA/IFN-alpha-Kombinationstherapie auf die malignen Eigenschaften verschiedener NZK-Zelllinien evaluiert. Mittels funktioneller Untersuchungen wurden Proliferations- und Adhäsionsphänomene unter den entsprechenden Therapien näher betrachtet. Fluorimetrische und molekularbiologische Studien dienten der detaillierten Aufklärung der den Veränderungen zugrunde liegenden Wirkmechanismen. Zur translationalen Gestaltung wurden zusätzlich tierexperimentelle Untersuchungen durchgeführt. VPA induzierte eine signifikante Reduktion der Proliferation von NZK-Zellen, die durch die additive Gabe von IFN-alpha weiter verstärkt wurde. Die anti-proliferativen Effekte korrelierten mit einer Zunahme der Zellen in der G0/G1-Phase und einer damit einhergehenden verminderten Anzahl an Zellen in der S-Phase. Die Verschiebung der Zellzyklusphasen war mit einer deutlichen Modulation relevanter regulatorischer Zellzyklusproteine assoziiert. Des Weiteren resultierte VPA und die korrespondierende Kombination mit IFN-alpha in einer signifikanten Inhibition der Adhäsion an Endothel und die extrazellulären Matrixproteine. VPA und die VPA/IFN-alpha-Kombination übten ihren Einfluss dabei offensichtlich über eine Modulation von Adhäsionsrezeptoren, implizit Integrine und CD44-Varianten, aus. Die antiproliferative und –adhäsive Wirkung war in der Regel nach längerer Inkubationszeit von 5 Tagen deutlich stärker als nach 3 Tagen. In analog behandelten normalen Nierenzellen zeigten sich im Vergleich keine solchen Effekte. Die Behandlung mit VPA und IFN-alpha scheint somit spezifisch maligne Zellen zu beeinflussen. VPA induzierte in den NZK-Zellen ferner die Reduktion von Protoonkogenen und MAP-Kinasen sowie die Zunahme von Tumorsuppressoren. Die zusätzliche Gabe von IFN-alpha resultierte in einer weiteren Wirkungsverstärkung gegenüber VPA allein. VPA und die Kombination mit IFN-alpha inhibierten zudem signifikant die HDAC6-Aktivität und -Proteinexpression der NZK-Zellen. Diese Hemmung ging mit einer Hyperacetylierung der Histone einher. Die epigenetische Modulation führte zur veränderten Genregulation und Transkription. So nahmen VPA und die korrespondierende Kombination neben den genannten funktionellen und molekularbiologischen Veränderungen maßgeblich Einfluss auf das Genexpressionsprofil der Tumorzellen. Die Expression negativer Regulatoren der Proliferation, Migration und Adhäsion sowie von Genen involviert in Differenzierung und Immunantwort wurden erhöht, wohingegen die Anzahl der Transkripte von Genen mitverantwortlich für die Ausbildung von Resistenzen und die Nährstoffversorgung der Tumoren reduziert wurde. Translationale tierexperimentelle Studien bestätigten die klinische Relevanz der VPA- und VPA/IFN-alpha-Behandlung, die in einer signifikanten Hemmung des Tumorwachstums resultierten. Die Wachstums-Inhibition war mit einer starken Modulation regulatorischer Proteine des Zellzyklus, der Apoptose und des HDAC-Systems assoziiert. Die vorliegenden Ergebnisse demonstrieren das viel versprechende Wirkungspotential von VPA und der korrespondierenden Kombination mit niedrig dosiertem IFN-alpha. VPAs anti-proliferative und -adhäsive Effekte in vitro und in vivo eröffnen die Perspektive für eine innovative Strategie in der Behandlung des NZK. Aufgrund der präsentierten Daten lässt sich postulieren, dass VPA und IFN-alpha die Grundlage für ein neues, effizientes Therapiekonzept bei austherapierten NZK-Patienten darstellen könnte.
Das klarzellige Nierenzellkarzinom (RCC) ist bei eier Inzidenz von 9 / 100 000 vor allem gekennzeichnet durch seine hohe Mortalität. Die Ursache dafür ist multifaktoriell, eine späte Diagnose, lokal fortgeschrittenes Wachstum, Fernmetastasierung und das Fehlen einer suffizienten Chemo-, bzw. Immunotherapie spielen eine entscheidende Rolle. Der Mangel an therapeutischen Optionen erfordert weitergehende Forschungsmaßnahmen zur Aufklärung der Tumormetastasierungsstrategien und zur Entwicklung antitumoraler Therapien. Migration und Extravasation werden als essentielle Parameter des Metastasierungsprozesses beschrieben. In einem modellhaft geschaffenen Metastasierungsszenario wurde das dynamische Verhalten von Integrinrezeptoren bei der Adhäsion von Tumorzellen am Gefäßendothel oder der Matrix beobachtet. Zu diesem Zweck wurden mehrere Nierentumorzelllinien, teilweise auch unter Blockade- oder Stimulationsbedingungen, diesem Interaktionsprozess ausgesetzt. Die Zellen wurden in biologischen Assays, fluorometrisch, mittels konfokaler Laserscanmikroskopie und mikrobiologisch auf der RNA-, der Protein- und der zellulären Ebene bezüglich Veränderungen von Protoonkogenen, Tumorsuppressoren und Adhäsionsmolekülen untersucht. Der Nachweis auf RNA-Ebene erfolgte mittels PCR, auf der Protein-Ebene mit Hilfe von Western-Hybridisierung und Durchflusszytometrie. Ferner wurden im Rahmen dieser Arbeit funktionelle Adhäsionsstudien und Verdrängungsassays auf Endothelzellen und Matrixproteinen durchgeführt, um mögliche Unterschiede der Malignität in Bezug auf das Migrationsverhalten der Nierentumorzellen aufzuzeigen. Dabei konnte erstmalig eine transiente Integrinrezeptorreduktion auf Nierentumorzellen nach Kontakt zum Endothel mit einer sich anschließenden Re-Expression nachgewiesen werden. Für einen umschriebenen Zeitraum wird die Zell-Zell- und Zell-Matrix-Adhäsion der Tumorzellen reduziert. Dieser Adhäsionsverlust ist verbunden mit einem schnellen und reversiblen Verlust der Integrin-Subtypen α2β1, α3β1 und α5β1. Begleitend wurde eine reduzierte Expression intrazellulärer Signalkaskadenproteine wie PKCδ, PKCε, PKCγ, MEK1, ERK1, p38, p38 phosph., JNKphosph., JNK und RACK1 beobachtet. Zusammen scheinen diese Prozesse in eine dynamische Tumorzell-Migrationsstrategie involviert zu sein. Mutmaßlich spielen die dynamischen und reversiblen Veränderungen des Integrin Rezeptorprofils eine wichtige Rolle im Bereich der Tumorzellinvasion, indem die Zellen von einem adhäsiven Zustand weg, hin zu einem motilen und invasiven Status transformiert werden. Eine einzelne Zelle kann sich so im Sinne einer Metastase aus dem initialen Tumoraggregat loslösen, ein gleiches Phänomen für die Migration der Tumorzellen aus dem Gefäßsystem in das Zielgewebe wird vermutet. Allerdings muss besonders herausgestellt werden, dass die Dynamik der transendothelialen Invasion auch integrin-unabhängige Phasen beinhaltet, die ganz offensichtlich für eine zielgerichtete Motilität verantwortlich ist. Während dieser Interaktion von Tumorzellen mit Zellen des Gefäßsystems konnten außerdem morphologische Veränderungen der Tumorzellen im Sinne eines Entdifferenzierungsprozesses beobachtet werden. Der Auslöser dieses Effektes ist durch weitere Forschungsaktivitäten zu klären. Aufgrund der multifunktionalen Wirkungsweise der Integrinrezeptoren erscheint als therapeutisches Ziel die Wiederherstellung der ursprünglichen, physiologischen Integrinbalance anzustreben. Weniger die Expressionsdichte eines einzelnen Integrintyps, als vielmehr die Balance, respektive Dysbalance mehrerer Integrin-Untereinheiten reguliert Zell-Zell und Zell-Matrix Interaktionen und trägt dadurch zur Prävention der Disseminierung des lokal fortgeschrittenen bzw. metastastasierten Nierenzellkarzinomes bei.
Mesenchymale Stammzellen aus Fettgewebe bieten faszinierende Möglichkeiten hinsichtlich einer zukünftigen therapeutischen Anwendung. Um diese Möglichkeiten genauer zu erkunden, sind noch umfassende Experimente durchzuführen. Die wichtigste Vorraussetzung für diese Experimente ist die Etablierung einer verlässlichen Methode zur Isolierung von mesenchymalen Stammzellen aus murinem Fettgewebe (mASCs). Die isolierten Zellen müssen charakterisiert werden und es muss der Nachweis geführt werden, dass die isolierten Zellen in vitro in bestimmte Linien differenzieren können. Die Ziele dieser Arbeit waren somit die Etablierung dieser Methode und die Charakterisierung der Zellen. Außerdem wurde die Stabilität der GFP-Expression bei mASCs aus transgenen Mäusen untersucht.
Die Erarbeitung eines Standardprotokolls zur Isolierung und Kultur war erfolgreich. Die kultivierten Zellen zeigten die typische Morphologie von mesenchymalen Stammzellen. Die isolierten Zellen wurden durch ein Oberflächenmarkerprofil charakterisiert. Es wurden die in der Literatur beschriebenen charakteristischen CD-Marker untersucht. Durchflusscytometrisch wurde bei den primär isolierten mASC folgende Oberflächenantigene nachgewiesen: CD29+, CD34+, CD44+, CD45-, CD90+, Sca1+. Im Laufe der Kultivierung reduzierte sich die CD34-Expression stark. Dieses Ereignis ist in der Literatur gut beschrieben. Auch die GFP-Expression wurde im FACS untersucht und zeigte sich stabil bis in hohe Passagen.
Der Nachweis, dass die isolierten Stammzellen ihr beschriebenes in vitro-Differenzierungspotential besitzen, wurde durch eine Differenzierung in Adipozyten, Osteozyten und Chondrozyten belegt. Die mASCs wurden für 3 bzw. 4 Wochen in beschriebenen Medien mit adipogenen, osteogenen oder chondrogenen Supplementen kultiviert. Danach wurden die Zellen gefärbt, um histologisch intrazelluläre Lipidvakuolen bei den Adipozyten, extrazelluläre Knochensubstanz bei den Osteozyten und Glycosaminoglycane bei den Chondrozyten nachzuweisen. Durch revers transkribierte RNA und PCR der so erhaltenen cDNA wurde das Fehlen eines typischen „Stammzell-Genprodukts“, Wnt-4, bei den Adipozyten bzw. Osteozyten nachgewiesen, sowie die Expression von fettspezifischen Genprodukten bei den Adipozyten. Der molekularbiologische Nachweis von knochenspezifischen Genprodukten gelang nicht, die Differenzierung in Osteozyten wurde jedoch durch die histochemische Färbung klar bewiesen.
Ein weiteres Ergebnis ist die beobachtete spontane Immortalisierung bei einigen der isolierten Zellpopulationen. Ein mögliches tumorigenes Potential ist im Hinblick auf die zukünftige therapeutische Anwendung von mASCs von großer Bedeutung und bedarf weitere Untersuchungen in vitro und in vivo.
Ausblick: Die etablierten mASCs sollen in einem Tierversuch zur Nierenregeneration nach Cisplatin-induzierter akuter Tubulusschädigung zur Anwendung kommen. Es wäre der erste Versuch, in dem murine mesenchymale Stammzellen aus Fettgewebe zur Unterstützung der Nierenregeneration bei Mäusen untersucht werden. Eine Unterstützung der Reparaturvorgänge durch Applikation der optimalen Menge von mASCs zum richtigen Zeitpunkt sowie die Einwanderung von mASCs in die Niere sollen nachgewiesen werden.
Nach der induzierten Schädigung werden den Tieren mASCs appliziert, während die Kontrolltiere nur Pufferlösung ohne Stammzellen erhalten. Die Regeneration wird mithilfe der Serumkreatinin-Konzentration im Blut sowie mit histologischen Methoden an Nierenschnitten beurteilt werden. Auch das in vitro-Modell soll weitergeführt werden, um weitere Erkenntnisse zu den Mechanismen der Stammzelldifferenzierung zu erhalten. Vor allem soll eine mögliche Differenzierung von mASCs zu Nierenepithelzellen erforscht werden. Dazu werden die Effekte von renotrophen Faktoren, Wachstumsfaktoren und konditionierten Medien untersucht. Ein Artikel zur Differenzierung von mesenchymalen Stammzellen in Richtung der epithelialen Linie wurde von unserer Arbeitsgruppe bereits publiziert (45).
Primäre Tumore werden nach ihrem Entstehungsort benannt. Selbst Metastasen zeigen eine gewisse Ähnlichkeit mit ihrem ursprünglichen Gewebe. Somit gehören alle Geschwülste, die ursprünglich der Harnblase entstammen, zu den Harnblasenkarzinomen.
Das Harnblasenkarzinom geht meist (90-95%) von der Schleimhaut der ableitenden Harnwege aus und wird als Urothel bezeichnet. Dementsprechend haben die meisten Patienten mit der Diagnose Blasenkarzinom ein Urothel-Blasenkarzinom. Die restlichen Blasenkarzinome entfallen auf Adenokarzinome, Plattenepithelkarzinome, kleinzellige Karzinome, Sarkome, Paragangliome, Melanome oder Lymphome (Humphrey A. et al. 2016, Moch H. et al 2016).
Die Urothel-Blasenkarzinome können sowohl flach, als auch warzenförmig wachsen. Je nach Diagnostik „oberflächlich“ oder „muskelinvasiv“ lassen sich die Urothel-Blasenkarzinome in zwei Hauptgruppen unterteilen;
Etwa 70% der Erkrankten haben dabei ein oberflächliches Urothel-Blasenkarzinom, das auf die Blasenschleimhaut begrenzt ist und durch eine Basistherapie, sog. Transurethrale Resektion (TUR-B) behandelt wird. Dabei werden die in der Schleimhaut gewachsenen Tumore getrennt reseziert. Therapieergänzend und/oder prophylaktisch wird die Blase danach mit einem Chemotherapeutikum gespült (intravesikale Instillation). Diese Zytostatika-Behandlung soll das Wiederauftreten eines Rezidivs verhindern bzw. eventuell verlangsamen (Iida K. et al. 2016, Celik O. et al. 2016).
Einfluss der natürlichen Verbindung Curcumin auf die Invasion von Harnblasenkarzinomzellen in vitro
(2017)
Das Harnblasenkarzinom macht 3,4 % aller bösartigen Tumore aus. In Deutschland erkranken jedes Jahr 16.000 Menschen mit stetig steigenden Inzidenzraten. Betroffen sind vor allem äl-tere Menschen.
Die Therapie erfolgt in Abhängigkeit vom Tumorstadium. Im fortgeschrittenen Stadium wird der Patient i. d. R. mit zwei bis drei Zyklen MVAC (Methotrexat, Vinblastin, Doxrubicin und Cisplatin) behandelt. Unter Chemotherapie lässt sich die Überlebenszeit des Patienten verlän-gern, dennoch schränken rasch aufkommende Resistenzen den Wirkungsgrad erheblich ein. Curcumin kann den Bedarf von Patienten, die Krankheit zusätzlich aktiv bekämpfen zu können, decken. Die natürliche Substanz hat das Potenzial, sich als eine zusätzliche Therapieoption beim fortgeschrittenen Harnblasenkarzinom zu etablieren. Ziel der Studie war es, die Wirk-samkeit von Curcumin durch Lichtexposition zu erhöhen und die Bedeutung dieses Ansatzes für die Hemmung der Tumorinvasion anhand von Harnblasenkarzinomzellen zu evaluieren.
Zellkulturen der Harnblasenkarzinomzelllinien UMUC3, RT112 und TCCSUP wurden angelegt. Die Tumorzellen wurden vor den Versuchen mit Curcumin in verschiedenen Konzentrationen (0,05 μg/ml, 0,1 μg/ml und 0,2 μg/ml) und/oder mit Tageslicht behandelt und in entspre-chende Proben eingeteilt. Mittels Adhäsionsversuchen wurde das Bindungsverhalten der Krebszellen an extrazelluläre Matrixproteine (Kollagen, Fibronektin) und humane Endothelzel-len (HUVEC) untersucht. Die Migrationstendenz wurde mithilfe eines Chemotaxisexperiments ermittelt. Um die Wirkung von Curcumin auf die für den Metastasierungsprozess relevanten α- und β-Integrin-Subtypen zu untersuchen, wurde eine FACScan-Analyse durchgeführt. Der Western Blot diente zur Quantifizierung der Integrinproteine vor und nach Behandlung. Zu-sätzlich wurde durch Blockadeanalysen dargestellt, in welchem Rahmen die Tumorzellen in ihrem Bindungs- und Migrationsverhalten von selektiven Integrinen abhängig sind.
Eine Bestrahlung von Curcumin mit Tageslicht (CurcuminLicht) hatte eine signifikante Wirkungs-steigerung der Substanz gegenüber unbestrahltem Curcumin zur Folge. Einheitlich verringerte CurcuminLicht die Adhäsion sämtlicher Tumorzelllinien an immobilisiertes Kollagen und Fibronektin. Die Interaktion von UMUC3 und RT112 mit HUVEC wurde gehemmt, hingegen er-höhte sich die Bindungsrate von TCCSUP signifikant gegenüber der unbehandelten Kontrolle. Die Tumorzellmotilität (Chemotaxis) wurde in Gegenwart von CurcuminLicht deutlich geblockt. Die FACScan-Analyse und Western Blotting verwiesen auf distinkte Modulationen der α- und β-Integrin-Subtypen. Diese waren in Abhängigkeit vom Tumorzelltyp unterschiedlich ausge-prägt. Mittels Blockadestudien konnte demonstriert werden, dass die Integrin-Subtypen α3, α5 und β1 wesentlich in Adhäsions- und Migrationsereignisse eingebunden sind.
Die Ergebnisse verweisen auf die Bedeutung der Lichtexposition für die Wirkeffektivität der Natursubstanz Curcumin. CurcuminLicht vermag, invasive Prozesse im Rahmen der Tumordis-semination zu unterbinden, und könnte sich somit als wertvolles Additivum im Rahmen der konventionellen Tumorbehandlung erweisen. In nachfolgenden Studien sollten die erarbeite-ten Daten am Tiermodell verifiziert werden.
Etablierung innovativer Strategien zur Resistenzumgehung bei der Therapie des Urothelkarzinoms
(2017)
Patienten mit fortgeschrittenem Blasenkarzinom haben eine sehr schlechte Prognose. Neue Behandlungsansätze, die ihnen eine realistische Heilungschance bieten, sind dringend notwendig. Der Einsatz des mTOR-Inhibitors TEM könnte ein innovatives Lösungskonzept darstellen. Zu berücksichtigen ist jedoch die Gefahr einer Resistenzinduktion unter Langzeitbehandlung. Basierend auf vorausgegangenen Studien wurde im Rahmen der Promotionsarbeit postuliert, dass die Behandlung mit dem HDAC-Inhibitor VPA eine Therapiestrategie darzustellen vermag, mit der durch Tem bedingte Resistenzen umgegangen werden können.
In der vorliegenden Arbeit wurde das biologische Verhalten verschiedener Blasenkarzinomzellen unter chronischer Tem-Therapie studiert und anschließend der Einfluss von VPA auf Wachstum und Proliferation der Zellen (TEM-resistent versus TEM-sensibel) untersucht.
Verwendet wurden die Zelllinien RTT112 und UMUC3. Die Resistenz wurde durch TEM induziert. Das Zellwachstum wurde mit MTT und die Proliferation mittels BrdU-Einbau evaluiert. Mittels Flow-Zytometrie erfolgte die Analyse der Zellzyklusprogression. Relevante Zellzyklusproteine und intrazelluläre Zielproteine wurden mittels Western Blot Verfahren analysiert. siRNA Knock-Down-Studien dienten zur Beurteilung der biologischen Relevanz der Proteine.
Die chronische mTOR-Blockade mit TEM über mehrere Monate hinweg ging mit einer Resistenzinduktion einher, nachgewiesen über eine Verschiebung des IC50-Wertes. VPA bewirkte nicht nur bei den TEM-sensiblen, sondern auch den TEM-resistenten Zellen eine signifikante Wachstums- und Proliferationshemmung. Der Effekt korrelierte mit einer Zunahme von Tumorzellen in der G0/G1-Phase des Zellzyklusses und Abnahme von S-Phase-Zellen. Die G2/M-Phase reduzierte sich in RT112-Kulturen und bei TEM-sensitiven UMUC3-Zellen. Hingegen erhöhte sich der Anteil von TEM-resistenten UMUC3-Kulturen in G2/M. VPA bewirkte bei allen Zellpopulationen Veränderungen an der Cyclin-Cdk-Achse. Insbesondere bei UMUC3-Zellen kam es unter VPA zur Suppression in der Aktivität mTOR-relevanter Signalmoleküle (Rictor, Raptor, Akt, p70S6). In beiden Zelllinien, RT112 und UMUC3, erhöhte sich der Expressionsspiegel der acetylierten Histone H3 und H4. Mittels siRNA wurde belegt, dass die Blockade von Cyclin A und Cdk2 mit einem verminderten Tumorwachstum assoziiert ist.
Aufgrund der vorgestellten Daten lässt sich postulieren, dass die Anwendung von VPA die Gefahr einer durch TEM induzierten Resistenz abzuwenden vermag. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit präsentieren vielversprechende anti-tumorale Effekte VPAs und stellen möglicherweise eine innovative und effiziente Strategie zur Behandlung des fortgeschrittenen Blasenkarzinoms dar. Da Tem und VPA in der Klinik bereits etabliert sind, wäre eine Umsetzung rasch möglich.
Zur Verifizierung der am in vitro Modell erhobenen Daten sind weitere, vertiefende Untersuchungen am lebenden Organismus essentiell, um die Resistenzphänomene zu belegen.
Das Prostatakarzinom (PCa) ist in Deutschland die häufigste bösartige Malignität beim Mann; jährlich erkranken etwa 58.000 Männer am PCa. Mit 11.000 Todesfällen pro Jahr liegt PCa in der Mortalitätsstatistik an dritter Stelle, hinter dem Bronchialkarzinom und dem Dickdarmkarzinom. Solange PCa auf die Vorsteherdrüse begrenzt ist, besteht die Möglichkeit einer Heilung über die Prostatektomie oder Bestrahlung. Bei etwa 15% der Neuerkrankungen tritt ein metastasierender PCa auf. Bei etwa 20% der Patienten mit organbegrenztem Tumor zeigen lokale Therapieformen keine Wirkung, so dass ebenfalls einer invasiven Ausbreitung Vorschub geleistet wird. Weitere Therapieformen bilden die Androgensuppression und die Chemotherapie. Bei der Androgensuppression kommt es sehr häufig zu einem hormonrefraktären Stadium, das über einen PSA-Anstieg definiert wird. Ist das hormonrefraktäre Stadium erreicht, stehen nur begrenzte Therapieoptionen zur Verfügung. In der jüngeren Vergangenheit wurden neue molekulare Substanzen entwickelt, die gezielt in den Metabolismus der Karzinomzellen eingreifen, die targeted therapy molecules. PCa ist eine sehr heterogene Karzinomentität. Das Verständnis des Zusammenspiels von parallelen und interagierenden mitogenen Signaltransduktionswegen beim PCa, die sein Wachstum, seine Differenzierung und seine Zellmotiliät regulieren, ist von enormer Bedeutung, um neue bzw. schon bestehende Inhibitoren gegen PCa erfolgreich zu entwickeln oder als Mono- bzw. Kombinationstherapie anzuwenden. Zu den beim PCa häufig überexprimierten Signalproteinen gehören der mammalian target of rapamycin (mTOR), die Rezeptor-Tyrosinkinasen (RTKs) und die Histondeacetylasen (HDACs). Ziel dieser Arbeit war es, die Effektivität von Inhibitoren auf diese Signalproteine als Einzel- und Kombinationstherapie im Hinblick auf das Zellwachstum und die Adhäsionseigenschaft der PCa-Zellen zu untersuchen. Zur Anwendung kamen RAD001, ein mTOR-Inhibitor, AEE788, ein Multikinaseinhibitor gegen den VEGF- und EGF-Rezeptor, die Valproinsäure (VPA), ein HDAC-Inhibitor und das Interferon-alpha-2a (IFNalpha2a), ein körpereigenes Zytokin. Die Untersuchungen basierten auf zellbiologischen und biochemischen Analysen in-vitro unter Verwendung der PCa-Zelllinien DU145, PC-3 und LNCaP und in-vivo mittels eines xenogenen Nacktmausmodells. Im Rahmen funktioneller Untersuchungen wurden unter den entsprechenden Therapien das Zellwachstum mit dem MTT-Test ermittelt, das Expressionsmuster der zellzyklusregulierenden Proteine durch die Western-Blot-Hybridisierung und die Progression des Zellzyklus mittels der Durchflusszytometrie untersucht. Im weiteren Verlauf wurden die Adhäsionsprozesse an Matrix und an Endothel analysiert und die Modulation der Integrinsubtypen mit Hilfe der fluorimetrischen und molekularbiologischen Methoden sowie deren Genaktivität evaluiert. Die Synthese der gebundenen und freien Form von PSA wurde mit dem ELISA-Verfahren gemessen. Zur detaillierten Aufklärung der Wirkmechanismen der Medikamente diente die nähere Untersuchung intrazellulärer Signalwege anhand molekularbiologischer Studien. AEE788, RAD001, VPA, nicht jedoch IFNalpha2a erzielten eine deutliche Reduktion im Zellwachstum und der Adhäsion der PCa-Zellen. Dabei war jede Substanz durch ein eigenes Wirkprofil charakterisiert und zeigte eine zelltypabhängige molekulare Aktivität. Während AEE788 und RAD001 eine direkte Wirkung auslösten, war der Effekt von VPA zeitversetzt. Im Gegensatz zu VPA und RAD001 beeinflusste AEE788 vor allem androgenresistente Zellen. Eine kombinierte Behandlung erwies sich nicht in allen Fällen als gleich effektiv. Letztendlich zeigten vor allem AEE788/RAD001, VPA/RAD001 und VPA/IFNalpha2a deutliche antitumorale Effekte. Dabei demonstrierten die Untersuchungen eine Verringerung des Zellwachstums, einhergehend mit einer deutlichen Modulation der relevanten regulatorischen Zellzyklusproteine, einer Zunahme der Tumorsuppressoren und einer deutlichen Verlangsamung der Zellzyklusprogression. AEE788/RAD001 und VPA/IFNalpha2a erzielten dabei eine effektive Reduktion von Wachstum und Adhäsion. In Analysen der Adhäsionsprozesse konnte die Modulation der Integrinsubtypen und der integrinassoziierenden Kinasen aufgrund der Substanzen demonstriert werden und zeigte bei androgenresistenen und androgensensitiven Zellen einen unterschiedlichen Wirkungseinfluss. Nur die Kombination von VPA/IFNalpha2a verringerte signifikant die PSA-Synthese und zeigte bei der Evaluation der intrazellulären Signalwege einen deutlichen Verstärkereffekt in der Regulation der Proteinexpression und der Aktivität von EGFR, ERK1/2 und P70S6K. In der darauffolgenden in-vivo-Untersuchung konnte der Verstärkereffekt von VPA/IFNalpha2a in einer effektiven Reduktion des Tumorvolumens demonstriert werden. Da insbesondere PCa einen sehr heterogenen Phänotyp aufweist, bietet vor allem die kombinierte targeted Therapie neue Hoffnung und vielversprechende Therapiemöglichkeiten. Die eigenen Daten demonstrieren, dass nur bestimmte Medikamenten-Kombinationen eine effektive Verstärkung der antikarzinogenen Effekte erzielen und eine wirksame Therapie des PCa ermöglichen. Bei der klinischen Anwendung ist zu beachten, dass abhängig von Geno- und Phänotyp individuelle Therapiekonzepte zu berücksichtigen sind.
Sulforaphane is a natural substance found in cruciferous vegetables such as broccoli or cabbage. There are promising results for a number of tumor entities regarding the potential anti-carcinogenic effects of sulforaphane. The experiments designed for this study were performed on prostate carcinoma cells. The aim was to investigate the influence of sulforaphane on the growth behaviour of prostate cancer cells.
Designed as an in-vitro-model, prostate carcinoma cell lines DU145 and PC3 were used in the study. The experiments can be roughly divided into two categories:
• Regulation of cell growth: After the growth inhibitory effect of sulforaphane has been confirmed (MTT test), the proliferation rate (BrdU assay) and apoptosis rate (apoptosis assay) of the cells were measured under the influence of sulforaphane. Studies on clonogenic growth completed this series of experiments.
• Regulation of the cell cycle: After determining the impact of sulforaphane on the phases of the cell cycle (cell cycle assay), the cell cycle-relevant proteins of the cyclin-CDK-axis, the CDK inhibitors p19 and p27 as well as the acetylated histones aH3 and aH4 were analysed (Western Blot).
An additional MTT test was performed to determine a possible induction of resistance by long-term sulforaphane exposure. In addition, the expression profile of CD44 subtypes v4, v5 and v7 under the influence of sulforaphane has been investigated by FACS analysis.
The growth and proliferation rate as well as the clonogenic growth of the prostate carcinoma cells were shown to be inhibited under the influence of sulforaphane in a concentration-dependent manner. Induction of apoptosis has not occurred. The treatment with sulforaphane resulted in a concentration-dependent G2/M arrest of the cell cycle. The level of expression of cyclins A and B and of CDKs 1 and 2 has increased due to sulforaphane exposure. The level of expression of pCDKs has decreased except for a slight increase in pCDK 2 in the DU145 cell line. The CDK inhibitors p19 and p27 were elevated, except for a reduction of p27 in the PC3 cell line. The level of expression of acetylated histones aH3 and aH4 has increased due to sulforaphane treatment. Indications for induction of resistance by long-term use of sulforaphane were not found. Treatment with sulforaphane resulted in an increased expression level of the CD44 subtypes v4, v5 and v7 in a concentration- and time-dependent manner.
The test results fit into the existing findings. The exact processes and relationships of the modes of action are not yet sufficiently understood. Nevertheless, it can be stated that sulforaphane can trigger anticarcinogenic mechanisms at the molecular level also in prostate cancer. Therefore, sulforaphane could eventually be used in clinical practice, whether prophylactically or therapeutically. Further studies, also in clinical settings on humans, are therefore necessary.
Das CD-44-Molekül ist ein membranständiger Oberflächenrezeptor, der als Adhäsionselement von Tumorzellen im Rahmen der Metastasierung genutzt wird. Berichte verweisen auf eine direkte Korrelation zwischen CD-44-Expression eines Tumors und der klinischen Prognose. Darüber hinaus kann der CD-44-Rezeptor auch intrazelluläre Signalwege aktivieren, und als solches Signalelement in die Regulation des Zellzyklus eingreifen.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde postuliert, dass der CD-44-Rezeptor zellzyklusabhängige Veränderungen erfährt und sich daraus Modifikationen des Adhäsionsverhaltens von Tumorzellen ergeben.
Repräsentativ wurde an der Magenkarzinom-Zell-Linie MKN-45 die CD-44-Expression bzw. dessen Splice-Varianten während des Zellzyklus fluorometrisch untersucht (FACS-Analyse, konfokale Laserscan-Mikroskopie). Parallel wurde das Adhäsionsverhalten an isolierten und kultivierten humanen Endothelzellen evaluiert. Die Tumorzellen wurden zuvor mittels Aphidicolin synchronisiert. Als Kontrolle dienten nicht-synchronisierte Zellen.
Die Untersuchungen verdeutlichten eine spezifische Expression der CD-44-Varianten CD44v4, CD44v5, CD44v7. Die Inkubation der Tumorzellen mit Aphidicolin bewirkte eine ausgeprägte Akkumulation von MKN-45-Zellen in der S-Phase. Nach Absetzen des Aphidicolins und Freisetzung in den Zellzyklus kam es zur signifikanten zyklusabhängigen Modulation der Rezeptorexpression. CD44v4, CD44v5 und CD44v7 waren in der G2/MPhase gegenüber der G0/G1- und S-Phase deutlich vermehrt auf der Membran detektierbar. In der G2/M-Phase erhöhte sich zudem signifikant die Adhäsionskapazität der MKN-45-Zellen. Blockadestudien mit gegen die CD-44-Varianten gerichteten monoklonalen Antikörpern belegten die CD-44-abhängige Tumorzell-Endothelzell-Interaktion.
Die Studien belegen zumindest am in vitro Zellkulturmodell die zellzyklus-gesteuerte CD-44-Expression und CD-44-abhängige Invasionseigenschaften von Tumorzellen. Es lässt sich daraus ableiten, dass eine anti-tumorale Therapie an zuvor synchronisierten Tumorzellen womöglich besonders effektiv sein kann. Auch die pharmakologische Blockade des CD-44-Rezeptors könnte einen anti-tumoralen Effekt besitzen.
