MDCK-MRP2 - Dkfz

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Forschungsschwerpunkt A
Zell- und Tumorbiologie
Fibroblasten einen entscheidende Rolle zu spielen scheint.
Auf der Basis dieser Arbeiten gilt unser Interesse der weiterführenden
Entschlüsselung der Rolle aberrant-exprimierter
Wachstumsfaktoren in der Tumorprogression der
genannten experimentellen (HaCaT) und klinischen Tumorsysteme
(Kopf-Hals-Carcinome, Gliome, Meningiome). Hierbei
liegt unser Augenmerk sowohl auf der autokrinen Wirkung
der Faktoren auf die Tumorzellen, als auch auf ihrer
parakrinen Funktion in der Induktion eines Tumor-fördernden
Stromas, z.B. durch Induktion von Angiogenese, Rekrutierung
von Entzündungszellen und Modulation des ECM-
Umbaus durch Proteasen.
2. Tumor-Stroma-Wechselwirkungen steuern
Invasion und Angiogenese
S. Vosseler, H.-J. Stark, W. Lederle, M.M. Müller,
M. Willhauck, J. Mertens
In Kooperation mit J. Garlick, SUNY, Stony Brooks, USA; P.
Bohlen, ImClone, New York, USA; W. Hartschuh, Universität
Heidelberg
Zahlreiche Arbeiten aus jüngster Zeit belegen die entscheidende
Rolle von stromalen Zell- und Matrix-Elementen für
Tumorentstehung, Invasion und Metastasierung. Neben
der bekannten induzierenden Rolle von Tumorzellen auf
Stromaveränderungen wird die Bedeutung von stimulierenden
und hemmenden stromalen Einflüssen auf das Tumorwachstum
zunehmend erkannt.
Epitheliale Tumore wie Hautcarcinome weisen große Ähnlichkeiten
mit der Wundheilungssituation auf, bei der sich
der mesenchymale Gewebeanteil in spezifischer Weise zu
Granulationsgewebe umbildet. Daher liegt ein Schwerpunkt
unserer Forschungsaktivitäten auf der Analyse und funktionellen
Charakterisierung solchen Granulationsgewebes.
Erste Ergebnisse zeigten, dass die Stroma-Modulation durch
Induktion einer Fremdkörperreaktion das invasive Wachstum
maligner Tumorzellen entscheidend beeinflusst, je nach
chemischer Zusammensetzung der verwendeten Materialien.
Von der weiteren eingehenden Untersuchung dieses
Phänomens sind wertvolle Erkenntnisse über stromale Parameter,
die den Tumorphänotyp kontrollieren, zu erwarten
(M. Willhauck, H.-J. Stark et al., in Vorbereitung).
Eines der wesentlichsten Elemente der veränderten Tumor-Stroma
Wechselwirkung ist die durch Tumorzellen induzierte
Angiogenese. Neben ihrer Bedeutung für die Ernährung
und Sauerstoffversorgung des Tumorgewebes
werden der Gefäßneubildung zusätzliche, für das Tumorwachstum
wesentliche Funktionen zugesprochen. Dementsprechend
konnten wir im Transplantationssystem eine
bisher nicht bekannte Interaktion von Angiogenese und
Tumorinvasion nachweisen. Durch Blockade der Tumor-induzierten
Angiogenese mittels Antikörper-vermittelter
Inaktivierung eines Rezeptors (VEGF-R2) des potentesten
Angiogenesefaktors VEGF (vascular endothelial growth
factor) wurde nicht nur ein Einsprossen der Gefäße in den
Tumor (Vaskularisierung), sondern überraschenderweise
auch die Invasion der Tumorzellen unterbunden [14]. Dieser
bedeutende Befund einer so entscheidenden Wechselwirkung
zwischen Gefäßsystem und Tumorinvasion ließ
sich inzwischen auch an aggressiven Tumorvarianten, sowohl
im Transplantationssystem als auch nach konventioneller
subcutaner Injektion, erhärten. Wenn auch die mechanistischen
Zusammenhänge noch unklar sind, belegen
diese Ergebnisse eindeutig die essentielle Rolle der Gefäßneubildung,
d.h. von aktivierten Endothelien, für die Tumor-
Abteilung A080
Differenzierung und Carcinogenese
DKFZ 2004: Wissenschaftlicher Ergebnisbericht 2002 - 2003
invasion [9]. Die in drei verschiedenen Systemen mit unterschiedlichen
Komponenten nachgewiesene Rolle der
einsprossenden Gefäße für die Tumorinvasion spricht für
einen komplexen multifaktoriellen Mechanismus der Wechselwirkung,
wobei Wachstumsfaktoren, Proteasen und
ECM-Komponenten synergistisch wirken, um Tumorinvasion
zu ermöglichen.
Zur besseren molekularen Analyse der Tumor-Stroma-
Wechelwirkungen werden, basierend auf den organotypischen
Kokulturen normaler Keratinozyten und Fibroblasten,
in vitro Systeme zur Nachbildung der Tumorsituation
entwickelt [9]. Hierzu wurden Fibroblasten aus humanen
Plattenepithelcarcinomen der Haut isoliert, charakterisiert
und ihre Interaktion mit den prämalignen HaCaT Zellen in
dreidimensionalen Tumor-Stroma-Äquivalenten in vitro und
nach Transplantation auf die Nacktmaus analysiert. Erste
Befunde lassen eine veränderte Funktion dieser Zellen erkennen,
die HaCaT Zellen zu Tumorwachstum in vivo und
dysplastische Strukturen in vitro induziert (J. Mertens, in
Vorbereitung).
In ähnlichen in vitro Tumormodellen, in denen normale
Keratinozyten mit gering-gradig malignen HaCaT-Zellvarianten
organotypisch kultiviert werden, konnten intraepitheliale
Zell-Zell-Interaktionen (E-Cadherin) als wesentliche
Steuerungsmechanismen der frühen Tumorentwicklung
identifiziert werden [15]. Ebenso diente dieses Modell zur
Untersuchung der UV-bedingten Expansion von Frühstadien
der Hautcarcinogenese [16]. Weiterführende Studien
zeigten, daß neben einer raschen Gefäßregression nach
Blockade des VEGF-Rezeptors [17], die verbleibenden
Gefäße Zeichen zunehmender Reifung aufweisen [18].
Darüberhinaus war als Folge der Angiogenesehemmung
eine Reifung des unmittelbar benachbarten Tumorstromas
zu beobachten bis hin zur Entwicklung einer kompletten
strukturierten Basalmembran, die das Tumorepithel von
umgebenden Stroma trennte [18]. Diese Stroma-Reifung
mit massivem Auftreten von Collagen-Fibrillen-Bündeln dürfte
die Folge einer drastisch reduzierten lokalen Expression
von zwei stromalen Matrixmetalloproteinasen (MMP-9 und
MMP-13) an der unmittelbaren Grenze zum Tumorgewebe
sein. Die weitere molekulare Analyse der kausalen Zusammenhänge
von der Blockade eines VEGF-Rezeptors mit
Proteaseaktivität und veränderten ECM-Turnover mit der
Folge einer blockierten Invasion bzw. phänotypischen
Tumorreversion ist Gegenstand laufender Untersuchungen
im Rahmen eines EU-Kooperationsprojekts. Die bisherigen
Ergebnisse weisen auf eine essentielle Rolle des umgebenden
Tumorstromas auf das Wachstumsverhalten maligner
Zellen hin und lassen weitere therapeutische Zielstrukturen
und Moleküle in den normalen Zellen der Tumorumgebung
erkennen. Dieses vereinfachte Tumormodell ließ aber auch
erkennen, daß Komponenten der Basalmembran wesentlich
zur Ausdehnung und Invasion von intraepithelialen
Neoplasien beitragen [19].
In einer Kooperationsstudie mit Prof. Hartschuh (Universitätshautklinik,
Heidelberg) konnten wir zeigen, daß eine
verstärkte Vaskularisierung von epithelialen Hauttumoren
erst in Spätstadien auftritt, aber auch in üblicherweise als
benigne, bezeichneten Keratoacanthomen zu beobachten
ist [20]. Bei der Klassifizierung dieser Tumoren nach weiteren
Malignitäts-assoziierten Kriterien (Zell- und Gewebe-
Atypie) ergab sich, daß nur Läsionen mit Charakteristika,
die für verstärkte Malignität sprechen, erhöhte
Vaskularisierung aufwiesen, ein weiteres Anzeichen ihres
Potenzial zur malignen Progression [20].