Identifizierung und Charakterisierung von metastasierungs-assoziierten Genen in Kolon-Modellsystemen

Das kolorektale Karzinom (CRC) ist weltweit der zweithäufigste
bösartige Tumor. Fernmetastasen eines CRC treten zumeist in Leber
und Lunge auf, sind nur in seltenen Fällen operativ entfernbar und
sprechen nicht auf derzeit verfügbare Chemotherapien an. Die
Identifizierung von Genen und die Charakterisierung der molekularen
Mechanismen, durch welche sie zur Tumorprogression eines CRC
beitragen, liefert eine Grundlage für die Prävention oder
Behandlung der zumeist tödlich verlaufenden Erkrankung. Das Ziel
dieser Arbeit war die Identifizierung von Genen, die für die
Entwicklung des metastatischen Phänotyps in Kolonkarzinomzellen
verantwortlich sind. Hierzu wurden mittels der Genchip-Technologie
die Transkriptionsprofile von insgesamt fünf Tumor-Zelllinien
erstellt und nach stringenten Auswahlkriterien miteinander
verglichen. Zuerst wurde ein CRC-Zellmodell verwendet, das aus
einer in der Nacktmaus nicht-metastasierenden humanen
Primärtumor-Zelllinie KM12C und zwei davon abgeleiteten, stark zur
Leber metastasierenden Zelllinien, KM12SM und KM12L4A bestand. In
diesem überwiegend isogenen Zellmodell wurden 145 Gene in beiden
metastasierenden Zelllinien als dereguliert im Vergleich zu der
nicht-metastasierenden Zelllinie identifiziert. Die
Transkriptionsprofile eines weiteren humanen CRC-Zellmodells,
bestehend aus einer nicht-metastasierenden Zelllinie HCT116 und
einer stark zur Lunge metastasierenden Zelllinie HCT116U5.5 wurden
ebenfalls verglichen und 72 Gene als differentiell exprimiert
identifiziert. Ein Vergleich der Datensätze aller
Transkriptionsprofile ermöglichte die Identifizierung von Vimentin
und Trop-2 (TACSTD2, „Tumorassoziierter Vermittler von
Kalziumsignalen“) als in allen metastasierenden Zelllinien
überexprimiert. Die hohe Homologie des bisher noch weitestgehend
unerforschten Trop-2 zu Trop-1 (Ep-CAM), einem regulatorischen
Zell-Zell-Adhäsionsmolekül, das überwiegend von aggressiven
Tumorarten exprimiert wird und die Proliferation von Tumorzellen
stimulieren kann, machten Trop-2 für weiterführende Expressions-
und Funktionsstudien zu einem interessanten Zielgen. Im Rahmen
dieser Arbeit durchgeführte Expressionsstudien in einer Vielzahl
von Tumorbiopsien zeigten deutlich erhöhte mRNA- und Proteinspiegel
von Trop-2 in Metastasen aus CRC im Vergleich zu den
Primärtumorgeweben. Zusätzlich zu diesem neuen Befund in CRC wurde
in dieser Arbeit erstmalig eine erhöhte Expression von Trop-2 in
Schild-drüsenkarzinomen und in nicht-kleinzelligen Lungenkarzinomen
im Vergleich zu den korrespondierenden Normalgeweben nachgewiesen.
Zur Untersuchung der funktionellen Bedeutung von Trop-2 für die
Metastasierung von Karzinomzellen des Kolons wurden stabile
Transfektanten für Trop-2 in der nicht-metastasierenden Zelllinie
KM12C generiert. Die konstitutiv Trop-2 exprimierenden Zellklone
zeigten erhöhte Cyclin D1-Proteinspiegel bei unveränderter
Zellproliferation gegenüber den Vektorkontrollen. Die Induktion von
Cyclin D1 könnte mit der Identifizierung eines ebenfalls erhöhten
Proteinspiegels von ß-Catenin in den Trop-2 exprimierenden
Transfektanten in Zusammenhang stehen. Somit liefert diese Arbeit
erste Hinweise auf einen möglichen Einfluss von Trop-2 auf den
Tcf/ß-Catenin Signalweg. Zusätzlich demonstrierte ein
Migrationstest erhöhte mobile Eigenschaften von Trop-2
exprimierenden Zellen in vitro, während sich die invasive Fähigkeit
der Transfektanten, in vitro durch eine Matrigelschicht zu wandern,
nicht von den Vektorkontrollen unterschied. Die induzierte
Expression von Trop-2 in der Mehrzahl von Metastasen des
kolorektalen Karzinoms sowie in Tumoren von Lunge und Schilddrüse
war eine neue Beobachtung. Diese Ergebnisse demonstrieren das
Potential von Hochdurchsatzmethoden wie die hier verwendete
Genchip-Technologie in Kombination mit geeigneten Zellmodellen. In
der vorliegenden Arbeit führte sie zur Identifizierung von Trop-2
als einen Marker der Tumorprogression und Metastasierung von
verschiedenen humanen Karzinomen.