The chemokine CCL20 and its receptor CCR6 in human malignancy with focus on colorectal cancer

Chemokines are a superfamily of small chemotactic cytokines, which interact with their G-protein-coupled receptors. These interactions regulate multiple physiological functions, particularly tissue architecture and compartment-specific migration of white blood cells. It has been found that the chemokine/chemokine receptor system has been utilized by cancer cells for migration and metastasis. The chemokine receptor CCR6 is expressed in colorectal cancer and several other cancer types, and stimulation by its physiological chemokine ligand CCL20 has been reported to promote cancer cell proliferation and migration in vitro. Moreover, CCR6/CCL20 interactions apparently play a role in organ selective liver metastasis of colorectal cancer. Here, we review the literature on expression patterns of CCL20 and CCR6 and their physiological interactions as well as the currently presumed role of CCR6 and CCL20 in the formation of colorectal cancer liver metastasis, providing a potential basis for novel treatment strategies.

Molecular mechanisms of prostatic carcinoma growth and progression

Prostate cancer represents the most commonly diagnosed malignancies in American men and is the second leading cause of male cancer deaths. The overall objectives of this research were designed to understand the cellular and molecular mechanisms of prostatic carcinoma growth and progression. This dissertation was divided into two major parts: (1) to clone and characterize soluble factor(s) associated with bone that may mediate prostatic carcinoma growth and progression; (2) to investigate the roles of extracellular matrix in prostatic carcinogenesis.^ The propensity of prostate cancer cells to metastasize to the axial skeleton and the subsequent osteoblastic reactions observed in the bone indicate the possible reciprocal cellular interaction between prostate cancer cells and the bone microenvironment. To understand the molecular and cellular basis of this interaction, I focused on the identification and cloning of soluble factor(s) from bone stromal cells that may exert direct mitogenic action on cultured prostate cells. A novel BPGF-1 gene expressed specifically by bone and male accessory sex organs (prostate, seminal vesicles, and coagulating gland) was identified and cloned.^ The BPGF-1 was identified and cloned from a cDNA expression library prepared from a human bone stromal cell line, MS. The conditioned medium (CM) of this cell line contains mitogenic materials that induce human prostate cancer cell growth both in vivo and in vitro. The cDNA expression library was screened by an antibody prepared against the mitogenic fraction of the CM.^ The cloned BPGF-1 cDNA comprises 3171 nucleotides with a single open reading frame of 1620 nucleotides encoding 540 amino acids. The BPGF-1 gene encodes two transcripts (3.3 and 2.5 kb) with approximately equal intensity in human cells and tissues, but only one transcript (2.5 kb) in rat and mouse tissues. Southern blot analysis of human genomic DNA revealed a single BPGF-1 gene. The BPGF-1 gene is expressed predominantly in bone and seminal vesicles, but at a substantially lower level in prostate. Polyclonal antibodies generated from synthetic peptides that correspond to the nucleotide sequences of the cloned BPGF-1 cDNA reacted with a putative BPGF-1 protein with an apparent molecular weight of 70 kDa. The conditioned media isolated from COS cells transfected with BPGF-1 cDNA stimulated the proliferation and increased the anchorage-independent growth of prostate epithelial cells. These findings led us to hypothesize that BPGF-1 expression in relevant organs, such as prostate, seminal vesicles, and bone, may lead to local prostate cancer growth, metastasis to the seminal vesicles, and subsequently dissemination to the skeleton.^ To assess the importance of extracellular matrix in prostatic carcinogenesis, the role of extracellular matrix in induction of rat prostatic carcinoma growth in vivo was evaluated. NbE-1, a nontumorigenic rat prostatic epithelial cell line, was induced to form carcinoma in athymic nude hosts by coinjecting them with Matrigel and selected extracellular matrix components. Induction of prostatic tumor formation by laminin and collagen IV was inhibited by their respective antibodies. Prostatic epithelial cells cloned from the tumor tissues were found to form tumors in athymic nude hosts in the absence of exogenously added extracellular matrix. These results suggest that extracellular matrix induce irreversibly prostatic epithelial cells that behave distinctively different from the parental prostatic epithelial cell line. ^

Development of colorectal cancer gene therapy

Colorectal cancer is the number two cancer killer in the United States. Although primary colorectal cancer can be resected by surgery, patients often die from metastatic disease. Liver is the most common site of metastasis for colorectal cancer. It is difficult to selectively kill metastatic colon cancer cells without damaging normal liver functions. Thus it becomes a high priority to develop a selective targeting system for the treatment of colorectal cancer liver metastasis. ^ In the current study, a gene therapy strategy that allows a therapeutic gene to selectively destroy metastatic colon cancer cells without affecting normal liver cells is developed. The APC gene is frequently mutated in colorectal cancers. These mutations activate β-catenin responsive promoters. An optimized β-catenin responsive promoter, containing TCF consensus binding sites, was engineered for this study. This TCF promoter was found to express preferentially in APC mutated/β-catenin activated colorectal cancers while maintaining a low expression level in cell lines of liver origin. A recombinant adenoviral vector AdTCF-TK, in which the TCF promoter controls expression of the herpes simplex virus thymidine kinase gene, selectively destroyed colorectal cancer cells in vitro. AdTCF-TK virus and ganciclovir treatment also inhibited the growth of solid tumour derived from the colon cancer cell line DLD-1 in nude mice. In a control experiment, the growth inhibition effect of the same virus was attenuated in a liver cancer cell line. ^ In the present study, a novel method was developed to target therapeutic gene expression to colon cancer cells at reduced liver toxicity to the patients. The same gene therapy design may also be applied to treat tumours carrying mutations in the β-catenin gene, which is a central component of the APC signal transduction pathway. In summary, the principle for a rational design of a cancer specific treatment approach is demonstrated in this study. In the future, mutations in cancer patients will be more easily identified. Using the same principle developed in this study, specific regimen can be designed to treat these patients based on the specific genetic changes found in the tumour. ^

Avaliação da eficácia da radioterapia paliativa no controlo da dor em doentes com metástases ósseas

A Radioterapia é um dos tratamentos disponíveis para tratar o cancro seja com intuito curativo ou paliativo. O objectivo da radioterapia paliativa consiste em controlar os sintomas apresentados pelos doentes com doença avançada, como por exemplo a dor provocada pela presença de metástases ósseas, que é o sintoma em estudo neste trabalho. A Radioterapia deve causar o mínimo de efeitos secundários e o mínimo desconforto possível aos doentes, não devendo aumentar a morbilidade, mas antes proporcionar maior qualidade de vida aos doentes. Recentemente, vários estudos investigaram a utilização da radioterapia em fim de vida, proporcionando uma linha orientadora nesta área, a partir das condições clínicas dos doentes submetidos a radioterapia perto do final da vida. A escolha do tema deste trabalho resulta de uma inquietação sentida no dia-a-dia, aquando da realização dos tratamentos de radioterapia a doentes paliativos com dor óssea e com mau estado geral. Exigindo a radioterapia um posicionamento e imobilização precisos e rigorosos pode, por vezes, causar algum desconforto aos doentes. No caso dos doentes com necessidades paliativas, nomeadamente com dor moderada a forte, é importante inferir acerca do real benefício de um tratamento que ao invés de promover alívio, lhes pode provocar mais dor e desconforto, indo contra às boas práticas preconizadas em cuidados paliativos. Considera-se que o tema é relevante para a melhoria dos cuidados prestados ao doente oncológico a realizar tratamentos de radioterapia, na medida em que permite realizar uma reflexão acerca da eficácia deste tratamento em fim de vida e sua aplicabilidade quando estamos perante doentes com prognóstico de vida limitado. O estudo em causa é um estudo descritivo exploratório, tendo sido realizada uma análise sistemática da informação contida nos processos electrónicos dos doentes, disponíveis na rede hospitalar, de acordo com os critérios de inclusão estabelecidos, no sentido de averiguar a eficácia do tratamento de radioterapia no alívio da dor. O estudo permitiu concluir que a radioterapia é um tratamento eficaz no controlo da dor em doentes com metástases ósseas, não vindo alterar as conclusões avançadas por outros estudos e outros autores internacionais. No entanto, é importante a realização de um prognóstico mais preciso na tomada de decisão terapêutica para que doentes que não vão beneficiar do tratamento de radioterapia possam ser referenciados para cuidados paliativos mais precocemente. Quanto à escolha do esquema terapêutico, o esquema de fracção única deveria ser mais comummente utilizado pela sua demonstrada eficácia, como o comprovam os diversos estudos referenciados neste trabalho.

Lipoxygenase metabolism : roles in tumor progression and survival

The metabolism of arachidonic acid through lipoxygenase pathways leads to the generation of various biologically active eicosanoids. The expression of these enzymes vary throughout the progression of various cancers, and thereby they have been shown to regulate aspects of tumor development. Substantial evidence supports a functional role for lipoxygenase-catalyzed arachidonic and linoleic acid metabolism in cancer development. Pharmacologic and natural inhibitors of lipoxygenases have been shown to suppress carcinogenesis and tumor growth in a number of experimental models. Signaling of hydro[peroxy]fatty acids following arachidonic or linoleic acid metabolism potentially effect diverse biological phenomenon regulating processes such as cell growth, cell survival, angiogenesis, cell invasion, metastatic potential and immunomodulation. However, the effects of distinct LOX isoforms differ considerably with respect to their effects on both the individual mechanisms described and the tumor being examined. 5-LOX and platelet type 12-LOX are generally considered pro-carcinogenic, with the role of 15-LOX-1 remaining controversial, while 15-LOX-2 suppresses carcinogenesis. In this review, we focus on the molecular mechanisms regulated by LOX metabolism in some of the major cancers. We discuss the effects of LOXs on tumor cell proliferation, their roles in cell cycle control and cell death induction, effects on angiogenesis, migration and the immune response, as well as the signal transduction pathways involved in these processes. Understanding the molecular mechanisms underlying the anti-tumor effect of specific, or general, LOX inhibitors may lead to the design of biologically and pharmacologically targeted therapeutic strategies inhibiting LOX isoforms and/or their biologically active metabolites, that may ultimately prove useful in the treatment of cancer, either alone or in combination with conventional therapies. © 2007 Springer Science+Business Media, LLC.

RAN GTPase is an effector of the invasive/metastatic phenotype induced by osteopontin.

Osteopontin (OPN) is a phosphorylated glycoprotein that binds to alpha v-containing integrins and is important in malignant transformation and cancer. Previously, we have utilized suppressive subtractive hybridization between mRNAs isolated from the Rama 37 (R37) rat mammary cell line and a subclone rendered invasive and metastatic by stable transfection with an expression vector for OPN to identify RAN GTPase (RAN) as the most overexpressed gene, in addition to that of OPN. Here we show that transfection of noninvasive R37 cells with an expression vector for RAN resulted in increased anchorage-independent growth, cell attachment and invasion through Matrigel in vitro, and metastasis in syngeneic rats. This induction of a malignant phenotype was induced independently of the expression of OPN, and was reversed by specifically reducing the expression of RAN using small-interfering RNAs. By using a combination of mutant protein and inhibitors, it was found that RAN signal transduction occurred through the c-Met receptor and PI3 kinase. This study therefore identifies RAN as a novel effector of OPN-mediated malignant transformation and some of its downstream signaling events in a mammary epithelial model of cancer invasion/metastasis.

Ruthenium(II)-trithiacyclononane complexes as potential antitumourals

Os únicos complexos metálicos presentemente utilizados em quimioterapia compreendem exclusivamente compostos de platina, com as desvantagens de apresentarem um leque de acção restrito e de provocarem sérios efeitos secundários. Na constante procura por novos fármacos antineoplásicos metálicos, os complexos de ruténio têm sido apresentados como uma alternativa adequada e existem já dois complexos de Ru(III) em ensaios clínicos. Estes são descritos como pró-fármacos, postulando-se que o seu mecanismo de acção envolva redução in vivo para originar complexos de Ru(II) activos. Assim, o actual desenvolvimento de fármacos antitumorais baseados em ruténio passará por criar novos complexos de Ru(II). O trabalho aqui descrito enquadra-se neste objectivo, tendo sido sintetizados complexos de ruténio(II)-tritiaciclononano com ligandos biologicamente activos, e avaliada a sua actividade antitumoral in vitro. Os ligandos utilizados compreendem um hidroxifenilpirazole, aminoácidos e derivados, flavonóides e quinonas. No primeiro capítulo do trabalho são apresentados os actuais desafios no desenvolvimento de complexos metálicos para quimioterapia e é ilustrada a importância dos complexos de Ru(II) aqui descritos no panorama actual de investigação. No capítulo dois, é apresentada uma descrição pormenorizada dos procedimentos experimentais, materiais e equipamentos utilizados na síntese, caracterização e ensaios biológicos. O capítulo três é dividido em duas sub-secções, a primeira analisando os resultados das sínteses e a caracterização estrutural dos complexos, e a segunda apresentando os resultados da sua actividade antiproliferativa. Foram obtidos onze novos complexos de ruténio(II)-tritiaciclononano, com rendimentos razoáveis. São apresentadas propostas das suas estruturas moleculares, sendo que estas mostram uma variedade interessante de modos de coordenação de acordo com os diferentes ligandos, ou seja, N, N,O, O,O e O. A actividade antiproliferativa dos complexos e dos respectivos ligandos foi avaliada em quatro linhas celulares tumorais, representativas de três tipos de cancro: osso (MG-63), próstata (PC-3) e mama (MCF-7 e MDA-MB-231). Quatro dos novos complexos demonstraram uma actividade antiproliferativa promissora, ou seja, aqueles que apresentam um hidroxifenilpirazole, a 3,7-dihidroxiflavona, a plumbagina ou a juglona na sua esfera de coordenação. Entre estes resultados, destacam-se os valores de IC50 para a linha celular MDA-MB-231 por se apresentarem inferiores ao apresentado pelo complexo de Ru(II)-tritiaciclononano mais activo descrito na literatura.

Metástases temporais: a propósito de um caso clínico

A metastização óssea para a cabeça e pescoço é rara. Em 20-35% dos casos, pode ser a primeira manifestação de uma neoplasia oculta. No caso específico do osso temporal, as metástases são originárias, mais frequentemente, da mama, pulmão, rim, próstata e estômago. Apresenta-se o caso clínico de uma doente, do sexo feminino, 71 anos, com Diagnóstico de Carcinoma Ductal tipo Cribiforme na mama esquerda, tendo sido submetida a mastectomia total, quimioterapia e radioterapia. À observação apresentava um quadro clínico de otalgia esquerda, associada a paralisia facial da hemiface ipsilateral, sem outros sintomas otológicos. Foi-lhe diagnosticada Otite Média Crónica agudizada, tendo sido medicada e pedida Tomografia Computorizada ao Ouvido Esquerdo, que demonstrou exuberante espessamento dos tecidos moles epicranianos temporo-parieto-occipitais à esquerda com extensão ao canal auditivo externo do mesmo lado. Por agravamento da sintomatologia, foi internada no Serviço de Otorrinolaringologia deste hospital para administração de terapêutica endovenosa, tendo-se admitido a hipótese diagnóstica de Otite Externa Maligna. Por manutenção do quadro, apesar de terapêutica optimizada, foi submetida a intervenção cirúrgica onde foi efectuada biopsia temporal, tendo sido diagnosticado lesão metastática por carcinoma invasivo da mama.

Caractérisation du potentiel métastatique des carcinomes mammaires de phénotype basal

Au Canada, on estime qu'une femme sur neuf développera un cancer du sein et qu'une femme sur vingt-huit en mourra. Les carcinomes mammaires de phénotype basal qui comprennent environ 15 à 25% des cancers envahissants du sein sont des tumeurs malignes ayant un très mauvais pronostic. Dans ce type tumoral, les métastases sont fréquentes et les décès nombreux. La formation des métastases est un processus complexe qui comprend plusieurs étapes; chacune peut être étudiée par des marqueurs spécifiques. Notre hypothèse de recherche est que le carcinome mammaire de phénotype basal possède des caractéristiques spécifiques qui permettent d'expliquer son potentiel métastatique élevé. Six micromatrices tissulaires comprenant un total de 213 tumeurs mammaires ont été confectionnées. L'expression des marqueurs usuels de la métastase et celle de nouveaux marqueurs a été étudiée par des techniques d'immunohistochimie. L'étude comparative de l’expression des marqueurs du potentiel métastatique par les carcinomes mammaires de phénotype basal indique que les protéines Ki-67, EGFR, CD276 et galectine-7 sont étroitement reliées à ce type de cancer. De plus, l'expression du marqueur GATA-3, un marqueur anti-métastatique, fait complètement défaut. Nos résultats confirment que le cancer du sein de phénotype basal possède un plus grand potentiel métastatique que les autres sous-types génétiques et suggèrent que la galectine-7 puisse être impliquée.

Fonctions antitumorales de la voie ERK/MAPK et développement rationnel de nouvelles stratégies thérapeutiques

Les kinases régulées par les signaux extracellulaires (ERK1/2) régulent une multitude de processus cellulaires, incluant la prolifération, la survie et la différenciation. Ces kinases représentent l’élément terminal de la voie ERK/MAPK, laquelle est activée dans près de 30% de tous les cancers humains et donc généralement perçue comme étant un effecteur critique de la progression tumorale. Cependant, une accumulation d’observations suggèrent que les kinases ERK pourraient également induire la suppression tumorale. Le but premier de cette thèse est de démontrer comment la signalisation par ERK peut contribuer à la suppression tumorale et de concilier les mécanismes impliqués avec son rôle dans la progression du cancer. Puisque nos travaux ont une incidence sur les bénéfices attendus de certaines thérapies actuellement en développement, le deuxième objectif de la thèse est de proposer de nouvelles stratégies thérapeutiques pour combattre le cancer. Nous avons démontré qu’une hyperactivation des kinases ERK induit la sénescence cellulaire. Le mécanisme implique la dégradation sélective et dépendante du protéasome de nombreuses protéines, ce que nous avons nommé le SAPD (Senescence-Associated Protein Degradation). Ce processus cible des protéines requises pour différentes fonctions cellulaires, incluant la progression du cycle cellulaire, les fonctions mitochondriales et la biogenèse des ribosomes. Ensuite, nos résultats montrent qu’en plus d’inhiber l’établissement de la sénescence, une diminution de la signalisation par les kinases ERK favorise la reprogrammation cellulaire, laquelle permet aux cellules précancéreuses de développer leur tumorigénicité et aux cellules cancéreuses d’acquérir des propriétés attribuables aux cellules souches. Ces observations suggèrent que les mécanismes qui inhibent la voie ERK/MAPK pourraient favoriser l’initiation du cancer, la formation de métastases et la résistance à diverses thérapies. Enfin, nous avons démontré que la metformine, utilisée pour le traitement du diabète, inhibe le facteur de transcription NF-kB. Ce dernier joue un rôle central dans la reprogrammation cellulaire et dans la production de cytokines pro-inflammatoires nocives par les cellules sénescentes. Ainsi, nous émettons l’hypothèse que la metformine pourrait être utilisée en combinaison avec certaines thérapies afin d’éviter les effets secondaires tant d’une inhibition des kinases ERK que d’une hyperactivation. Globalement, les résultats présentés démontrent que l’effet de la voie ERK/MAPK dépend de la force de son activation. Alors qu’une activation modérée peut contribuer à la prolifération de la plupart des cellules, une forte activation induit la sénescence tandis qu’au contraire, une faible activation favorise la reprogrammation des cellules cancéreuses et donc une augmentation de l’agressivité de la tumeur. Cette polyvalence de la voie suggère une certaine prudence face à l’usage des inhibiteurs de la voie ERK/MAPK. Cependant, elle nous motive à travailler au développement de nouvelles stratégies thérapeutiques, lesquelles pourraient inclure la metformine.

Epithelial-stromal interactions in mammary lineage development and carcinogenesis

This study determined that the microenvironment influences mammary cellular development and that this microenvironment differs between normal and malignant tissue. Cancer-associated fibroblasts, loss of an extracellular protein and presence of a growth factor were demonstrated to influence cancer cell migration, presenting a basis for the understanding of breast cancer metastasis.

Aspetti etici e morali della Sedazione Palliativa

La sedazione palliativa come procedura terapeutica è ormai ampiamente affrontata e discussa in letteratura. A causa della delicatezza di tale procedura, molti studi affrontano le problematiche etiche ad essa relative con l’obiettivo di cercare una giustificazione morale e clinica. Questo lavoro intende affrontare la sedazione palliativa applicata ad un caso concreto. Seguendo la trama della storia di Matteo, uomo di 38 anni ricoverato in Hospice con diagnosi di cancro metastatico della mammella maschile (metastasi polmonari con incarceramento del polmone destro, metastasi diffuse a tutto il rachide, metastasi epatiche), verranno affrontate le problematiche etiche relative ad ogni fase della vicenda. In particolare i temi trattati sono i seguenti: il controllo di sé, la negoziazione della terapia e l’autodeterminazione; il principio di autonomia relazionale; l’etica del corpo; differenze tra sedazione palliativa ed eutanasia; le domande di fine vita e la spiritualità; documenti sul fine vita. Il paradigma teorico prescelto come punto di riferimento è quello dell’Etica della Cura.

Analisi fosfo-proteomica di campioni di tumore: il problema della stratificazione dei pazienti ed eterogeneità intra-tumorale nell'era della terapia personalizzata

Nella presente tesi indaghiamo la potenzialità di LCM e Reverse Phase Protein microarray negli studi clinici. Si analizza la possibilità di creare una bio banca con line cellular primarie, al fine di conseguire drug test di sensibilità prima di decidere il trattamento da somministrare ai singoli pazienti. Sono stati ottenuti profili proteomici da biopsie pre e post terapia. I risultati dimostrano che questa piattaforma mostra il meccanismo di resistenza acquisito durante la terapia biologica. Questo ci ha portato ad analizzare una possibile stratificazione per pazienti con mCRC . I dati hanno rivelato distinti pathway di attivazione tra metastasi resecabile e non resecabili. I risultati mostrano inoltre due potenziali bersagli farmacologici. Ma la valutazione dell'intero tumore tramite singole biopsie sembra essere un problema a causa dell’eterogeneità intratumorale a livello genomico. Abbiamo indagato questo problema a livello dell'architettura del segnale in campioni di mCRC e ccRCC . I risultati indicano una somiglianza complessiva nei profili proteomici all'interno dello stesso tumore. Considerando che una singola biopsia è rappresentativa di un intera lesione , abbiamo studiato la possibilità di creare linee di cellule primarie, per valutare il profilo molecolare di ogni paziente. Fino ad oggi non c'era un protocollo per creare linee cellulari immortalizzate senza alcuna variazione genetica . abbiamo cosiderato, però, l'approccio innovativo delle CRCs. Ad oggi , non è ancora chiaro se tali cellule mimino il profilo dei tessuti oppure I passaggi in vitro modifichino i loro pathways . Sulla base di un modello di topo , i nostri dati mostrano un profilo di proteomica simile tra le linee di cellule e tessuti di topo LCM. In conclusione, i nostri dati dimostrano l'utilità della piattaforma LCM / RPPA nella sperimentazione clinica e la possibilità di creare una bio - banca di linee cellulari primarie, per migliorare la decisione del trattamento.

Molekulare Mechanismen der Knochenmetastasierung des Nierenzellkarzinoms

Die schlechte Prognose des Nierenzellkarzinoms (NZK) kommt nicht durch den Primärtumor an sich zustande, sondern durch das Vorhandensein von Fernmetastasen. Obwohl bereits vieles über die Mechanismen der Metastasierung bekannt ist, sind die Hintergründe der Organspezifität metastasierender Tumorzellen weitgehend ungeklärt. In 30% der Fälle kommt es zur Entstehung von Knochenmetastasen. Diese hohe Frequenz deutet darauf hin, dass NZK-Zellen bevorzugt in dieses Organ metastasieren, da die Knochenmatrix ein günstiges Mikromilieu für ihr Wachstum bietet. Hierbei könnte extrazellulärem Calcium und dem für die Detektion zuständigen Calcium-sensitiven Rezeptor (CaSR) eine entscheidende Rolle zukommen, da sich Knochen durch ihren hohen Gehalt an Calcium auszeichnen und von anderen Organen unterscheiden. Das Ziel der vorliegenden Dissertation lag in der Aufklärung der Mechanismen, die zu einer Knochenmetastasierung des NZK führen.rnrnIn ersten Analysen konnte gezeigt werden, dass sich bereits der Primärtumor durch eine von Calcium unabhängige charakteristische Expression bestimmter Signalmediatoren auszeichnet, die Metastasierungspotenzial und –ort bestimmen. So wurden in Gewebeproben und primären Tumorzellen von NZK-Patienten, die innerhalb von fünf Jahren nach Nephrektomie Knochenmetastasen entwickelten, in Westernblot-Analysen eine sehr hohe Expression der α5-Integrine, eine starke Aktivität von Akt, FAK und eine Reduktion der PTEN-Expression detektiert. Diese Veränderungen begünstigten die chemotaktische Migration in Richtung Fibronektin (bestimmt in einer Boyden-Kammer) und die Adhäsion dieser NZK-Zellen an Komponenten der Extrazellularmatrix (Fibronektin und Kollagen I – beides ist Bestandteil der Knochenmatrix). Migration und Adhäsion sind essentielle Schritte beim Austreten der Tumorzellen aus dem Primärtumor und Infiltration des Knochens. In NZK-Zellen von Patienten, die keine Metastasen oder Lungenmetastasen entwickelten, waren diese Charakteristika nicht oder deutlich schwächer ausgeprägt. Bestimmte Primärtumore sind somit prädestiniert Knochenmetastasen auszubilden.rnrnUm die Bedeutung von extrazellulärem Calcium und dem CaSR darzustellen, wurde die Expression des CaSR mittels Real-Time PCR, Westernblot-Analysen und durchflusszytometrisch in NZK-Gewebeproben und –Zellen von Patienten untersucht, die innerhalb von fünf Jahren nach Nephrektomie keine bzw. Lungen- oder Knochenmetastasen ausbildeten. Proben von Patienten mit Knochenmetastasen zeigten die stärkste Expression von CaSR-mRNA und CaSR-Protein. Durch eine Behandlung der NZK-Zellen mit Calcium in physiologischen Konzentrationen, konnte Calcium als möglicher Regulator der CaSR-Expression ausgeschlossen werden. Der Einfluss von Calcium auf die Metastasierungsfähigkeit der primären NZK-Zellen wurde anhand eines weiteren chemotaktischen Migrationsversuchs mit Calcium als Chemotaxin analysiert. Die Zellproliferationsrate konnte nach Behandlung der Zellen mit Calcium mittels BrdU-Inkorporation gemessen werden. NZK-Zellen, die aus dem Primärtumor von Patienten mit Knochenmetastasen kultiviert wurden, konnten durch eine erhöhte extrazelluläre Calcium-Konzentration verstärkt zu Migration und Proliferation (Konzentrations-abhängige Steigerung) angeregt werden. Diese stellen weitere essentielle Schritte bei der Infiltration und Vermehrung der NZK-Zellen in den Knochen dar. Die Effekte traten bei NZK-Zellen aus Patienten, die keine oder Lungenmetastasen ausbildeten, nicht auf. Die Identifizierung der beteiligten Signalwege erfolgte in Westernblot-Analysen und einem Phospho-Kinase Array. Hierdurch konnten eine verstärkte Aktivierung des Akt-, JNK-, p38α- und PLCγ-1-Signalwegs und eine beinahe vollständige Reduktion der PTEN-Expression nach Calcium-Behandlung in Knochen-metastasierenden NZK-Zellen aufgedeckt werden. Durch Blockierung des CaSR mittels des Inhibitors NPS 2143 konnte bestätigt werden, dass die metastasierungs-fördernde Wirkung von Calcium über den CaSR zustande kommt. rnrnNZK-Zellen zeichnen sich somit bereits im Primärtumor durch eine charakteristische Expression verschiedener Signalmediatoren aus, die ihr Metastasierungspotenzial und die mögliche Lokalisation der Metastase bestimmen. Gelangen metastasierende NZK-Zellen auf ihrem Weg durch den Blutkreislauf in das Knochenmilieu, verhilft ihnen hier eine hohe Expression des CaSR zu einem wichtigen Überlebensvorteil. Extrazelluläres Calcium wirkt über den CaSR, verstärkt ihre metastatischen Eigenschaften und fördert schließlich die Ausbildung einer Knochenmetastase. Aus diesem Grund kommt dem CaSR eine Rolle als möglicher prognostischer Marker hinsichtlich der Knochenmetastasierung beim NZK zu. Die Charakteristika des Primärtumors sollten daher die Auswahl des adjuvanten Therapeutikums und die Nachsorgeuntersuchungen beeinflussen. um die Medizin dem Ziel einer individualisierten Therapie näher zu bringen.rn

Einfluss des Calcium-sensitiven Rezeptors auf knochenspezifische Metastasierungsprozesse des Nierenzellkarzinoms

Der Grund für die schlechte Prognose beim Nierenzellkarzinom (NZK) stellt nicht der Primärtumor dar sondern ist vielmehr der häufigen Ausbildung von Fernmetastasen geschuldet. Etwa 30 % aller Patienten mit fortgeschrittenem NZK bilden dabei Metastasen in den Knochen aus. Das Knochenmilieu scheint, aufgrund der hohen Frequenz der knochenspezifischen Metastasierung, einen idealen Wachstumslokus für die Nierenkarzinomzellen dazustellen und rückte in der jüngsten Vergangenheit in den Fokus der Forschung. Dabei konnte der Calcium-sensitive Rezeptor (CaSR), der im gesunden Gewebe die Konzentration der extrazellulären Calcium-Ionen reguliert und besonders in der Niere von Bedeutung ist, mit der Metastasierung in die Knochen in Zusammenhang gebracht werden. Die Knochen stellen im Körper das Organ mit der höchsten Calcium-Konzentration dar. Durch ständigen Knochenmetabolismus werden Calcium-Ionen freigesetzt, welche CaSR-exprimierende Zellen aktivieren können. Aus diesem Grund wurden im Zusammenhang mit dieser Arbeit Nierenkarzinomzellen (786 O) sowie gesunde Nierenzellen (HEK 293) mit dem Gen des CaSR transfiziert und anschließend unter dem Einfluss von Calcium (10 mM – 30 Min.), einem CaSR-Aktivator (Cinacalcet (10 µM – 1 Std.)), sowie einem CaSR-Inhibitor (NPS2143 (10 µM – 1 Std.)) auf Unterschiede im zellulären Verhalten hin untersucht.rnBereits ohne Calcium-Behandlung zeigten die CaSR-transfizierten 786 O-Zellen ein gesteigertes Migrationsverhalten (durchgeführt in einer Boyden Kammer, Fibronektin als Chemotaxin) und ein erhöhtes Adhäsionspotential (zum einen an Kompo¬nenten der EZM (Fibronektin und Kollagen I) und zum anderen an HUVEC). Bei den CaSR-transfizierten HEK 293-Zellen wurde nur die Migration positiv beeinflusst. Nach einer 30-minütigen Behandlung mit Calcium zeigten die CaSR-transfizierten 786 O-Zellen eine starke Zunahme des Adhäsions- und Proli¬ferations-verhaltens, sowie eine verstärkte Migration bei Verwendung von Calcium als Chemotaxin. CaSR-transfizierte HEK 293-Zellen hingegen zeigten keine Migration und nach Calcium-Behandlung nur geringfügige Änderungen in Adhäsion und Proliferation. Konsistent mit diesen Ergebnissen war die Auswertung der intrazellulären Signalwege mit Hilfe von Western Blot-Analysen. In CaSR-expri-mierenden 786 O-Zellen waren die Signalwege AKT, ERK, JNK und p38α nach Calcium-Behandlung deutlich erhöht. In den HEK 293-Zellen kam es zu einer Zunahme der Proteinmenge aktivierter ERK-, JNK-, Paxillin- und SHC-Moleküle. Mit Hilfe einer Kombinationsbehandlung aus NPS2143 und Calcium konnte der Calcium-bedingte Effekt in durchweg allen Untersuchungen wieder bis auf das Kontrollniveau gesenkt werden. Die Verwendung von Cinacalcet und Calcium führte zwar erneut zu deutlichen Steigerungen der zellulären Vorgänge, lag aber immer unter dem Calcium-abhängigen Maximum.rnDurch die Simulation der Vorgänge, die während einer Metastasierung ablaufen, konnte gezeigt werden, dass der CaSR in Nierenkarzinomzellen die Knochen-metastasierung induziert. Sollten sich diese Zusammenhänge in vivo im Mausmodell bestätigen, könnte der CaSR zukünftig als Marker für eine Früherkennung von Knochenmetastasen fungieren. Zudem könnten indivi¬dual¬isierte Therapieansätze entwickelt werden, die knochenmetastasierende Zellen bereits vor Metastasierung effizient bekämpfen können.rn