Neurotrophine in der Innenohr und in Kopfhalstumoren

Projekt Inhalt Neurotrophine sind Wachstumsfaktoren, die in der Entwicklung des Innenohres eine Rolle spielen. Der Verlust dieser Wachstumsfaktoren kann zum Hörverlust führen. Spiralganglion Zellen, die Hörsignale vermitteln, überleben mit Hilfe von Neurotrophine. In diesem Projekt möchten wir die Herstellungsprofile dieser Wachstumsfaktoren und deren Empfänger (Rezeptoren) während der Entwicklung des Hörorgans bestimmen. Diese Erkenntnisse helfen uns Aufschluss geben über das Überleben der Krebszellen in Kopf und Hals. Hypothese Die Verteilung und Herstellung der Neurotrophine unterliegen einen Gradienten während der Entwicklung des Innenohrs. Interessanterweise spielen diese Wachstumsfaktoren eine Rolle beim Auswachsen von Kopf-Halstumoren. Methoden Die Herstellung und Verteilung der Neurotrophine im Innenohr und Kopf-Halstumoren werden mit modernsten Methoden an der Innsbrucker HNO-Klinik untersucht. Neurotrophine und die Gene die von diesen Wachstumsfaktoren reguliert sind, werden an neuesten Gensequenzierungsgeräten in Matsumoto, Japan analysiert. Diese Zusammenarbeit führt zu neuen Erkenntnissen. Was ist neu in diesem Projekt? Neu in diesem Projekt ist die vergleichende Untersuchung der Wachstumsfaktoren in Bezug auf das Überleben und Funktion der Spiralganglion Zellen im Innenohr und ihre Bedeutung im Kopf- Halstumor. Der Erfolg der Hörimplantaten hängt von der Ursache der Taubheit ab, deshalb ist es wichtig die Gene der Taubheit zu kennen. Erkennung der Funktion der Neurotrophine in Tumoren könnte hilfreich sein in der Therapie von Patienten.

Projekt-Schwerpunkt Schwerhörigkeit ist eine der häufigsten sensorischen Störungen weltweit und wird durch über 120 Gendefekte verursacht. In einer Kooperation zwischen der Shinshu Universität in Matsumoto, Japan, und der Medizinischen Universität Innsbruck, Österreich, haben wir Genexpressionsprofile im sich entwickelnden menschlichen Innenohr erstellt. Neurotrophine sind Wachstumsfaktoren, die für die Entwicklung des Innenohrs wichtig sind. In unserem Projekt konzentrierten wir uns auf den Brain-Derived Neurotrophic Factor (BDNF) und seine Rezeptoren. Seine das Zellüberleben unterstützenden und lenkenden Funktionen lassen vermuten, dass BDNF auch an der Invasion und dem Therapieüberleben von Tumorzellen des Plattenepithelkarzinoms des Kopfes und Halses (HNSCC) beteiligt sein könnte. Bei HNSCC stellt das Tumorstroma ausreichende Mengen an Neurotrophinen zur Verfügung, die Hauptregulation betrifft die Rezeptoren. Wichtigste Methoden Es wurden normale fötale menschliche Innenohren aus den Schwangerschaftswochen (GW) 10-19 verwendet. Die Next Generation Sequenzierung wurde durch In-situ-Hybridisierung (ISH) und Immunhistochemie (IHC) an histologischen Schnitten ergänzt. Bei HNSCC untersuchten wir die Genexpressionsbedingungen des BDNF-Rezeptors TrkB mittels Polymerase-Kettenreaktion (PCR) und IHC. TrkB und nachgeschaltete Signalwege wurden experimentell durch kommerzielle Inhibitoren untersucht. Wichtigste Ergebnisse Die Neuronen des Spiralganglions und des sensorischen Epithels produzieren in GW10, erneut in GW15-17 im Spiralganglion und in GW15-16 im sensorischen Epithel, Spitzenwerte von BDNF, die mit wichtigen Entwicklungsschritten korrelieren. Mehrere Gene, die Hörverlust verursachen, zeigen ebenfalls Expressionsspitzen bei GW15-16. Die wichtigsten Zellen, die BDNF produzieren, sind die Neuronen des Spiralganglions, aber noch mehr Satellitengliazellen. Zu den Aufgaben der Neurotrophine im Innenohr gehören Nervenführung, Reifung und trophische Effekte. Bestimmte Arten von Neurotrophinen ergänzen sich bei der Bildung unseres Hörorgans und weisen Ähnlichkeiten und Unterschiede zu anderen Säugetieren auf. Humanes Papillomavirus (HPV)-positives HNSCC-Gewebe weist im Vergleich zu HPV-negativem Gewebe eine höhere Expression von TrkB auf. Immunhistochemische und experimentelle Daten bestätigten den Zusammenhang zwischen Transforming-Growth-Factor-Beta (TGF-Beta) und der BDNF/TrkB-Funktion. Die pharmakologische Hemmung von Signalwegen, die der TGF-beta-Stimulation und der Aktivierung von Neurotrophinrezeptoren nachgeschaltet sind, machte resistente Tumorzellen für Cisplatin empfänglich. Was ist der größte Erfolg dieses Projekts? Wir haben drei Datenbanken zur differentiellen Genexpression im menschlichen fötalen Innenohr mit Hilfe der Next Generation Sequenzierung erstellt. Neurotrophine, Neurotrophinrezeptoren und die Gendefekte, die Hörverlust verursachen, spielen in einem zeitlich geregelten Prozess zusammen. Unsere hochspezifischen mRNA- und Proteinsignalmessungen ermöglichten eine Quantifizierung der mRNA und eine subzelluläre Proteinlokalisierung, die uns neue Einblicke in die präzise Koordination von Zellmigration und -differenzierung beim Aufbau der komplexen Innenohrarchitektur verschaffte. Bei HNSCC haben wir Therapieresistenzmodelle entwickelt, bei denen die Funktion von Signalweginhibitoren auf eine Veränderung des Therapieansprechens zurückgeführt werden kann.