Tumor-initiierende Zellen und Therapieresistenz

Prostatakrebs ist eine der häufigsten männlichen Tumorerkrankungen und hat eine schlechte Prognose wenn sich Metastasen gebildet haben. Gängige Behandlungsoptionen sind die Strahlentherapie und die endokrine Therapie durch Orchiektomie oder mit Hilfe von Antiandrogenen. Chemotherapie mit Docetaxel wird bei Patienten mit einem Kastrations-resistentem Phänotyp eingesetzt. Es sind mehrere molekulare Mechanismen bekannt, welche die Resistenz gegen Strahlen-, endokrine und Chemotherapie hervorrufen. Tumor-initialisierende Zellen (auch bekannt als Krebsstammzellen) sind eine mögliche Ursache für Tumorrezidive und haben als solche hohe Resistenz gegen eine Vielzahl von Therapien. Auch können Zellen mit einem Krebsstammzell-ähnlichem Charakter in therapieresistenten Tumoren gefunden werden. Basierend auf der PC3 Zelllinie haben wir drei Zellkulturmodelle generiert, welche Charakteristika von Krebsstammzell-ähnlichen Zellen und erhöhte Expression der Krebsstammzell-ähnlichen Marker zeigen: a) ein inflammatorisches Model durch kontinuierliche Zugabe von Interleukin-4; b) ein strahlenresistentes Model durch wiederholte Behandlung mit Röntgenstrahlen; c) ein Docetaxel-resistentes Model durch ansteigende Zugabe des Medikamentes. Wir stellen die Hypothese auf, dass in allen drei Modellen ähnliche Signalwege aktiviert werden, die zum Auftreten des Krebsstammzell-ähnlichem Phänotyps führen und damit zur Therapieresistenz. In diesem Projekt planen wir mittels eines cDNA microarray Experimentes, in welchem die Genexpressionsmuster der verschiedenen Modelle mit jenem der parentalen PC3 Zelllinie verglichen werden, neue regulierende Signalwege zu entdecken. Die Rolle dieser Signalwege beim Auftreten des Krebsstammzell-ähnlichen Phänotyps soll in anderen Zelllinien bestätigt werden, sowie auch in Tumor-initialisierenden Zellen, welche aus Primärgewebe isoliert werden, untersucht werden. Als zweites Ziel wird vorgeschlagen eine experimentelle Therapie zu entwickeln, welche einen neuen ausgewählten Schlüsselsignalweg mit Hilfe von RNAi inhibieren soll und somit das Auftreten des Krebsstammzell-ähnlichem Phänotyps unterbinden soll. Diese experimentelle Therapie wird in einem Xenograft Mausversuch bestätigt werden. Als letztes Ziel wird die klinische Relevanz mit Hilfe von Immunhistochemie auf einem Gewebe-Microarray aus einer Bibliothek von Patienten- abgeleiteten Xenografts, welche rezidivierte Patienten enthält, analysiert. Resultate des vorliegenden Projektes sind von klinischer Bedeutung und könnten zur Entwicklung von effizienteren Therapien gegen Prostatakrebs führen. Zudem könnten die Mechanismen, welche zu einem Krebsstammzell- ähnlichem Phänotyp und somit einer Therapieresistenz führen, Bedeutung in anderen Krebsarten haben.

Prostatakrebs ist eine der häufigsten Tumorerkrankungen in der westlichen Welt. Wenn der Tumor in einem frühen Stadium entdeckt wird, sind die Heilungschancen groß durch eine operative Entfernung der Vorsteherdrüse. Behandlungsoptionen für fortgeschrittene Stadien sind die endokrine und die Chemotherapie. Radiotherapie kann in allen Stadien angewendet werden. Obwohl es in den letzten Jahren zu Fortschritten bei der Entwicklung von neuen Therapien gekommen ist, ist die Lebenserwartung in den späten Erkrankungsstadien immer noch sehr niedrig, bedingt durch das Aufkommen von Therapieresistenzen. Zellen, welche nicht auf die Krebstherapien reagieren - auch Krebsstammzellen genannt - sind die Verursacher des Wiederaufflammens von Tumoren. Krebsstammzellen können bereits vor der Therapie vorhanden sein oder können auch von dieser generiert werden. Krebsstammzellen sind aktuell nicht therapierbar und somit ist die komplette Auslöschung des Tumors nicht möglich. Ziel dieses Projektes war die Erforschung der regulatorischen Signalwege welche die Stammzelleigenschaften steuern. Wir benutzten dazu Prostatakrebsmodelle, welche Stammzelleigenschaften aufweisen und resistent gegen Bestrahlung sind, oder wo die Stammzelleigenschaften durch einen Entzündungsfaktor namens Interleukin-4 hervorgerufen wurde. Die Entschlüsselung dieser Signalwege könnte zur Entdeckung neuer Ansatzpunkte für Krebstherapien beitragen, welche die Krankheit am "Stamm" bekämpft. Wir haben herausgefunden, dass die Radioresistenz über zwei Signalwege gesteuert wird, deren Funktion über die reduzierte Expression der korrespondierenden Proteine gehemmt wird. Die Zellteilung ist ein genau kontrollierter Prozess, bei welchem mehrere Signalwege die Integrität der genomischen Information sicherstellen. Zu unserer Überraschung waren die Elemente der Zellteilungskontrolle in Prostatazellen, welche dem Regiment eines Patient-ähnlichen Bestrahlungsprotokoll unterworfen waren, nicht nachweisbar. Diese Ausschaltung der Zellteilungskontrolle ist ein Charakteristikum von Stammzellen. Eine weitere Eigenschaft von Stammzellen ist die fehlende Erkennung durch das Immunsystem. Der zweite in die Radioresistenz involvierte Signalweg beinhaltet die verringerte Expression von Proteinen, welche von Interferon Typ 1 eingeschalten werden. Letzteres trägt zur Aktivierung der Immunantwort bei. Eine weitere Entdeckung in diesem Projekt war die Erforschung des Interleukin-4 Signalweges. Dieses Molekül konnte die tumor-initiierende Eigenschaften von Prostata-Krebsstammzellen erhöhen. Die Hemmung des Interleukin-4 Signalweges mithilfe einer Chemikalie konnte den tumor-initiierenden Eigenschaften von Interleukin-4 entgegenwirken. Allerdings konnten wir keine Beteiligung von Interleukin-4 an Therapieresistenz-Mechanismen nachweisen. Zusammenfassend konnten wir mehrere molekulare Mechanismen, welche die Stammzelleigenschaften regulieren, identifizieren. Diese Mechanismen sind gute Ansatzpunkte für die Entwicklung von neuen Prostatakrebs-Therapien.