Zentrale Musterkennungsrezeptoren in der Tumor-Stroma-Interaktion des malignen Melanoms
Final Report Abstract
Der Mustererkennungsrezeptor RAGE ('receptor for advanced glycation end-products’) ist ein zentraler Motor der Tumorigenese. Er ist zusammen mit seinen Liganden HMGB1 und S100A8/A9 zentral an der Initiierung und Aufrechterhaltung eines proinflammatorischen Tumormikromilieus beteiligt. Die Funktion von RAGE und seinen Liganden im malignen Melanom ist nur unzureichend untersucht. Das geförderte Projekt hatte zum Ziel, neue und bereits in anderen Systemen beschriebene, komplexe Funktionen von RAGE auf ihre Bedeutung für die Progression des malignen Melanoms zu untersuchen. Unter Verwendung von Tissue-Microarrays sowie umfangreicher Gewebe- und Serumbiobanken konnte die zelltyp-spezifische Überexpression von RAGE und seinen Liganden im Melanom detailliert nachgewiesen werden. Dabei zeigte RAGE und HMGB1 ein ubiquitäres Expressionsmuster während die Expression von S100A8/A9 exklusiv auf epitheliale und Immunzellen beschränkt ist. Um die Bedeutung dieser signifikanten Überexpression auch im Serum von Melanompatienten zu untersuchen und damit als möglicher prognostischer Biomarker zu beschreiben, wurden in zwei unabhängige Kohorten mit etwa 500 Patienten die lösliche Variante des Rezeptors RAGE (sRAGE) wie auch S100A8/A9 und HMGB1 als unabhängige prognostische Marker beschrieben. Insbesondere ist S100A8/A9, welches nicht von Melanomzellen selbst sondern u.a. von Immunzellen des Melanom-Mikromilieus exprimiert wird, ein besonders guter Prognosemarker für Melanompatienten im Stadium der loko-regionären Metastasierung, in welchem Stadium bis dato kein geeigneter Biomarker etabliert worden ist. Ferner konnten wir S100A8/A9 und HMGB1 als prädiktive Marker für die Immuntherapie mit Checkpoint-Inhibitoren wie dem CTLA-4 Antikörper Ipilimumab beschreiben. RAGE-abhängige tumorzell-intrinsische Mechanismen wurden anhand von Melanom- sowie Melanozytenzellinien sowie geeigneten in vitro Assays untersucht. Stabile ektope RAGE Überexpression in Melanomzellinien verstärkte den aggressiven Phänotyp bezüglich Proliferation, Aneignung eines tumorspezifischen Stoffwechsels, eines gesteigerten Zellüberlebens sowie verstärkter Invasivität, während stabile RAGE-Knockdown Zellen ein entgegengesetztes Verhalten aufwiesen. Selbst die stabile Überexpression von RAGE in Melanozytenzellinien führte zur Ausbildung eines tumorspezifischen Phänotyps. Dies könnte ein Hinweis sein auf eine mögliche Rolle von RAGE in der frühen Melanomentstehung. Von besonderer Bedeutung scheint die zuvor unbekannte intrazelluläre Lokalisation von RAGE zu sein, wonach die besonders in melanozytären Naevi nicht jedoch in Melanommetastasen anzutreffende nukleäre Lokalisation als Hinweis auf eine neuartige Funktion als möglicher negativer Regulator von DNA-Reparatur mit Auswirkungen auf die Genomintegrität in der frühen Melanomentstehung wie auch in der späteren Progression gedeutet werden kann. Hinweis darauf gibt die gesteigerte Sensibilität von RAGE-überexprimierenden Melanomzellen gegenüber exogen-induzierten DNA Schäden sowie die Charakterisierung von RAGE als negativer Regulator von in trans Moleküle, insbesondere DNA Reparaturproteine, mit direkten Auswirkungen auf die Genomintegrität. Mithilfe geeigneter in vivo Modelle von Melanomwachstum und Metastasierung und durch Nutzung stabiler RAGE-Knockdown Melanomzellinien und RAGE-defizienter Mauslinien konnte die vermutete tumorzell-extrinsische, tumor-promovierende Funktion von RAGE bestätigt werden. Damit konnte die Grundlage gelegt werden für zukünftige Studien zur Nutzung der RAGE Signalachse als Quelle prognostischer und prädiktiver Biomarker sowie zur weiteren Entschlüsselung der tumorzellintrinsischen wie –extrinsischen Funktionen von RAGE, die durch zelltyp-spezifische Mechanismen, durch alternatives Spleißen und subzelluläre Kompartimentierung reguliert zu sein scheinen. Zu unserer Überraschung fand sich bei der Expressionsanalyse von RAGE im Melanomgewebe der TMA eine bis dato in der Literatur nicht beschriebene nukleäre Lokalisation. Da diese Lokalisation eine prognostische Assoziation zeigte, wurde eine fruchtbare Kooperation mit Herrn Dr. rer. nat. Wolf Henning Gebhardt, IMB Mainz, etabliert, die die Bestätigung dieser Lokalisation und deren Bedeutung zum Ziel hat. Dieser zuvor unbeabsichtigte Projektverlauf führte zu relevanten neuen Erkenntnissen zur Funktion von RAGE im Melanom, die wir hochrangig zu veröffentlichen gedenken.
Publications
- Innate Immune Cells and Related Chronic Inflammatory Factors as Novel Predictive Markers in Melanoma Treatment with Ipilimumab. Clin Cancer Res. Dec 15;21(24):5453-9
Gebhardt C, Sevko A, Jiang H, Lichtenberger R, Reith M, Tarnanidis K, Umansky L, Sucker A, Schadendorf D, Utikal J, Umansky V
- S100A8 and S100A9 are novel nuclear factor kappa B target genes during malignant progression of murine and human liver carcinogenesis. Hepatology. 2009 Oct;50(4):1251-62
Németh J, Stein I, Haag D, Riehl A, Longerich T, Horwitz E, Breuhahn K, Gebhardt C, Schirmacher P, Hahn M, Ben-Neriah Y, Pikarsky E, Angel P, Hess J
- Identification of the Rage-dependent gene regulatory network in a mouse model of skin inflammation. BMC Genomics. 2010 Oct 5;11:537
Riehl A, Bauer T, Brors B, Busch H, Mark R, Németh J, Gebhardt C, Bierhaus A, Nawroth P, Eils R, König R, Angel P, Hess J
- Efficacy of vemurafenib in a trametinib-resistant stage IV melanoma patient--letter. Clin Cancer Res. 2014 May 1;20(9):2498-9
Bernhardt M, Orouji E, Larribere L, Gebhardt C, Utikal J
(See online at https://doi.org/10.1158/1078-0432.CCR-13-2349) - Myeloid-derived suppressor cells in malignant melanoma. J Dtsch Dermatol Ges. 2014 Nov;12(11):1021-7
Umansky V, Sevko A, Gebhardt C, Utikal J
(See online at https://doi.org/10.1111/ddg.12411) - Diminished levels of the soluble form of RAGE are related to poor survival in malignant melanoma. Int J Cancer. 2015 Dec 1;137(11):2607-17
Wagner NB, Weide B, Reith M, Tarnanidis K, Kehrel C, Lichtenberger R, Pflugfelder A, Herpel E, Eubel J, Ikenberg K, Busch C, Holland-Letz T, Naeher H, Garbe C, Umansky V, Enk A, Utikal J, Gebhardt C
(See online at https://doi.org/10.1002/ijc.29619) - Elevated chronic inflammatory factors and myeloid-derived suppressor cells indicate poor prognosis in advanced melanoma patients. Int J Cancer. 2015 May 15;136(10):2352-60
Jiang H, Gebhardt C, Umansky L, Beckhove P, Schulze TJ, Utikal J, Umansky V
(See online at https://doi.org/10.1002/ijc.29297) - New therapeutic options for advanced non-resectable malignant melanoma. Adv Med Sci. 2015 Mar;60(1):83-8
Stadler S, Weina K, Gebhardt C, Utikal J
(See online at https://doi.org/10.1016/j.advms.2014.12.002) - T cell responses in early-stage melanoma patients occur frequently and are not associated with humoral response. Cancer Immunol Immunother. 2015 Nov;64(11):1369-81
Pfirschke C, Gebhardt C, Zörnig I, Pritsch M, Eichmüller SB, Jäger D, Enk A, Beckhove P
(See online at https://doi.org/10.1007/s00262-015-1739-8) - Baseline biomarkers for outcome of melanoma patients treated with pembrolizumab. Clin Cancer Res. Nov 2016, Volume 22, Issue 22, pp. 5487-5496
Weide B, Martens A, Hassel JC, Berking C, Postow MA, Bisschop K, Simeone E, Mangana J, Schilling B, Di Giacomo AM, Brenner N, Kähler KC, Heinzerling L, Gutzmer R, Bender A, Gebhardt C, Romano E, Meier F, Martus P, Maio M, Blank CU, Schadendorf D, Dummer R
(See online at https://doi.org/10.1158/1078-0432.CCR-16-0127) - Biomarker Value and Pitfalls of Serum S100B in the Follow-Up of High-risk Melanoma Patients. J Dtsch Dermatol Ges. 2016 Feb;14(2):158-64
Gebhardt C, Lichtenberger R, Utikal J
(See online at https://doi.org/10.1111/ddg.12727) - Directed de-differentiation using partial reprogramming induces invasive phenotype in melanoma cells. Stem Cells. 2016 Apr;34(4):832-46
Knappe N, Novak D, Weina K, Bernhardt M, Reith M, Larribere L, Hölzel M, Tüting T, Gebhardt C, Umansky V, Utikal J
(See online at https://doi.org/10.1002/stem.2284) - MAP Kinase pathway gene copy alterations in NRAS/BRAF wild-type advanced melanoma. Int J Cancer. 2016 May 1;138(9):2257-62
Orouji E, Orouji A, Gaiser T, Larribère L, Gebhardt C, Utikal J
(See online at https://doi.org/10.1002/ijc.29970) - Predictive immune markers in advanced melanoma patients treated with ipilimumab. Oncoimmunology. 2016 Apr 29;5(6):e1158901
Umansky V, Utikal J, Gebhardt C
(See online at https://doi.org/10.1080/2162402X.2016.1158901) - Tumour hypoxia promotes melanoma growth and metastasis via High Mobility Group Box-1 and M2-like macrophages. Scientific Reports volume 6, Article number: 29914 (2016)
Huber R, Meier B, Otsuka A, Fenini G, Satoh T, Gehrke S, Widmer D, Levesque MP, Mangana J, Kerl K, Gebhardt C, Fujii H, Nakashima C, Nonomura Y, Kabashima K, Dummer R, Contassot E, French LE
(See online at https://doi.org/10.1038/srep29914)
