Etablierung und Charakterisierung eines Tiermodells für die inflammatorisch bedingte Kanzerogenese im Pankreas
Final Report Abstract
Im Rahmen des beantragten Projektes konnten wichtige Erkenntnisse über die Rolle ruhender pankreatischer Progenitorzellen gewonnen werden. So gelang es mit Hilfe neu etablierter Mausmodelle zu zeigen, dass Dclk1+ Zellen unter homeostatischen Bedingungen langlebig sind und nur wenig proliferieren. Erste Erkenntnisse über eine mögliche Rolle im Rahmen von Regenerationsprozessen und Krebsentstehung konnten mit Hilfe von dreidimensionalen Primärkulturen gewonnen werden. Diese Sphärenkulturen dienen gleichermaßen zur Untersuchung von Stammzelleigenschaften wie auch zur Simulierung von azinärer zu duktaler Metaplasie (ADM). Unter diesen Kulturbedingungen zeigte sich, dass Dclk1+ Zellen ein ungewöhnlich hohes Maß an Plastizität aufweisen, welches sie von anderen exokrinen Pankreaszellen unterscheidet. Auf pharmakologischem und genetischem Wege konnte zudem gezeigt werden, dass sowohl Dclk1+ Zellen als auch funktionelles Vorhandensein von Dclk1 wichtig für die Entstehung von Pankreasorganoiden sind. Zuletzt gelang der Nachweis, dass das Wachstum einiger primärer Sphären durch einzelne Dclk1+ Zellen unterhalten wird. Im nächsten Schritt konnten wir mittels gezielter genetischer Ablation von Dclk1+ Zellen demonstrieren, dass geordnete und erfolgreiche Pankreasregeneration nach akuter Pankreatitis, vom Vorhandensein eben dieser Dclk1+ Zellen abhängig ist. In der Folge gelang dann mit Hilfe genetischen „lineage tracings“ der Nachweis, dass Dclk1+ Zellen in Folge verschiedener Arten von Pankreasschädigung proliferieren und an Regenerationsprozessen teilnehmen. Abschließend wurde die Rolle von pankreatischen Dclk1+ Zellen im Rahmen der Krebsentstehung untersucht. Gezielte Mutation des KRas Onkogens in Dclk1+ Zellen führte nicht zur spontanen Bildung von Malignomvorstufen oder Pankreastumoren; die Zellen bewahrten ihren ruhenden Charakter über einen prolongierten Zeitraum. Allerdings ließen sich Dclk1+ Zellen, wie bereits im Rahmen von Regenerationsprozessen beobachtet, durch akute oder chronische Formen der Pankreatitis aktivieren, so dass es dann zur Bildung von präkanzerösen Läsionen kam. Zusammenfassend gelang im Rahmen des hier beschriebenen Projektes die Charakterisierung einer neuen, heterogenen Population von Dclk1-positiven Pankreaszellen. Unter homeostatischen Bedingungen zeichnen sich diese Zellen durch ihren ruhenden Charakter und ihre Langlebigkeit aus. Nach Gewebsverletzung werden diese Zellen aktiviert und übernehmen eine wichtige Rolle im Rahmen der Regeneration. Des Weiteren konnte eine signifikante Expansion Dclk1-positiver Zellen im Rahmen der Krebsentstehung im Pankreas beobachtet werden. Allerdings war gezielte Mutation nicht suffizient, um Dclk1+ Zellen zur Proliferation und Entartung anzuregen. Allein die Kombination aus Entzündungsprozessen und Aktivierung eines Onkogens führt zur Entwicklung von Krebsvorläuferläsionen. Das Wissen um eine ruhende pankreatische Progenitorpopulation, die trotz Mutation für lange Zeiträume überleben kann, um dann durch einen zweiten Stimulus aktiviert zu werden, verändert unser Verständnis des zeitlichen Ablaufes der Krebsentstehung. Die frühe Expansion Dclk1-positiver Zellen im Rahmen der pankreatischen Kanzerogenese prädestiniert sie als Ziel zukünftiger Therapieansätze.
Publications
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2012. Genetically engineered mouse models of pancreatic cancer. Cancer J 18:502-510
Westphalen, C.B., and Olive, K.P.
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2012. Pancreatic secretory trypsin inhibitor I reduces the severity of chronic pancreatitis in mice overexpressing interleukin-1beta in the pancreas. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol 302:G535-541
Romac, J.M., Shahid, R.A., Choi, S.S., Karaca, G.F., Westphalen, C.B., Wang, T.C., and Liddle, R.A.
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2013. Analysis of transplanted bone marrow-derived cells in chronic pancreatitis. Methods Mol Biol 980:291-300
Westphalen, C.B., Marrache, F., and Wang, T.C.
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2014. Long-lived intestinal tuft cells serve as colon cancer-initiating cells. J Clin Invest. Published in Volume 124, Issue 3 on March 3, 2014, 1283–1295
Westphalen, C.B., Asfaha, S., Hayakawa, Y., Takemoto, Y., Lukin, D.J., Nuber, A.H., Brandtner, A., Setlik, W., Remotti, H., Muley, A., et al.
