Der Proteinase-aktivierte Rezeptor 2 in mesenchymalen Stammzellen - Bedeutung für die Entwicklung und Progression des hepatozelluären Karzinoms
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das hepatozelluläre Karzinom (HCC) gilt weiterhin als die weltweit fünfthäufigste Krebsart mit in der Regel lediglich palliativ zur Verfügung stehenden Therapieoptionen. Mesenchymale Stammzellen (MSC) gelten heute als eine Möglichkeit zur alternativen Therapie bei Lebererkrankungen. Allerdings steht nach wie vor die Hypothese zur Diskussion, dass die Stammzellen die Entwicklung und Progression epithelialer Tumoren fördern könnten. Dabei könnte die Migration der MSC zum Tumorgeschehen eine essentielle Voraussetzung für eine derartige Wirkung zu sein. Es galt aufgrund unserer Vorarbeiten als wahrscheinlich, dass Proteinase-aktivierte Rezeptoren (PARs), Membranrezeptoren für verschiedene Proteinasen, an der Migration von MSC zum Tumor beteiligt sein könnten. Da die Wirkung von MSC auf primäre Leberzellkarzinome bisher nicht beschrieben war, wurde im Projekt die Hypothese untersucht, ob die Entwicklung und Progression des HCC durch die Migration von MSC zum Tumor unter Beteiligung der PARs beeinflusst wird. Der Einfluss von humanen MSC aus dem subkutanen Fettgewebe auf die Entwicklung von HCCs wurde in zwei Xenograftmodellen (Pfp/Rag2-/-, SCID) durch die gleichzeitige oder konsekutive Gabe der Stammzellen mit Hep3B-Zellen und in einem Modell des chemisch induzierten HCC nach Gabe von Diethylnitrosamin (DEN) untersucht. Die gleichzeitige Zellapplikation erfolgte subkutan durch Co-Injektion von MSC und Hep3B. Zudem erfolgte in einer experimentellen Variante die MSC-Applikation über die Schwanzvene. Schließlich wurden zelluläre Wechselwirkungen zwischen MSC und Hep3B in vitro in der Co-Kultur untersucht und der Mechanismus der PAR-Wirkung biochemisch und molekularbiologisch charakterisiert. MSC exprimieren die vier bekannten Proteinase-aktivierten Rezeptor-Subtypen 1-4. PAR1 scheint über den Ca2+/PKC-Signalweg an der Stimulation der Sekretion parakriner Faktoren durch die MSC und an der Migration der MSC beteiligt zu sein, die durch Stimulation von PAR1 gehemmt wird. Dies könnte für das Homing von MSC bedeutsam sein, ist aber offensichtlich nicht an der Entwicklung und Progression des HCC beteiligt. In beiden untersuchten Xenograftmodellen förderten die MSC das Wachstum von subkutan applizierten Hep3B-Zellen, wenn die Zellen co-injiziert wurden. Die Stimulation des Wachstums blieb jedoch aus, wenn die MSC in diesen Modellen oder im Modell der chemisch induzierten Cancerogenese zu einem späteren Zeitpunkt gegeben wurden. Da MSC weder in der intialen noch in der progressiven Entwicklungsphase im Tumorgewebe nachweisbar waren, lässt dies zum einen vermuten, dass die Migration von MSC zum Tumor für dessen Entwicklung nicht relevant ist. Zum anderen ist es wahrscheinlich, dass die MSC den Hep3B-Zellen nur zu einem frühen Stadium der Tumorentwicklung zu einem Wachstumsvorteil verhelfen. Dabei ist dieser Effekt nicht auf direkte Zell-Zell-Wechselwirkungen zurückzuführen, wie sich aus Co-Kulturuntersuchungen schlussfolgern lässt. Vielmehr scheinen die MSC über eine Sekretion von pro-angiogenen Faktoren, die im Rahmen des Projekts mit Hilfe von Proteinprofiler-Experimenten nachgewiesen werden konnten, die HCC- Vaskularisierung zu stimulieren und damit die frühe Tumorentwicklung zu fördern. Aus den Ergebnissen des Projekts lässt sich schlussfolgern, dass MSC die (weitere) Entwicklung und Progression von bestehenden HCCs nicht beeinflussten. Wohl aber könnte die frühe Entwicklung von HCCs über die Stimulation der Angiogenese durch MSC begünstigt werden. Die dem zugrunde liegenden Mechanismen müssen molekular weiter aufgeklärt werden, um die Applikation von MSC als Therapieansatz zur Stimulation der Leberregeneration z.B. nach umfangreichen Teilresektionen zur Entfernung von Lebertumoren klinisch zu etablieren. Dies ist auch relevant für die Therapie chronischer Lebererkrankungen wie z.B. der NASH, die im späten Stadium zur Entwicklung des HCC führen kann.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Der Proteinase-aktivierte Rezeptor 2 in mesenchymalen Stammzellen – Bedeutung für die Entwicklung und Progression des hepatozellulären Karzinoms. Transplantationsmedizin 25 (2013) Supp 1, 26
Stock P, Schüler S, Mussbach F, Winkler S, Böhmer F, Müller J, Kaufmann R, Christ B
- Animal Models for Stem Cell Therapy. Meth Mol Biol 1213, Springer Protocols (2014)
Christ B, Oerlecke J, Stock P (Edts.)
- Indirekte Wechselwirkungen zwischen HCC (Hep3B) und humanen mesenchymalen Stammzellen in vitro und in vivo. Z Gastroenterol 01/2015; 53(01)
Winkler S, Schmidt L, Leibiger K, Hempel M, Ditze M, Böhmer F, Müller J, Kaufmann R, Christ B
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1055/s-0034-1397177) - Mouse white adipose tissue-derived mesenchymal stem cells gain pericentral and periportal hepatocyte features after differentiation in vitro, which are preserved in vivo after hepatic transplantation. Acta Physiol (2015)
Winkler S, Brückner S, Mallek F, Weise A, Tautenhahn HM, Bartels M, Christ B
(Siehe online unter https://doi.org/10.1111/apha.12560) - Pathological implications of cadherin zonation in mouse liver. Cell Mol Life Sci 72 (2015) 2599-2612
Hempel M, Schmitz A, Winkler S, Kucukoglu O, Brückner S, Niessen C, Christ B
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s00018-015-1861-y)
