The role of nitric oxide in modulating the hypoxic tumor response
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In Tumoren bilden sich sehr häufig hypoxische Areale, die durch das schnelle Tumorwachstum und die nicht damit Schritt haltende Gefäßversorgung entstehen. Tumorzellen reagieren auf Hypoxie durch Aktivierung des Transkriptionsfaktors Hypoxieinduzierbarer Faktor (HIF-1), der es Tumorzellen erlaubt, ihren Stoffwechsel an Hypoxie anzupassen, neue Gefäße zu bilden, die Metastasierung und genetische Instabilität zu fördern. Hypoxische Tumoren reagieren sowohl schlecht auf chemo- wie auch strahlentherapeutische Behandlung. In vitro-Untersuchungen hatten ergeben, dass durch die Gabe von Stickstoffmonoxid (NO) zelluläre Sauerstoffsensoren in der Art moduliert werden konnten, dass die Hypoxie-induzierte HIF-1 Antwort verändert wird. Ziel des Projektes war es, die molekularen Mechanismen dieser Veränderung und möglichen in vivo-Nutzen in einem Tumormodell aufzuklären. Ergebnisse dieses Projektes zeigen, dass für den Wirkmechanismus von NO auf die zellulären Sauerstoffsensoren Eisen und Ascorbat von entscheidender Bedeutung sind. Die durch NO induzierte Inhibition zellulärer Sauerstoffsensorproteine war durch zweiwertiges Eisen vollständig reversibel, möglicherweise bedingt durch eine Neusynthese der Sensorproteine. Im Gegensatz dazu war die Hemmung durch Peroxynitrit, das im Tumor zum Beispiel durch die gemeinsame Bildung von ROS und NO im Rahmen einer Ischämie/Reperfusion entsteht, irreversibel. Untersuchungen zur Lokalisation zellulärer Sauerstoffsensoren ergaben, dass zweifelsfrei im Zellkern die Möglichkeit besteht, HIF-1 in Abhängigkeit von Hypoxie zu regulieren. Um die auf zellulärer Ebene durch NO erzielte Modulation der Sauerstoffsensoren auf die in vivo-Situation zu übertragen, wurde ein Maus-Modell eines orthotopen Mammatumors gewählt. Hier blieben die Ergebnisse allerdings hinter den Erwartungen zurück. Die Gabe von NO in vivo im Tumormodell in einer vergleichbaren Kinetik wie mit der in vitro-Situation ergab zwar Effekte auf die HIF-1-abhängige Genexpression, jedoch nicht auf das Tumorwachstum oder die Tumorinitiierung. Lediglich bei genauer Betrachtung eingewanderter Immunzellen ergab sich ein möglicher Hinweis auf Effekte der Rekrutierung von Zellen des adaptiven Immunsystems, die HIF-1 abhängig waren und durch NO induziert werden konnten. In einem weiteren Maus-Modell zur Metastasierung von Melanomzellen zeigte sich allerdings ein Effekt, der den in vitro-Ergebnissen vergleichbar war. Hier reduzierte die Behandlung mit NO die Hypoxie-induzierte Steigerung der Adhäsion von Melanomzellen und auch deren Metastasierung in die Lunge. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass auf zellulärer und subzellulärer Ebene neue Ergebnisse zur Regulation zellulärer Sauerstoffsensoren durch NO gewonnen werden konnten. Auf systemischer Ebene und in Bezug auf eine mögliche therapeutische Anwendbarkeit waren die Ergebnisse eher enttäuschend: Die Modulation des zellulären Sauerstoffsensors durch NO im Tumor erscheint zu komplex, als dass ein unmittelbarer Effekt auf das Tumorwachstum sicher vorausgesagt werden kann.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2012). Oxygen sensing by the prolyl-4-hydroxylase PHD2 within the nuclear compartment and the influence of compartmentalisation on HIF-1 signalling. J Cell Sci 125(Pt 21):5168-76
Pientka FK, Hu J, Schindler SG, Brix B, Thiel A, Jöhren O, Fandrey J, Berchner- Pfannschmidt U, Depping R
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(2012). Role of reactive oxygen species in the regulation of HIF-1 by prolyl hydroxylase 2 under mild hypoxia. Free Radic Res 46(6):705-17
Niecknig H, Tug S, Reyes BD, Kirsch M, Fandrey J, Berchner-Pfannschmidt U
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(2013). Rocket fuel for the quantification of S-nitrosothiols. Highly specific reduction of S-nitrosothiols to thiols by methylhydrazine. Free Radic Res 47(2):104-15
Wiesweg M, Berchner-Pfannschmidt U, Fandrey J, Petrat F, de Groot H, Kirsch M
