Einfluss des Skelett-Remodellierungsstatus auf Tumorzell-Dissemination and Auswachsen von Metastasen

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Amling; Professor Dr. Thorsten Schinke, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Hämatologie, Onkologie ; Orthopädie, Unfallchirurgie, rekonstruktive Chirurgie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 401122336

Die Knochenmatrix wird kontinuierlich remodelliert, vermittelt durch die balancierte Aktivität zweier grundverschiedener Zelltypen, Knochen-bildender Osteoblasten und Knochen-resorbierender Osteoklasten. Unser Institut hat langjährige Erfahrung in der Knochen-spezifischen zellulären und molekularen Untersuchung genetisch veränderter Mausmodelle, und in den letzten Jahren konnten wir mehrere Schlüsselmechanismen identifizieren, welche das Remodeling der Knochenmatrix regulieren. For das hier beschriebene Projekt möchten wir unsere laufende Kollaboration mit der Gruppe von Prof. Klaus Pantel fortführen, um die Frage zu beantworten, ob und wie ein veränderter Knochen-Remodeling-Status das Verhalten disseminierter Tumorzellen in vivo beeinflusst.Hierzu werden wir humane und murine Brustkrebszellen in Mäuse injizieren, um sowohl skelettale Metastasierung als auch Änderungen im Knochen-Mikromilieu durch Luciferase-Reportergen-Assays, µCT, unentkalkte Histologie und Knochen-spezifische Histomorphometrie zu untersuchen. Ein zentraler Punkt ist, dass wir, im Gegensatz zu den meisten bereits publizierten Studien, nicht die „Saat“ (d.h. die Tumorzellen), sondern den „Boden“ (d.h. die Rezipienten-Maus) modifizieren wollen. Um unsere Ziele zu erreichen haben wir verschiedene Mausmodelle in genetische Hintergründe (BALB/c und NSG) gekreuzt, in denen Xenotransplantation bzw. syngene Transplantation von Tumorzellen etabliert sind. Während drei dieser Modelle (Calca-/-, Calcr-/- and Notch2+/HCS) spezifische Veränderungen der Kopplungsmechanismen aufweisen, die für eine Synchronisierung der Knochenbildung und Knochen-Resorption verantwortlich sind, liegen in den anderen vier Modellen (Lrp5+/HBM, Col1a1-Sost, Col1a1-Krm2 and Col1a1-tTA;pTet-Wnt1) spezifische Veränderungen der Osteoblasten-Aktivität vor. Da all diese genetisch veränderten Mausmodelle zuvor analysiert wurden, um sowohl den Knochen-Remodeling-Status als auch die molekularen Ursachen für die entsprechenden Phänotypen zu definieren, gehen wir davon aus, dass unsere Ergebnisse eindeutig aufzeigen werden, welcher der am Knochen-Remodeling beteiligten Zelltypen primär für eine nachteilige Interaktion von Knochen- und Tumorzellen verantwortlich ist.Zusätzlich zu diesem in vivo-Ansatz werden wir ex vivo-Cokultur-Experimente mit Brustkrebs- und Knochen-Remodeling-Zellen durchführen, um spezifische molekulare Interaktionen zu definieren. Auch wenn unser Projekt primär einen ergebnisoffenen Ansatz verfolgt, werden einige bereits vorhandene Hypothesen überprüft. Da wir z.B. nachweisen konnten, dass Calcitonin (CT) die Knochenildung reguliert, indem es die Freisetzung von Sphingosin-1-Phosphat (S1P) aus Osteoklasten hemmt, werden wir untersuchen, ob CT, S1P und/oder Antagonisten spezifischer S1P-Rezeptoren die Proliferation und/oder Migration von Tumorzellen beinflussen, welche entweder alleine oder in Kombination mit Knochen-Remodeling-Zellen kultiviert werden.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2084: µBONE: Kolonisierung und Interaktionen von Tumorzellen innerhalb des Knochenmilieus
• Kooperationspartner: Professor Dr. Klaus Pantel