Titelaufnahme

Titel
A human model to identify key regulatory molecules and to test drug efficacy during hepatocellular cancer progression / submitted by Franziska van Zijl
Verfasser / VerfasserinZijl, Franziska van
Begutachter / BegutachterinMikulits, Wolfgang
Erschienen2011
Umfang149 Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Med. Univ., Diss., 2011
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Hepatozelluläres Karzinom / Epitheliale zur mesenchymalen Transition / Effizienz / Sorafenib / Doxorubicin
Schlagwörter (EN)Hepatocellular carcinoma / epithelial to mesenchymal transition / drug efficacy / doxorubicin / sorafenib
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-374 Persistent Identifier (URN)
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A human model to identify key regulatory molecules and to test drug efficacy during hepatocellular cancer progression [3.8 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Metastasierung ist eine der häufigsten Todesursachen der Krebserkrankung. Die epitheliale zur mesenchymalen Transition (EMT) zählt zu den wichtigsten auslösenden Faktoren, die eine Ablösung einzelner Tumorzellen vom primären Tumor und damit den ersten wichtigen Schritt einer Metastasierung begünstigen. In dieser Studie setzten wir uns zum Ziel, ein humanes Modell zu etablieren, welches uns ermöglich soll, die Grundprinzipien der molekularen Mechanismen in diesem Vorgang zu erforschen und zu verstehen. Mittels komparativer Genomhybridisierung konnten wir ein humanes Zellpaar mit identischem genomischen Hintergrund identifizieren, welches sich in vivo einer EMT unterzogen hat. Zwei- und dreidimensionale Methoden ermöglichten uns, die verstärkte Zellmigration und -invasion von mesenchymalen HCC Zellen, im Gegensatz zu den epithelialen Zellen, zu zeigen. Weiters konnten wir durch vergleichende Expressionsanalyse des gesamten Genoms eine EMT-konforme Regulation der epithelialen sowie der mesenchymalen Gene darstellen. Um neue regulatorische Faktoren der EMT zu eruieren, verwendeten wir einen phospho-Rezeptortyrosinkinase Array, welcher AXL als einen potentiellen Kanditaten identifizierte. Wir konnten zeigen, dass AXL nur von den mesenchymalen Zellen exprimiert und aktiviert wird und dass es an der Zellmembran lokalisiert ist. Die AXL-spezifische Immunhistochemie von 135 menschlichen Tumorproben ergab, dass 53% aller Gewebeschnitte eine AXL Expression zeigten, wobei 13% sogar eine stark positive Färbung aufweisen, welche mit fortgeschrittenem Tumorstatus, Blutgefäßinvasion, Wiederauftreten der Krankheit und genereller Verkürzung der Überlebenserwartung innerhalb von 5 Jahren korreliert. Weiterführende Experimente mit interferierender RNA konnten eine Verschlechterung des Migrationspotential mesenchymaler Zellen verzeichnen. All diese Daten deuten darauf hin, dass die Rezeptortyrosinkinase AXL ein neu identifiziertes und wichtiges Molekül in der HCC Progression ist.

Zusätzlich verwendeten wir dieses EMT-Modell zum Test von Therapeutika, die für den klinischen Gebrauch bestimmt sind. Interessanterweise, konnten wir zeigen, dass mesenchymale Zellen gegenüber zielgerichteter Therapeutika, wie zum Beispiel Sorafenib und Erlotinib, resistenter als epitheliale Zellen sind. Zytotoxische Chemotherapeutika, wie Doxorubicin, Cisplatin und Epirubicin, hingegen verzeichneten keine unterschiedlichen Wirkungsstärken. Ein kombinierter Gebrauch von Sorafenib mit Doxorubicin, so wie es zur Zeit in klinischen Studien verabreicht wird, führte zu einer Potentierung des Effekts, welcher eine starke Reduktion der halben maximalen inhibitorischen Konzentration (IC50) beider Substanzen und eine ausgleichende Anpassung der IC50s auf epithelialen und mesenchymalen Zellen bewirkte. Dieses Ergebnis ist in zweierlei Hinsicht interessant. Einerseits wirkt eine kombinierte Therapie von Sorafenib und Doxorubicin auf HCC Zellen während einer Tumorprogression, das heißt auf epitheliale sowie auf mesenchymale Zellen, im gleichen Ausmaß. Andererseits ist durch die Potenzierung des Effekts eine deutlich geringere Dosis beider Therapeutika nötig, welches zu einer Verminderung der Toxizität und der Nebenwirkungen der einzelnen Medikamente führen könnte. Zusammenfassend bietet das von uns entwickelte Modell einer EMT zwei wichtige Anwendungsbereiche. Erstens eröffnet es die Möglichkeit, ausschlaggebende Regulationsmoleküle der EMT zu identifizieren, um die molekularen Mechanismen der HCC Progression zu verstehen und neue therapeutische Ansätze in der Krebstherapie zu ermöglichen. Zweitens ist dieses Modell dazu geeignet, um potentielle Therapeutika präklinisch zu testen.

Zusammenfassung (Englisch)

Epithelial to mesenchymal transition (EMT) of carcinoma cells is of outmost importance during the initial steps of metastasis. To study the molecular mechanisms therein, we aimed to develop a human in vitro model for EMT in hepatocellular carcinoma (HCC). We could identify a pair of epithelial and mesenchymal HCC cells with genomic identical origin, indicating EMT in vivo. With respect to EMT, two- and three-dimensional cell cultures enabled us to investigate the enhanced migratory and invasive characteristics of mesenchymal HCC cells. By employing whole genome expression analysis we could disclose clusters of epithelial as well as mesenchymal genes, which are down- and upregulated during EMT, respectively. Addressing the search of a novel molecular regulator of EMT, proteomics unraveled the tyrosine kinase receptor AXL as a putative candidate. Upregulation and activation of AXL in mesenchymal cells was further verified and its localization on the cell membrane was shown. 135 human tissue samples were examined on AXL expression by immunohistochemistry and corresponding patient data were analyzed. AXL was expressed in 53% of all samples and 13% showed high AXL expression, which correlated with advanced tumor progression, vascular invasion, recurrence of disease and overall poor survival rate.

Preliminary in vitro experiments with short interfering RNA successfully hampered cell migration. These data strengthen the hypothesis of AXL being a possible regulator of HCC progression. Additionally we employed this human model to test anti-cancer therapeutics currently used in clinical studies. Mesenchymal cells showed significant resistance towards targeted therapeutics, including sorafenib and erlotinib, whereas chemotherapeutics (doxorubicin, cisplatin, epirubicin) exhibited similar efficacy on both HCC cell types. Interestingly, combinational therapy of sorafenib and doxorubicin led to a potentiating effect, resulting in a profound reduction of the half maximal inhibitory concentration (IC50) and an adjustment of the IC50s between epithelial and mesenchymal cells. This indicates that combinational therapy is advantageous in two aspects. First, it targets both epithelial and mesenchymal HCC cells and thus is effective during HCC progression.

Second, the potentiating effect demands a lower dose that possibly reduces toxicity, side effects and patient‟s burden. Summarizing, this human model of EMT in HCC could be used for both, identifying molecular key players during HCC progression and testing current as well as novel anti-cancer therapies in preclinical studies.