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Untersuchungen zur prognostischen Relevanz der onkogenen Kinase Pim1 beim Glioblastoma multiforme
(2016)
Glioblastome sind die häufigsten hirneigenen Tumoren im Erwachsenenalter. Trotz intensiver Forschung und multimodaler Therapie geht die Erkrankung noch immer mit einer äußerst schlechten Prognose und einer mittleren Überlebenszeit von nur 12-15 Monaten einher. Umso wichtiger ist die Suche nach neuen therapeutischen Strategien unter Einbeziehung von tumorspezifischen Zielstrukturen. In diesem Zusammenhang sind onkogene Kinasen in den letzten Jahren zunehmend in den Mittelpunkt neuer Therapieansätze gerückt, da für viele Tumorentitäten gezeigt werden konnte, dass die Überexpression einzelner Kinasen wesentlich zur Tumorprogression beiträgt. Im Gegensatz zu anderen Tumoren gab es bislang keinerlei Daten zur Expression und Funktion der onkogenen Kinase Pim1 bei Glioblastomen. Daher sollte die Bedeutung von Pim1 für die Pathogenese des Glioblastoms im Rahmen dieser Arbeit untersucht werden. In der vorliegenden Arbeit konnte eine bis dato nicht beschriebene signifikant erhöhte Pim1-Expression in Glioblastom-Patientenproben gegenüber den nicht-malignen Normal-hirngeweben nachgewiesen werden. Im Gegensatz zur erhöhten c-Myc- und EGFR-Expression in Astrozytomen Grad II und III, war keine Pim1-Überexpression in diesen niedriggradigen Astrozytomen nachweisbar. Die Spearman-Korrelationsanalyse der mRNA-Expressionen ergab für Pim1 und den EGFR bzw. Pim1 und dem Transkriptionsfaktor c-Myc jeweils eine signifikant positive Korrelation, die für den EGFR und Pim1 auch auf Proteinebene bestätigt werden konnte. Dies wies auf eine mögliche Regulation von Pim1 über den EGFR hin, die auch in in vitro-Untersuchungen in LN18-Glioblastom-Zellen auf mRNA- und Proteinebene u. a. durch die Stimulation mit EGF und dem Einsatz von EGFR-Kinaseinhibitoren gezeigt werden konnte. Der spezifische siRNA-vermittelte knockdown von Pim1 in LN18-Zellen zeigte eine essentielle Rolle von Pim1 für das Zellüberleben auf, da sich die Zellviabilität im Vergleich zu den Kontrollzellen etwa halbierte. Der kombinierte knockdown von Pim1 und dem EGFR verstärkte diesen Effekt und wies auf einen Synergismus zwischen Pim1 und dem EGFR hin. Interessanterweise war die Pim1-Expression in den EGFRvIII-positiven Glioblastomen gegenüber den EGFRwt-exprimierenden Tumoren signifikant erhöht, was auf eine unter-schiedliche Regulation von Pim1 in Abhängigkeit vom EGFR-Status hindeuten könnte. Die Pim1-Expression zeigte sich in der untersuchten Patientenkohorte weder alters- noch geschlechtsabhängig und stand auch nicht im Zusammenhang mit der postoperativen Therapie. Es ließ sich jedoch ein signifikanter Überlebensvorteil für Patienten nachweisen, die eine Pim1-Expression unterhalb des Medians aufwiesen und das sowohl in der Median- als auch in der Kaplan-Meier-Überlebensanalyse. Für den EGFR und c-Myc konnte dies hingegen nicht gezeigt werden. Auffällig war jedoch in allen Analysen, dass sich die Überlebenskurven nach circa 450 Tagen, was der mittleren Überlebenszeit von etwa 15 Monaten entspricht, überkreuzten und einige wenige Patienten trotz einer sehr hohen Pim1-mRNA-Expression überdurchschnittlich lange überlebten. Die zugrunde liegenden Ursachen bleiben bislang ungeklärt und bedürfen weiterer Untersuchungen. Kombinations¬analysen zeigten zudem, dass eine hohe Pim1-Expression sich sowohl bei einer niedrigen als auch hohen c-Myc- bzw. EGFR-Expression als prognostisch ungünstig auswirkt und somit eine Pim1-Überexpression als isolierter negativer Faktor in Glioblastomen angesehen werden kann. Abschließend wurde in einem orthotopen, murinen Glioblastom-Modell der Einfluss einer pharmakologischen Pim1-Inhibiton auf das Tumorwachstum in vivo untersucht, um die zuvor erhobenen in vitro- und patientenbasierten Daten zu verifizieren. Für den spezifischen, ATP-kompetitiven Pim1-Inhibitor TCS konnte ein signifikant vermindertes Tumorwachstum gegenüber den Kontrolltieren nachgewiesen werden, wobei bei zwei von sechs Tieren zum Versuchsende im MRT kein Tumor mehr nachweisbar war. Für den als unspezifisch geltenden ATP-kompetitiven Pim-Inhibitor SGI1776 ergaben sich inkonsistente Ergebnisse, da einige Tiere einen Tumorregress zeigten, andere wiederum einen Tumorprogress. Im Mittel lag das Tumorwachstum jedoch auch für die mit SGI1776 behandelten Tiere signifikant unter dem Tumorwachstum der ausschließlich mit Dextrose behandelten Kontrolltiere. Insgesamt betrachtet zeigen die Ergebnisse dieser Studie eine wichtige Rolle der Kinase Pim1 in der Pathogenese von Glioblastomen. Pim1 könnte somit als potentielles Zielmolekül für die Glioblastom-Therapie von Bedeutung sein, insbesondere auch in Hinblick auf eine Kombinationstherapie mit EGFR-Kinaseinhibitoren, um das Überleben von Glioblastom-Patienten in Zukunft zu verbessern.
Bei dem hier durchgeführten tierexperimentellen Hepatokarzinogenese-Modell, bei welchem präneoplastische hepatozelluläre Veränderungen durch ein lokales Überangebot endogener Östrogene entstehen, wurden Ratten ovarektomiert und mechanisch zerkleinerte Ovarfragmente portal-embolisch in die rechte Leberhälfte transplantiert. Die lokale Hormonproduktion führt in Abhängigkeit von der Dauer zu hepatozellulären Präneoplasien in der unmittelbaren Transplantatumgebung. Zu dieser Entwicklung führt eine Überexpression von TGF-alpha, welche wiederum den EGFR stimuliert. Dessen Folge ist eine Proliferationsaktivierung der Hepatozyten. Eine selektive Blockierung des EGFR wäre ein möglicher Therapieansatz. Um zu untersuchen, welche Effekte diese Blockade auf die Progression im hormonellen Modell der Ratte zeigt, erfolgte die orale Applikation des intrazellulären Tyrosinkinaseinhibitors Gefitinib über 2 Wochen (20 mg/kg Körpergewicht) bzw. 3 Monate (10 mg/kg Körpergewicht) vor dem Töten der Tiere, welche 3 bzw. 12 Monate lebten, jeweils bei transplantierten und nicht transplantierten Tieren. Gefitinib blockiert die intrazelluläre Tyrosinkinase des EGFR, führt somit zu einer Unterbrechung der Signalkaskade der über TGF-alpha vermittelten Proliferationsaktivierung und induziert Apoptose sowie Zellzyklusarrest. Es sollte untersucht werden, inwieweit sich die Proliferationsrate in veränderten Arealen sowie die EGFR- und TGF-alpha-Expression durch die Gefitinibgabe beeinflussen lässt. Die Proliferationsaktivität der Herde und des extrafokalen Lebergewebes wurden mittels des BrdU-Labeling-Index nach intravitaler BrdU-Applikation und die Expressionsmuster von EGFR und TGF-alpha immunhistochemisch ermittelt. In allen Hauptgruppen entwickelten sich nach Transplantation Areale von präneoplastischen Hepatozytengruppen. Im Kurzzeit- wie auch im Langzeitexperiment ließ sich nach intraportaler Ovarfragmenttransplantation durch 2-wöchige höher-dosierte Gefitinibgabe eine Reduktion der Proliferationsaktivität in den präneoplastischen Herden erreichen (HG 1, 3 Monate ohne Gefitinib 29,79 % vs. HG 2, 3 Monate mit 2-wöchiger Gefitinibgabe 12,67 %; p= 0,001; HG 3, 12 Monate ohne Gefitinib 16,52 % vs. HG 4, 12 Monate mit 2-wöchiger Gefitinibgabe 8,73 %; p= 0,02). Die längere niedriger-dosierte Gefitinibgabe über 3 Monate führte im Langzeitexperiment nicht zu einer Reduktion der Proliferationsaktivität in den Herden (HG 1 16,52 % vs. HG 5, 12 Monate, 3 Monate niedrig-dosiert Gefitinib 13,55 %; p= 0,43). Ebenso zeigte sich keine Reduktion im Vergleich zu den kürzer höher-dosiert behandelten Tieren (HG 4 8,73 % vs. HG 5 13,55 %; p= 0,15). Die Ausprägung von EGFR und TGF-alpha war in den unbehandelten Gruppen höher und nahm mit Zunahme der Dauer der Gefitinibgabe ab, d.h. im Langzeitexperiment nach intraportaler Ovarfragmenttransplantation zeigte sich die höchste Ausprägung beider Proteine bei den unbehandelten Tieren, während die niedrigste bei den über 3 Monate behandelten zu verzeichnen war. Gefitinib kann also in frühen Stadien der Hepatokarzinogenese die Progression auf Ebene der präneoplastischen Herde hemmen. Dabei spielt der Signalweg des EGFR und seines Liganden TGF-alpha eine wichtige Rolle.
Das hepatozelluläre Karzinom stellt weltweit einen der am häufigsten auftretenden malignen Tumoren mit limitierten therapeutischen Optionen dar. Ein besseres Verständnis der Tumorigenese durch tierexperimentell gewonnene Erkenntnisse kann zur Entwicklung zielgerichteter Medikamente beitragen. Ein langjährig etabliertes Modell zur Erzeugung hepatozellulärer Karzinome im Tierexperiment ist die tägliche orale Gabe von N-Nitrosomorpholin (NNM). Die chemische Hepatokarzinogenese durch NNM führt abhängig von Dosis und Dauer in der Rattenleber zur Entstehung von Präneoplasien, hepatozellulären Adenomen und Karzinomen. Zu diesem Prozess trägt der Transforming Growth Factor alpha (TGF-alpha) über die Aktivierung des transmembranären Epidermal Growth Factor Rezeptors (EGFR) im Sinne einer Proliferationsaktivierung der Hepatozyten bei. In der vorliegenden Arbeit wurde die Methode der chemischen Hepatokarzinogenese in Kombination mit der oralen Gabe des Tyrosinkinaseinhibitors Gefitinib, der selektiv die intrazelluläre Tyrosinkinase des EGFR blockiert und somit zu einer Unterbrechung der Signalkaskade in der Zelle führt, angewandt. Die Tiere erhielten NNM über einen Zeitraum von entweder drei oder sechs Monaten. Es sollte überprüft werden, ob sich durch die parallele Applikation von Gefitinib über zwei Wochen oder drei Monate die Entwicklung von Präneoplasien, Adenomen und Karzinomen beeinflussen lässt. Es entwickelten sich in allen über drei Monate mit NNM behandelten Tieren klarzellige und auch gemischtzellige präneoplastische Leberherde. Die Gruppe, die gleichzeitig über drei Monate Gefitinib erhielt, entwickelte statistisch signifikant weniger präneoplastische Leberherde. Die Tiere der über sechs Monate mit NNM behandelten Gruppen wiesen neben klarzelligen und gemischtzelligen Herden auch basophile Präneoplasien sowie hepatozelluläre Adenome und Karzinome auf. Die Anzahl der hepatozellulären Adenome und Karzinome war in den Gruppen, die neben NNM über sechs Monate auch über drei Monate Gefitinib erhielten, statistisch signifikant geringer. Die ebenfalls statistisch signifikante geringere Proliferation in dieser Gruppe zeigt, dass sich die Progression einmal initiierter Herde verlangsamen lässt. Mit diesen Ergebnissen korrelierte bei den Gruppen beider Zeiträume die Verminderung der immunhistochemischen Expression von EGFR und TGF-alpha der Präneoplasien. Gleichzeitig beleuchtet diese Arbeit, dass TGF-alpha und EGFR in der Entstehung früher präneoplastischer Herde sowie späterer Adenome und Karzinome eine wichtige Rolle spielen.
Das Pankreaskarzinom hat mit einer durchschnittlichen Lebenserwartung von vier bis sechs Monaten nach der Diagnosestellung und einer 5-Jahres-Überlebensrate von lediglich 6 % eine extrem schlechte Prognose. Neben Umweltfaktoren beeinflussen verschiedene Mutationen (p53, Kras), die die Entstehung und Progression eines Pankreaskarzinoms. Aufgrund der geringen chirurgischen Möglichkeiten konzentriert sich die Behandlung auf chemotherapeutische, radiotherapeutische und alternative Maßnahmen. Einen großen Schwerpunkt in der Karzinombehandlung bildet dabei das Signalnetzwerk der EGF-Rezeptoren, die zelluläre Prozesse, wie Wachstum, Differenzierung, Zellmotilität und das Überleben der Zelle regulieren. Viele Therapeutika gegen das EGFR Signalnetzwerk befinden sich zurzeit in der klinischen Testphase, zeigten jedoch bisher nur marginale Überlebensvorteile für die behandelten Patienten. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, den therapeutischen Nutzen einer Anti-EGFR-Therapie bei der Tumorbehandlung näher zu bestimmen. In Zellkulturanalysen konnte nachgewiesen werden, dass auch bei Vorliegen einer Kras-Mutation die Signaltransduktion der EGF-Rezeptoren durch externe Wachstumsfaktoren zusätzlich aktiviert wird und einen Einfluss auf die Zellproliferation und Migration haben kann. In beiden Tiermodellen (p48+/cre; LSL-KrasG12D / p48+/cre; LSL-Trp53R172H/+; LSL-KrasG12D) kommt es zu endogenen pankreasspezifischen Veränderungen, die durch die Kras-Mutation hervorgerufen und durch die zusätzliche p53-Mutation verstärkt wurden. Die Analyse der Histologien zeigte eine Zunahme der Expressionsraten einzelner Rezeptoren und Liganden vom prämalignen Stadium zum Tumorgewebe. Die Expression der Rezeptoren korrelierte mit den Dysplasiegraden der Zellen in den duktalen Läsionen. Dabei wurden die Rezeptoren HER-1 und HER-2 nur zu Beginn der Tumorentstehung exprimiert, die Rezeptoren HER-3 und HER-4 überwiegend im späteren Verlauf der. Zusätzlich konnte nachgewiesen werden, dass einige der Läsionen durch Transdifferenzierung auch aus Inselzellen entstanden sind. Die hier gewonnenen Ergebnisse zeigen die Individualität einzelner Tumore die aus einem Gewebe entstehen und verdeutlichen die Notwendigkeit einer Protein-Expressionsanalyse vor Beginn einer Antitumorbehandlung. Dadurch können Therapeutika gegen das EGFR-System spezifischer eingesetzt, ihre Effizienzen erhöht, Nebenwirkungen reduziert werden und unnötige bzw. wirkungslose Therapien vermieden werden.