Solar simulierte Strahlung und Progression des Plattenepithelkarzinoms: Die Rolle von miRNAs und TGF-β1

Abstract

Das kutane Plattenepithelkarzinom (cSCC) ist eine häufige Erkrankung in der hellhäutigen Bevölkerung. Der Hauptrisikofaktor für die Entwicklung eines cSCCs ist die Sonnenexposition, insbesondere der Anteil ultravioletter Strahlung (UV). Obwohl eine frühzeitige Erkennung von cSCCs die Prognose durch Entfernung des Tumors signifikant verbessern kann, weisen lokal fortgeschrittene oder metastasierte cSCCs eine deutlich schlechtere Prognose aufgrund begrenzter Therapiemöglichkeiten auf. Die Mechanismen, die der Progression zum metastatischen cSCC zugrunde liegen, sind weitgehend unbekannt. Unsere Hypothese ist, dass die Exposition gegenüber solar simulierter Strahlung (cSS) zusätzliche Veränderungen in bereits transformierten epithelialen cSCC-Zellen auslösen kann, die zur Progression des cSCCs beitragen könnten. Darüber hinaus glauben wir, dass cSS-induzierbare microRNAs (miRNAs) eine bedeutende Rolle bei diesem Prozess spielen. In dieser Studie konnten wir zeigen, dass eine chronische cSS-Bestrahlung (UVB+UVA+VIS+IRA) komplexe Veränderungen im miRNA-Muster von fünf verschiedenen cSCC-Zelllinien (Met-1, Met-4, SCC-12, SCC-13, SCL-II) verursachte. Diese Veränderungen waren entweder zelltypspezifisch und deuteten eine spezifische Strahlenantwort an oder waren ubiquitär vorhanden und wiesen auf konservierte Elemente in der zellulären Strahlenantwort hin. Ein Teil dieser Unterschiede konnte der Tumorheterogenität zugeschrieben werden, insbesondere Differenzen im p53-Mutationsstatus. p53-defiziente Zelllinien zeigten stärkere miRNA-Veränderungen, die wahrscheinlich auf eine erhöhte Strahlungssensitivität zurückzuführen sind. Eine ergänzende Untersuchung des miRNA-Musters im cSCC-Gewebe im Vergleich zu gesunden Probanden, zeigte eine Hochregulierung eines onkogenen 3-miRNA-Sets bei gleichzeitiger Herunterregulierung eines 13-miRNA-Sets, das mit Tumorsuppression und der UV-Strahlenantwort assoziiert ist. Eine übereinstimmende Herunterregulierung von miR-205-5p wurde sowohl nach Bestrahlung in Zelllinien als auch in Tumorgewebe beobachtet. Daher wurde die Funktion von miR-205-5p im cSCC in vitro durch den Knockdown von miR-205-5p in SCC-12 untersucht. Trotz einer effizienten und lang anhaltenden Herunterregulierung von miR-205-5p, wurde die Zielgenexpressionen nur transient 24 h nach der Transfektion verändert und die Expressionslevel normalisierten sich bereits nach 72 h. Diese Normalisierung der Genexpression ging mit einem Mangel an phänotypischen Veränderungen (Zellwachstum, Zellzyklus, Apoptose, Migration) in miR-205-5 Knockdown Zellen einher. Die Hochregulation von miR-200a-3p nach miR-205-5p-Knockdown lieferte einen ersten Hinweis darauf, dass die Funktion von miR-205-5p durch intrazelluläre Feedback-Loops gehemmt werden könnte. Insbesondere der miR-200/miR-205/ZEB1/ZEB2 Feedback-Loop und der damit verbundene Transforming Growth Factor β (TGF-β)-Signalweg rückten in den Fokus. Der Einfluss des TGF-β-Signalwegs auf zelluläre Prozesse wurde durch die Behandlung von SCC-12 mit rekombinantem TGF-β1 getestet und die Expression von EMT-Markern sowie das Migrations- und Invasionspotential untersucht. Die mesenchymalen Marker N-Cadherin und Vimentin waren nach TGF-β1-Behandlung signifikant hochreguliert, während der epitheliale Marker E-Cadherin eine reduzierte Expression aufwies. Auf zellulärer Ebene wurde dies von einer erhöhten Migration in einem Scratch-Assay sowie der erhöhten Migration und Invasion durch eine semipermeable Membran begleitet.Wir kamen daher zu dem Schluss, dass die Aktivierung des TGF-β-Signalwegs die Tumorprogression und Metastasierung durch Induktion der epithelial-mesenchymalen Transition (EMT) in bereits transformierten cSCCs in vitro fördert. Eine vermutete autokrine oder parakrine Induktion des TGF-β-Signalwegs durch chronische Bestrahlung von SCC-12 und Fibroblasten konnte nicht bestätigt werden. Zusammen mit Daten aus der Literatur scheint es, dass akute oder chronische Bestrahlung in vitro die TGF-β-Signaltransduktionskaskade nicht verändert oder sogar blockiert. Während des Photoagings der Haut ist jedoch ein Switch zur Aktivierung des TGF-β-Pathways beschrieben. Zur Verifizierung eines Modells strahlungsinduzierter Veränderungen im Zuge der Hautalterung sollte dieser Switch im Mausmodell in zukünftigen Studien nachgewiesen werden. Zusammenfassend liefern die gewonnenen Daten Einblicke in das komplexe Zusammenspiel von cSS-Strahlung, miRNAs und dazugehörigen Signalwegen sowie der Tumorprogression.