Die Bedeutung von Integrin α3 und Integrin αV für die Metastasierung des humanen Pankreaskarzinoms in vivo

Abstract

Das Pankreaskarzinom ist eine der aggressivsten Tumorentitäten, wobei das duktale Adenokarzinom (PDAC) der häufigste Typ ist. Die Überlebensprognose für Patient:innen mit einem diagnostizierten Pankreaskarzinom ist außerordentlich schlecht. Aufgrund fehlender oder unspezifischer Symptomatik ist der Zeitpunkt der Diagnose meist sehr spät und der Primärtumor des Pankreas hat bereits intraperitoneal metastasiert und/oder es haben sich Fernmetastasen in beispielsweise der Lunge oder der Leber ausgebildet. Insbesondere bei einer etablierten Peritonealkarzinose sind die therapeutischen Optionen äußerst begrenzt. E-und P-Selektin, welche sowohl auf der Oberfläche der Endothelzellen der Blutgefäße als auch auf der Oberfläche der Mesothelzellen des parietalen und viszeralen Peritoneums exprimiert werden, vermitteln den ersten Kontakt mit den PDAC-Zellen. Im darauffolgenden Schritt wird die Adhäsion durch Integrine gefestigt. Im Pankreaskarzinom sind fast alle Integrin-Untereinheiten im Vergleich zum Normalgewebe des Pankreas hochreguliert. Diese Arbeit konzentriert sich auf Integrin α3 (ITGA3) und Integrin αV (ITGAV), zwei Integrin-Untereinheiten, die für das Pankreaskarzinom relevant sind und bereits etablierte prognostische Marker für ein kürzeres Gesamtüberleben sind. Es wurde ein stabiler shRNA-vermittelter knockdown von ITGA3 in drei PDAC-Zelllinien generiert, ebenso von ITGAV in zwei PDAC-Zelllinien. Die ITGA3-Depletion führte in zwei der drei Xenograft-Modelle sowohl zu einem verlängerten Gesamtüberleben, einer Reduktion des Gesamtgewichts der Peritonealkarzinose-Tumormasse, als auch zu deren Verbreitung in der Peritonealhöhle und der Entstehung von malignem Aszites. RNA-Sequenzierungsdaten zeigten, dass es zu übereinstimmend hoch- beziehungsweise herunterregulierten Genen in den Peritonealkarzinosen der beiden PDAC-Zelllinien, die nach ITGA3-Depletion einen Überlebensvorteil zeigten, kam. Bemerkenswerterweise sind einige dieser Gene konkordant bei PDAC-Patient:innen reguliert. ITGA3 reguliert Gene, die für die Tumorprogression relevant sind, wie beispielsweise CEACAM6. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass ITGA3 an verschiedenen Schritten der intraperitonealen Metastasierungskaskade in vitro beteiligt war. Nach ITGA3-Depletion zeigte sich eine verringerte Fähigkeit zur Adhäsion, Proliferation, Invasion und Kolonieformation. Der ITGAV-knockdown führte zu einer starken Verringerung des Primärtumorwachstums, der Peritonealkarzinose und der spontanen Lungenmetastasierung. ITGAV aktiviert latentes TGF-β und fördert dadurch die epithelial-mesenchymale Transition. Der Synergismus aus ITGAV-Depletion der Tumorzellen und E- und P-Selektin-knockout der Mäuse hemmte die Entstehung von intraperitonealen Metastasen beinahe vollständig. Dementsprechend ist eine hohe Expression von ITGAV der PDAC-Zellen mit einer verringerten Lebenserwartung der Patient:innen verbunden. Sowohl ITGA3 als auch ITGAV sind signifikant an der Metastasierungskaskade des PDACs beteiligt und wirken sich nachteilig auf das Überleben sowie auf die Entstehung und Ausbreitung der Peritonealkarzinose aus. Beide Integrin-Untereinheiten stellen vielversprechende Targets für zukünftige therapeutische Ansätze dar.

Pancreatic carcinoma is one of the most aggressive tumor entities, with pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) being the most common type. The survival prognosis for patients diagnosed with pancreatic carcinoma is extremely unfavorable. Due to the symptoms being absent or unspecific, the time of diagnosis is usually at a very advanced stage and the primary pancreatic tumor has already metastasized intraperitoneally and/or distant metastases have developed in the lungs or liver, for example. E- and P-selectin, which are expressed on the surface of the endothelial cells of the blood vessels as well as on the surface of the mesothelial cells of the parietal and visceral peritoneum, mediate the first contact with the PDAC cells. Subsequently, adhesion is enhanced by integrins. In pancreatic cancer, almost all integrin subunits are upregulated compared to normal pancreatic tissue. This study focuses on integrin α3 (ITGA3) and integrin αV (ITGAV), two integrin subunits that are relevant for pancreatic cancer and are already established prognostic markers for decreased overall survival. Stable shRNA-mediated knockdown of ITGA3 was generated in three PDAC cell lines, as well as ITGAV in two PDAC cell lines. The knockdown of ITGA3 led to significantly improved overall survival due to reduced development of peritoneal carcinomatosis and decreased malignant ascites formation in two of three xenograft models. Overlapping gene expression data from patients and the two PDAC cell lines with survival benefit identified ITGA3 to be a regulator of genes relevant for tumour progression, e.g. CEACAM6. In addition, ITGA3 was found to be involved in different steps of peritoneal spread in vitro, as demonstrated by reduced adhesion, proliferation, invasion and colony forming potential due to ITGA3 knockdown. The knockdown of ITGAV in PDA cells strongly reduces primary tumor growth, peritoneal carcinomatosis and spontaneous pulmonary metastasis. ITGAV activates latent TGF-β and thereby drives epithelial-mesenchymal transition. Combined depletion of ITGAV on the tumor cells and E- and P-selectins in the tumor-host synergistically almost abolishes intraperitoneal spread. Accordingly, high expression of ITGAV in PDA cells was associated with reduced survival in patients. High expression levels of both ITGA3 and ITGAV in PDAC have a detrimental impact on survival and progression of peritoneal carcinomatosis. They are part of the leukocyte adhesion cascade and significantly involved in peritoneal metastasis of PDAC. Thus, these two integrin subunits represent promising targets for future therapeutic approaches.