Der Einfluss von Integrin β4 auf die Metastasierung des humanen Magenkarzinoms im Xenograftmodell

Abstract

Die ausgedehnte peritoneale Metastasierung stellt oft die Todesursache bei einer Reihe von Malignomen wie Pankreas-, Ovarial- und Magenkarzinomen dar. Das Ziel dieser Arbeit war es, ein besseres Verständnis für die molekularen Mechanismen der peritonealen Metastasierung und speziell des Magenkarzinoms zu erlangen. Wesentliche Schritte dieser Metastasierung sind die Adhäsion der Tumorzellen an die luminale Oberfläche des Mesothels und dessen Durchwanderung in das darunter gelegene Bindegewebe. Dabei nutzen die Tumorzellen ähnlich den Leukozyten auf ihrem Weg in entzündete Gewebe Selektine und Integrine, um an das Mesothel anzuheften. Da die vermehrte Expression von Integrin b4 bei einigen Tumorentitäten mit einer schlechteren Prognose assoziiert ist, wurden humane Magenkarzinomzellen (GC5830), welche Integrin b4 entweder normal (LUC) oder nach Depletion nur noch in geringen Maßen (ITGB4 k.d.) exprimierten, neben severe combined immunodeficient (SCID) auch in E- und P-Selektin defizienten (SCID-select) Mäuse intraperitoneal inokuliert. Der Tierversuch zeigte widererwartend, dass der alleinige ITGB4 k.d. zu einer ausgeprägteren peritonealen Metastasierung führte als bei den LUC Zellen. Bestätigt werden konnte hingegeben die Beobachtung, dass die E- und P-Selektin-Defizienz auch bei den GC5830 zu einer signifikanten Reduzierung der peritonealen Metastasierung führte. Bei der Kombination aus ITGB4 k.d. und Selektin-Defizienz kam es offenbar zu einem additiven Effekt, was sich im signifikant niedrigsten peritonealen Karzinose-Index (PCI) Score aller Vergleichsgruppe äußerte. Zwar zeigten die ITGB4 k.d. Zellen in den in vitro Versuchen eine tendenziell stärkere Adhärenz im Flussversuch und eine höhere Proliferationsrate, doch waren die Unterschiede für eine mögliche Erklärung der in vivo Beobachtung zu gering. Im colony forming assay hingegen bildeten die ITGB4 k.d. Zellen im Matrigel wesentlich mehr sogenannte Sphäroide. Die Zellen in solchen kugelförmigen Tumorzell-Ansammlungen zeigen aufgrund parakriner Stimulation eine gesenkte Apoptoserate und durch erhöhte Expression von Adhäsionsmolekülen wie dem CD44 bessere Adhäsionseigenschaften, was in Kombination zur stärken peritonealen Metastasierung bei den SCID Mäusen geführt haben könnte. Trotz diesen Vorteiles konnten die ITGB4 k.d. Zellen den Selektin-Knockout der SCID-select Mäuse nicht ausgleichen, was die Wichtigkeit sowohl von Selektinen, aber auch von Integrinen in der Leukozytenadhäsionskaskade unterstreicht und sie als mögliche Targets künftige Krebstherapien interessant macht.

Extensive peritoneal metastasis is often the cause of death in a range of malignancies such as pancreatic, ovarian, and gastric cancers. The aim of this work was to gain a better understanding of the molecular mechanics of peritoneal metastasis, and in particular of gastric carcinoma. Essential steps of this metastasis are the adhesion of the tumor cells to the luminal surface of the mesothelium and its migration into the underlying connective tissue. Like the leukocytes, tumor cells use selectins and integrins to attach to the mesothelium on their way into inflamed tissue. Since the increased expression of integrin b4 in some tumor entities is associated with a poorer prognosis, human gastric carcinoma cells (GC5830), which express integrin b4 either normal (LUC) or after depletion only to a small extent (ITGB4 k.d.), were inoculated in addition to severe combined immunodeficient (SCID) also in E- and Pselectin deficient (SCID-select) mice intraperitoneally. The animal experiment showed, contrary to expectations, that the sole ITGB4 k.d. resulted in a more pronounced peritoneal metastasis than in the LUC cells. The observation that E- and P-selectin deficiency also led to a significant reduction in peritoneal metastases in the GC5830 was confirmed. In the combination of ITGB4 k.d. and selectin deficiency, it appeared to have an additive effect, which was expressed in the significantly lowest peritoneal carcinomatosis index (PCI) score of all comparison groups. Although the ITGB4 k.d. cells in the in vitro experiments tended to have a stronger adherence in the adhesion assay and a higher proliferation rate, but the differences were too small for a possible explanation of the in vivo observation. In the colony forming assay, on the other hand, the ITGB4 k.d. cells in Matrigel formed essentially more so-called spheroids. The cells in such spherical tumor cell clusters show reduced apoptosis due to paracrine stimulation and better adhesion properties through increased expression of adhesion molecules such as CD44, which in combination could have resulted in enhanced peritoneal metastasis in the SCID mice. Despite this advantage, the ITGB4 k.d. cells do not outbalance the selectin knockout of SCID-select mice, underscoring the importance of both selectins and integrins in the leukocyte adhesion cascade and making them attractive targets for future cancer therapies.