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- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-opus-9557
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.10728
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 8 April 2008 |
| Referee: | Rainer (Prof. Dr.) Deutzmann |
| Date of exam: | 27 February 2008 |
| Institutions: | Biology, Preclinical Medicine > Institut für Biochemie, Genetik und Mikrobiologie > Lehrstuhl für Biochemie I > Prof. Dr. Rainer Deutzmann |
| Keywords: | Kupffer-Sternzelle , Stroma , Leberzellkrebs , Carcinogenese , Glucosetransportproteine , Genregulation , Protein MIA , Fibroblastenwachstumsfaktor , HCC , aktivierte hepatische Sternzelle , Hepatokanzerogenese , Leberkarzinom , Tumorstroma , liver , cirrhosis , fibrosis , hepatocancerogenesis , activated hepatic stellate cell |
| Dewey Decimal Classification: | 600 Technology > 610 Medical sciences Medicine |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 10728 |
Abstract (German)
Das hepatozelluläre Karzinom (HCC) ist einer der häufigsten malignen Tumoren weltweit mit weiterhin steigender Inzidenz. Die Prognose des HCC ist außerordentlich schlecht, da bisher keine effektiven Therapieansätze existieren und das Tumorstadium zum Zeitpunkt der Diagnose meist schon weit fortgeschritten ist. Die Leberzirrhose stellt den Hauptrisikofaktor für die HCC-Entstehung dar. Diese ...
Abstract (German)
Das hepatozelluläre Karzinom (HCC) ist einer der häufigsten malignen Tumoren weltweit mit weiterhin steigender Inzidenz. Die Prognose des HCC ist außerordentlich schlecht, da bisher keine effektiven Therapieansätze existieren und das Tumorstadium zum Zeitpunkt der Diagnose meist schon weit fortgeschritten ist.
Die Leberzirrhose stellt den Hauptrisikofaktor für die HCC-Entstehung dar. Diese entsteht auf dem Boden einer chronischen Leberschädigung durch progredienten fibrotischen Umbau des Lebergewebes. Durch die exzessive Produktion und Deposition extrazellulärer Matrixproteine spielen hierbei aktivierte hepatische Sternzellen (HSZ) eine zentrale Rolle. Zudem bilden und durchsetzen sie auch das HCC-Stroma und sezernieren verschiedene prokanzerogene Faktoren.
Zentrales Ziel dieser Arbeit war es daher, die Interaktion zwischen aktivierten HSZ und HCC-Zellen zu analysieren. Dabei konnte gezeigt werden, dass aktivierte HSZ das Wachstum, die Apoptoseresistenz, die Migration und die Invasivität von HCC-Zellen in vivo und in vitro fördern. Als potentielle Mechanismen wurde eine durch aktivierte HSZ induzierte Aktivierung von Erk1/2 und NFkappaB in HCC-Zellen identifiziert. Beide Signalkaskaden spielen eine wichtige Rolle in der HCC-Entstehung und -Progression. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Interaktion von aktivierten HSZ mit HCC-Zellen und die bei dieser Interaktion relevanten Mediatoren ein innovatives Target für die HCC-Therapie darstellen könnten.
Ferner wurden in der vorliegenden Arbeit drei Moleküle analysiert, von denen wir, basierend auf Vorarbeiten unserer Arbeitsgruppe, annahmen, dass sie bei der Interaktion von aktivierten HSZ und HCC-Zellen eine wichtige (pathophysiologische) Rolle spielen.
Zum einen wurde die Regulation und Wirkung des Proteins Melanoma Inhibitory Activity 2 (MIA2) im HCC analysiert. Es konnte nachgewiesen werden, dass eine reduzierte MIA2 Expression im HCC durch den Verlust der HNF-1 Expression induziert wird. Zudem zeigten HCC-Zellen, die stabil mit MIA2 transfiziert wurden, sowohl in vitro als auch in vivo inhibiertes Wachstum und Invasivität, was darauf hinweist, dass MIA2 im HCC einen Tumorsuppressor darstellt. Auch durch Gabe von rekombinantem MIA2 Protein konnte die Tumorigenität von HCC-Zellen inhibiert werden, was eine potentielle therapeutische Anwendung von MIA2 anzeigt. Für weiterführende Studien der (patho-)physiologischen Wirkung von MIA2 konnten zudem Grundlagen für die Generierung einer konditionellen MIA2 Knockdown Maus durch RNA Interferenz und einer konstitutiven MIA2 Knockout Maus durch homologe Rekombination geschaffen werden.
Ferner wurde die Expression und Funktion des Fibroblast Growth Factor Receptor 2-IIIb (FGFR2-IIIb) im HCC analysiert. Dieser Rezeptor wird in der Leber spezifisch von Hepatozyten exprimiert und fördert die Proliferation von Hepatozyten und die Leberregeneration. Interessanterweise wird der spezifische Ligand Keratinocyte Growth Factor (KGF), der exklusiv am FGFR2-IIIb bindet, im Verlauf der Leberschädigung von aktivierten HSZ de novo exprimiert. Es konnte gezeigt werden, dass die FGFR2-IIIb Expression im HCC vermindert oder verloren ist und dieser Verlust in humanen HCC-Proben mit einer erhöhten Tumorigenität assoziiert ist. Durch eine Re-Expression des Rezeptors in HCC-Zellen wurde die Tumorigenität von HCC-Zellen in vitro und in vivo gehemmt. Dieses Ergebnis ist von großer Bedeutung, da für KGF mehrere potentielle therapeutische Anwendungsmöglichkeiten bestehen, u.a. zur Unterstützung der Leber¬regeneration bei chronischen Lebererkrankungen. Da KGF ausschließlich an FGFR2-IIIb bindet, war es wichtig auszuschließen, dass KGF über FGFR2-IIIb auch prokanzerogene Wirkung zeigt.
Weiterhin wurde die Expression und Funktion des Glukosetransporters GLUT1 im HCC analysiert, der die Glukoseaufnahme in Tumorzellen beeinflusst. Es konnte sowohl in HCC-Zellen und auch in humanem HCC-Gewebe eine vermehrte GLUT1 Expression nachgewiesen werden. Diese korrelierte in humanem HCC-Gewebe mit erhöhter Proliferation und Invasivität der HCC-Zellen. Durch Inhibierung der GLUT1 Expression in HCC-Zellen in vitro wurde dagegen deren Proliferation und Migration gehemmt. Ferner ging durch Inhibierung der GLUT1 Expression in HCC-Zellen auch deren Laktatproduktion zurück. Zusammenfassend wiesen diese Ergebnisse darauf hin, dass GLUT1 durch Steigerung der anaeroben Glykolyse in HCC-Zellen deren Tumorigenität fördert. Die Inhibierung von GLUT1 könnte somit im HCC einen innovativen therapeutischen Ansatz darstellen.
Zusammenfassend konnten in dieser Arbeit wesentlich neue Erkenntnisse zur Bedeutung von aktivierten HSZ für die HCC-Entstehung und -Progression gewonnen werden. So gelang es, wichtige Hinweise für potentielle innovative therapeutische Ansätze zu gewinnen. Zudem könnten MIA2, FGFR2-IIIb oder GLUT1 auch als prognostische Marker für die Progession dieses hochmalignen Tumors eingesetzt werden.
Translation of the abstract (English)
Hepatocellular carcinoma (HCC) is one of the most malignant tumors worldwide with an increasing incidence. Since there is a lack of effective therapeutic strategies and the majority of patients is diagnosed at an advanced stage the HCC prognosis remains poor. The presence of liver cirrhosis is the main risk factor for the development of HCC. Activated hepatic stellate cells (HSC) are the ...
Translation of the abstract (English)
Hepatocellular carcinoma (HCC) is one of the most malignant tumors worldwide with an increasing incidence. Since there is a lack of effective therapeutic strategies and the majority of patients is diagnosed at an advanced stage the HCC prognosis remains poor.
The presence of liver cirrhosis is the main risk factor for the development of HCC. Activated hepatic stellate cells (HSC) are the effector cells of hepatic fibrosis. Following hepatic injury, HSC undergo an activation process and transform to an activated, myofibroblast-like phenotype. They are responsible for the excessive hepatic matrix deposition and their activation is recognized as central event in the development of hepatic fibrosis and lastly, cirrhosis. Activated HSC are also located in the tumor stroma and produce different protumorigenic factors. So far the importance of activated HSC for HCC progression was widely unknown.
Therefore, the central aim of the study was to analyze the interaction between activated HSC and HCC cells. It could be shown that activated HSC induce proliferation and resistance to apoptosis in HCC cells. Further, they promote migration of HCC cells in vitro and their invasive growth in vivo. These tumorigenic effects may be caused by induced NFkappaB and ERK activation since both signaling cascades are known to play a central role in HCC development and progression. The interaction between activated HSC and HCC cells and the relevant mediators may be an interesting target for HCC therapy.
Based on previous studies of our group we analyzed three molecules and (molecular) mechanisms, respectively, relevant for the interaction between activated HSC and HCC cells.
First we examined the regulation and functional role of melanoma inhibitory activity 2 (MIA2) in hepatocancerogenesis. MIA2 is specifically expressed by hepatocytes and activated HSC can induce an enhanced MIA2 expression during chronic liver injury. In HCC we found a reduced MIA2 expression caused by the loss of HNF-1 expression. By stable transfection MIA2 was re-expressed in HCC cell lines, and the generated cell clones revealed a strongly reduced invasive potential and proliferation rate in vitro and in vivo. Our findings indicate that MIA2 is a candidate tumor-suppressor in HCC. In line with these findings treatment of HCC cells with recombinant MIA2 inhibited tumorigenesis indicating a therapeutic potential of MIA2. For further in vivo studies we established a basis for generation of a conditional MIA2 knockdown mouse by RNA interference and a constitutive MIA2 knockout mouse by homolog recombination.
Further, we analyzed the expression and function of fibroblast growth factor receptor 2 isoform b (FGFR2-IIIb) in HCC. FGFR2-IIIb is highly expressed in hepatocytes and has been shown to play an important role in liver homeostasis and regeneration. Interestingly the specific ligand keratinocyte growth factor (KGF) is de novo expressed by activated HSC in chronic liver disease. In HCC tissues and cell lines FGFR2-IIIb expression was lost or lower than in primary human hepatocytes and corresponding non-tumorous tissue, respectively. The decreased expression or loss of FGFR2-IIIb correlated significantly with more advanced tumor stages. FGFR2-IIIb re-expression in stable transfected HCC cells inhibited tumorigenesis of HCC cells in vitro and in vivo. In terms of therapeutic treatment this result is important since KGF could support liver regeneration during chronic liver disease. Since KGF uses FGFR2-IIIb as its sole receptor, it was important to exclude a protumorigenic effect of KGF on FGFR2-IIIb expressing HCC cells.
Further, we analyzed the expression and function of glucose transporter 1 (GLUT1) in HCC. GLUT1 affects the glucose uptake in tumor cells. Interestingly, it could be shown that activated HSC induce the expression of GLUT1 and several enzymes of anaerobic glycolysis. In HCC tissues and cell lines GLUT1 expression was significantly higher than in primary human hepatocytes and corresponding non-tumorous tissue, respectively. The increase in GLUT1 expression correlated with enhanced proliferation and invasion of HCC cells. Conversely, suppression of GLUT1 in HCC cells by siRNA induced a significantly reduced proliferative and migratory potential in vitro. Furthermore, inhibition of GLUT1 expression inhibited lactate secretion. In summary, GLUT1 expression in HCC cells functionally affects tumorigenicity of HCC cells via induction of anaerobic glycolysis. The inhibition of GLUT1 may be an innovative therapeutic target for this highly aggressive tumor.
In summary, this work provides essential new insights for the importance of activated HSC in hepatocancerogenesis and HCC progression. Important information could be obtained regarding potential innovative therapies. Further, these findings indicate MIA2, FGFR2-IIIb or GLUT1 as prognostic markers for this highly aggressive tumor.
Metadata last modified: 26 Nov 2020 12:30
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