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- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-248644
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.24864
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 1 July 2013 |
| Referee: | Prof. Dr. Stephan Schneuwly and Prof. Dr. Anja-Katrin Boßerhoff |
| Date of exam: | 24 May 2012 |
| Institutions: | Medicine > Lehrstuhl für Pathologie |
| Keywords: | Melanom, Metastasierung, Grm1, Mausmodell, MIA, BMP6, Verfettung, melanoma |
| Dewey Decimal Classification: | 500 Science > 570 Life sciences 600 Technology > 610 Medical sciences Medicine |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 24864 |
Abstract (German)
Das Grm1-transgene Mausmodell (Tg(Grm1)EPv) zeichnet sich durch die spontane Entstehung von malignen Melanomen an den unbehaarten Hautregionen mit 100% Penetranz aus. Es eignet sich daher besonders gut, um den Einfluss bestimmter Faktoren auf die frühe Entstehung des malignen Melanoms aus prä-malignen Vorstufen zu untersuchen. Anhand dieses Mausmodells wurden in der vorliegenden Arbeit die Rolle ...
Abstract (German)
Das Grm1-transgene Mausmodell (Tg(Grm1)EPv) zeichnet sich durch die spontane Entstehung von malignen Melanomen an den unbehaarten Hautregionen mit 100% Penetranz aus. Es eignet sich daher besonders gut, um den Einfluss bestimmter Faktoren auf die frühe Entstehung des malignen Melanoms aus prä-malignen Vorstufen zu untersuchen. Anhand dieses Mausmodells wurden in der vorliegenden Arbeit die Rolle von MIA, BMP6 und von Verfettung auf die Entstehung und Progression des Melanoms untersucht.
Im Rahmen der durchgeführten Arbeiten erfolgte eine intensive Beobachtung und Charakterisierung der Grm1-transgenen Mäuse. Bisher wurden bei diesem Mausmodell lokale Metastasen im umgebenden Muskelgewebe sowie in den nahen Lymphknoten, jedoch keine Fernmetastasierung beschrieben. In dieser Arbeit konnten zum ersten Mal disseminierte Melanomzellen in peripheren Organen wie Milz, Lunge und Leber nachgewiesen werden. Hierfür wurde ein sensitiver immunhistochemischer Nachweis etabliert. Die Mehrzahl der disseminierten Melanomzellen wies dabei einen stark dedifferenzierten Phänotyp auf. Des Weiteren konnten bereits in sehr frühen Stadien disseminierte Melanomzellen im Knochenmark nachgewiesen werden. Es konnte somit gezeigt werden, dass es beim Tg(Grm1)EPv-Mausmodell, entgegen der bisherigen Befunde, zur Fernmetastasierung kommt. Zudem konnte aus der Haut von Grm1-Mäusen eine stark dedifferenzierte immortale Zelllinie melanozytären Ursprungs generiert werden, welche nach der weiteren Charakterisierung ein interessantes Zellkulturmodell für künftige Studien am Melanom darstellen wird.
Es ist bekannt, dass MIA (melanoma inhibitory activity) im Melanom überexprimiert vorliegt und die Metastasierung von Melanomzellen und damit die Tumorprogression fördert. Weitere Daten weisen eindeutig darauf hin, dass MIA auch in der frühen Melanomentstehung eine Rolle spielt. Dieser Aspekt wurde im ersten Teilabschnitt der vorliegenden Arbeit untersucht. Im Vergleich zur Kontrollgruppe wiesen MIA-defiziente Grm1-Mäuse ein deutlich verfrühtes Melanomwachstum auf. Weitere Analysen an humanen Melanozyten (NHEM) zeigten, dass dieser Effekt vermutlich auf Onkogen-induzierte Seneszenz (OIS) zurückzuführen war. Dabei konnte gezeigt werden, dass die MIA-Expression in NHEM mit Seneszenz korreliert. Durch die Herabregulation von MIA wurde der Anteil an seneszenten Zellen sowie die Expression des Zellzyklus-Inhibitors p21/CIP1 signifikant verringert, gleichzeitig wurde die Proliferationsaktivität deutlich erhöht. In der Melanomzelllinie HMB2 konnte eine seneszente Population nachgewiesen werden, diese war in MIA-defizienten HMB2-MIA5 Zellen nicht mehr detektierbar. Diese Daten zeigen, dass MIA in den Mechanismus der Seneszenz involviert ist. In der frühen Melanomentstehung wirkt MIA eher antiproliferativ, im Zuge der Tumorprogression wird die MIA-induzierte Seneszenz durch bislang unbekannte Mechanismen inhibiert. Zudem konnte durch diese Analysen auch in vivo bestätigt werden, dass MIA die Metastasierung von Melanomzellen fördert.
BMPs spielen in zahlreichen Tumorarten eine bedeutende Rolle, im Melanom konnte dies bereits für die BMPs 2, 4 und 7 gezeigt werden. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde die Rolle von BMP6 in der Entstehung und Progression des malignen Melanoms analysiert. Expressionsanalysen zeigten eine verstärkte Expression von BMP6 in humanen Melanomzelllinien und humanen Geweben im Vergleich zu NHEM und Normalhaut. Auch in humanen Nävusproben konnte keine BMP6-Expression detektiert werden. In vivo wiesen BMP6-defiziente Grm1-Mäuse, im Vergleich zur Kontrollgruppe, ein extrem verzögertes Melanomwachstum auf. Auf die nähere und periphere Metastasierung hatte BMP6 jedoch keinen Einfluss. Durch in vitro Untersuchungen konnte bestätigt werden, dass BMP6 keinen Einfluss auf Proliferation, Migration und das Matrix-unabhängige Wachstum von humanen Melanomzelllinien hat. Auf normalen Melanozyten zeigte BMP6 jedoch eine dedifferenzierende Wirkung. Expressionsanalysen zeigten eine deutliche BMP6-Expression in dedifferenzierten Melanoblasten-ähnlichen Zellen, im Vergleich zu NHEM. Insgesamt konnte zum ersten Mal in vitro und in vivo gezeigt werden, dass BMP6 im Melanom verstärkt exprimiert und an der frühen Melanomentstehung wesentlich beteiligt ist.
Es ist inzwischen bekannt, dass ein erhöhter Körperfettanteil die Entstehung von zahlreichen malignen Tumoren fördert. Auch für das maligne Melanom gibt es darauf epidemiologische Hinweise. Dieser Aspekt wurde im dritten Teil der vorliegenden Arbeit anhand des Grm1-transgenen Mausmodells untersucht. Dabei wiesen Grm1-trangene Mäuse bei erhöhter Leber- und Körperverfettung ein signifikant früheres Tumor-onset sowie eine deutlich verstärkte Tumorprogression auf. Zudem konnten sowohl in der Lunge als auch in der Leber signifikant mehr metastasierte Melanomzellen nachgewiesen werden. Die Anzahl der disseminierten Melanomzellen in der Leber korrelierte dabei mit der Stärke der Leberverfettung und der Fibrose. Mit diesen Daten konnte zum ersten Mal in vivo gezeigt werden, dass die Melanomentstehung bei einer bestehenden genetischen Prädisposition durch Verfettung signifikant beschleunigt wird. Des Weiteren wurde die Metastasierungsrate durch die bestehende Verfettung massiv erhöht, was einen entscheidenden Aspekt für eine erfolgreiche Melanomtherapie darstellt.
Translation of the abstract (English)
The murine Grm1-transgenic melanoma model (Tg(Grm1)EPv) is characterized by spontaneous development of malignant melanomas at the hairless skin regions with 100 % penetrance. Hence, this model is suitable to investigate questions on early melanoma formation and progression from pre-malignant lesions. Here, the Grm1-transgenic mouse model was used to clarify the role of MIA, BMP6 and of obesity in ...
Translation of the abstract (English)
The murine Grm1-transgenic melanoma model (Tg(Grm1)EPv) is characterized by spontaneous development of malignant melanomas at the hairless skin regions with 100 % penetrance. Hence, this model is suitable to investigate questions on early melanoma formation and progression from pre-malignant lesions. Here, the Grm1-transgenic mouse model was used to clarify the role of MIA, BMP6 and of obesity in melanoma development and progression.
Until now, the Grm1-transgenic mouse model was described to develop local metastases into regional lymph nodes and, in some cases, into the environmental muscle tissue. However, distant metastases have not been detected so far. Interestingly, we could demonstrate for the first time that Grm1 mice exhibit disseminated melanoma cells in distant organs as well, e.g. in the spleen, lung and liver. To detect metastatic melanoma cells, a specific immunohistochemical staining was established. Our analyses showed that the majority of disseminated melanoma cells revealed a dedifferentiated phenotype. We further detected disseminated melanoma cells within the bone marrow even at early tumor stages. In contrast to previous findings, these data clearly demonstrate that Tg(Grm1)EPv mice develop metastases into distant organs. Furher, an immortal melanocytic cell line could be established from the skin of newborn Grm1-transgenic mice. After further characterization, this cell line will represent an interesting new tool for melanoma investigation.
It is known that the MIA protein (melanoma inhibitory activity) is strongly expressed in malignant melanoma and plays an important role in tumor metastasis. Further data hint at an impact of MIA in early tumor formation as well. This aspect was analyzed in the first part of the thesis. Compared to the controls, MIA-deficient Grm1 animals revealed an accelerated tumor growth. Further analyses on human melanocytes (NHEM) suggested that this effect was due to oncogene-induced senescence (OIS). We could show that MIA expression was associated with senescence of NHEM and knockdown of MIA expression decreased the number of senescent cells as well as the expression of p21/CIP1. Concomitantly, cell proliferation was induced. Furthermore, a senescent cell population was detected in the HMB2 melanoma cell line. In contrast, MIA-deficient HMB2 cells completely lacked senescence. These data show that MIA plays a role in cellular senescence: induction of MIA expression reduces proliferation in the early steps of tumorigenesis. During tumor progression this effect is diminished through still unknown mechanisms. Furthermore, our analyses confirmed for the first time that MIA promotes melanoma metastasis in vivo.
BMPs are known to play an important role in several tumor types, as recently shown for BMP2, 4 and 7 in melanoma. The role of BMP6 in the development and progression of malignant melanoma was analyzed in the second part of this thesis. BMP6 was overexpressed in all human melanoma cell lines and the majority of human melanoma tissues, compared to NHEM and normal skin. Human benign nevi revealed no BMP6 expression. In vivo analyses showed that BMP6-deficient Grm1 mice exhibit an extremely decelerated initiation of melanoma growth, compared to control animals. Regarding proximal or distant metastasis, no differences were detected. Further analyses showed no effects of BMP6 on proliferation, migration and anchorage-independent growth of melanoma cells in vitro. However, BMP6 promoted dedifferentiation of normal human melanocytes. Dedifferentiated melanoblast-related cells revealed an increased BMP6 expression compared to the parental NHEM. In summary, these data demonstrate for the first time that BMP6 is overexpressed in melanoma and involved in early tumorigenesis.
Obesity is known to play a significant role in the development of numerous malignant tumor types. Epidemiological studies suggest that this might also be the case for melanoma. This aspect was analyzed in the third part of the thesis. Fatty degeneration of the liver and an increased proportion of adipose tissue accelerated melanoma formation and progression of Grm1-transgenic mice significantly. Further, melanoma metastasis into the lung and the liver was increased compared to control animals. The number of metastatic melanoma cells within the liver correlated with the intensity of fatty degeneration of the liver and with liver fibrosis. These results show for the first time that fatty degeneration of the liver and increased body fat accelerates melanoma formation and metastasis in vivo. Thus, these data represent crucial aspects for effective melanoma therapy.
Metadata last modified: 26 Nov 2020 04:37
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