![[img]](https://epub.uni-regensburg.de/style/images/fileicons/application_pdf.png) | Lizenz: Creative Commons Namensnennung 4.0 International (34MB) |
- URN zum Zitieren dieses Dokuments:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-542362
- DOI zum Zitieren dieses Dokuments:
- 10.5283/epub.54236
| Dokumentenart: | Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation) |
|---|---|
| Open Access Art: | Primärpublikation |
| Datum: | 26 Juni 2023 |
| Begutachter (Erstgutachter): | Prof. Dr. Richard Bauer und Prof. Dr. Susanne Grässel |
| Tag der Prüfung: | 3 März 2023 |
| Institutionen: | Medizin > Lehrstuhl für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie |
| Stichwörter / Keywords: | Kopf-Hals-Tumor, Plattenepithelkarzinom, HNSCC, Stammzellen, mesenchymal, MSC, hMSC, BMSC, Matrixmetalloprotease, MMP-9, MMP-2, ALP, Runx2, 3D |
| Dewey-Dezimal-Klassifikation: | 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 610 Medizin |
| Status: | Veröffentlicht |
| Begutachtet: | Ja, diese Version wurde begutachtet |
| An der Universität Regensburg entstanden: | Ja |
| Dokumenten-ID: | 54236 |
Zusammenfassung (Deutsch)
Plattenepithelkarzinome stellen die häufigste Malignität im Kopf- und Halsbereich dar (engl.: head and neck squamous cell carcinomas, HNSCCs). Trotz Intensivierung von Forschung und Entwicklung an erweiterten und neuen Therapieansätzen hat sich die Überlebensprognose von Patienten mit Kopf-Hals-Tumoren, vorwiegend in fortgeschrittenen Stadien, bisher nicht wesentlich verbessert. Die ...
Zusammenfassung (Deutsch)
Plattenepithelkarzinome stellen die häufigste Malignität im Kopf- und Halsbereich dar (engl.: head and neck squamous cell carcinomas, HNSCCs). Trotz Intensivierung von Forschung und Entwicklung an erweiterten und neuen Therapieansätzen hat sich die Überlebensprognose von Patienten mit Kopf-Hals-Tumoren, vorwiegend in fortgeschrittenen Stadien, bisher nicht wesentlich verbessert. Die Metastasierung ins Knochengewebe stellt einen der häufigsten Metastasierungsorte in allen HNSCC-Patienten dar und geht mit einer besonders schlechten Prognose einher. Hier wird die Dringlichkeit deutlich, grundlegende Interaktionen von Zellen im Tumornetzwerk weiter aufzuklären und zu verstehen. Bis heute ist noch nicht vollständig geklärt, wie Tumorzellen ihre Umgebung beeinflussen und welche Interaktionen zwischen Tumorzellen und der Tumormikroumgebung das Tumorwachstum begünstigen. Vor allen in weiter fortgeschrittenen Stadien konnten unter anderem mesenchymale Stammzellen aus dem Knochenmark (engl.: bone marrow-derived mesenchymal stem cells, BMSCs) im Tumorgewebe von HNSCC-Patienten nachgewiesen werden.
Ziel dieser Arbeit war es, die Auswirkung der Wechselwirkung zwischen HNSCC-Zellen und BMSCs auf Matrixmetalloprotease-9 (MMP-9) Expression und Funktion weiter aufzuklären. Diesen Stammzellen werden sowohl tumorhemmende als auch tumorprogressive Eigenschaften zugeschrieben. Ihre Auswirkung auf Tumorzellen und die Tumormikroumgebung ist bis heute jedoch nicht eindeutig geklärt und wird in der Literatur kontrovers diskutiert. Die aktuellen Forschungsergebnisse bieten derzeit überwiegend Hinweise auf die Förderung aggressiver Tumoreigenschaften durch die Infiltration mesenchymaler Stammzellen.
Aus der Arbeitsgruppe war bekannt, dass es bei Co-Kultivierung von BMSCs und HNSCC-Zellen in 3D-Zellkultur zu einer erhöhten Gen- und Proteinexpression der osteogenen Differenzierungsmarker Runt-verwandte Transkriptionsfaktor 2 (Runx2) und Alkalische Phosphatase (ALP) kam. Neben der osteogenen Differenzierung konnten sowohl Runx2 als auch ALP eine Beeinflussung der epitheliale-mesenchymale Transition (EMT), Invasion und Metastasierung von Tumoren zugeschrieben werden. In dieser Arbeit wurde die Rolle von ALP bei der Ausbreitung von co-kultivierten Sphäroiden untersucht. Um eine möglichst realitätsnahe Wachstums- und Versorgungsumgebung zu ermöglichen, stand besonders die 3D-Kultivierung der untersuchten Zellen nach der sogenannten Hanging Drop-Methode, neben einer 2D-Kultivierung adhärenter Zellen, im Vordergrund. Es konnte gezeigt werden, dass ALP das Ausbreitungsverhalten von HNSCC-Zellen begünstigt, da die Inhibition von ALP die Ausbreitung von Co-Kultur Sphäroiden auf Basallamina-ähnlichem Matrigel® hemmte.
Daten der Arbeitsgruppe konnten zudem eine erhöhte Expression und Sekretion von MMP-9 bei Kultivierung von HNSCC-Zellen zusammen mit BMSCs nachweisen. Bei MMP-9 handelt es sich um eine Gelatinase, die für den Abbau extrazellulärer Matrix verantwortlich ist und mit einer erhöhten Tumorinvasion und Metastasierung assoziiert ist. Der genaue zelluläre Ursprung einer erhöhten Expression von MMP-9 im Tumorgewebe war bisher nicht bekannt. Diese Arbeit konnte aufzeigen, dass die mesenchymalen Knochenmarkstammzellen Ursprung der erhöhten MMP-9 Expression bei Co-Kultivierung mit HNSCC-Zellen waren. Zur Beantwortung der Frage, ob HNSCC-Zellen nach Co-Kultivierung mit BMSCs eine erhöhte MMP-9 Promotoraktivität aufweisen, erfolgte die Durchführung eines Dual-Luciferase® Reporter Assays. Hierbei stellte sich heraus, dass in HNSCC-Zellen bei Co-Kultivierung mit BMSCs keine Steigerung der MMP-9 Promotoraktivität auftrat. Eine Analyse der MMP-9 Sekretion nach spezifischem MMP-9 small interfering RNA (siRNA) Knockdown in BMSCs bzw. HNSCC-Zellen konnte nur nach Knockdown in BMSCs eine deutliche Reduktion der MMP-9 Expression herbeiführen.
Des Weiteren diente diese Arbeit der genaueren Erforschung der Regulation der MMP-9 Expression durch Runx2 aus HNSCC-Zellen. Dafür wurde ein Knockdown von Runx2 mittels spezifischer siRNA in HNSCC-Zellen durchgeführt. Es folgte die Analyse der MMP-9 Aktivität in der Gelatinase-Zymographie. Hierbei konnte kein eindeutiger Einfluss von Runx2 auf die MMP-9 Aktivität in Sphäroiden aus HNSCC-Zellen gezeigt werden. Hier sind weiterführende Untersuchungen zur Regulation von MMP-9 notwendig.
Zusammenfassend konnte diese Arbeit zeigen, dass BMSCs durch Sekretion von MMP-9 einen tumorprogressiven Einfluss auf HNSCC-Zellen ausüben und der osteogene Differenzierungsmarker ALP BMSCs und HNSCC-Zellen zur Interaktion mit Basallamina-ähnlichem Matrigel® befähigt und deren Ausbreitung begünstigt. Die durchgeführten Experimente lassen auf einen synergistischen Einfluss von MMP-9 und ALP auf die Migrations- und Invasionsfähigkeit von HNSCCs schließen.
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
Squamous cell carcinoma is the most common malignancy in the head and neck region (HNSCC). Despite recent advances in research and development of new treatments for head and neck cancers, the outcome of patients, predominantly in advanced stages, remains poor. Metastasis to bone tissue is one of the most common site of metastasis in all HNSCC patients and is associated with a particularly poor ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
Squamous cell carcinoma is the most common malignancy in the head and neck region (HNSCC). Despite recent advances in research and development of new treatments for head and neck cancers, the outcome of patients, predominantly in advanced stages, remains poor. Metastasis to bone tissue is one of the most common site of metastasis in all HNSCC patients and is associated with a particularly poor outcome. This highlights the urgency to further elucidate and understand interactions in the tumor microenvironment. To date, it is not yet fully understood how tumor cells influence their environment and interact with their tumor microenvironment to promote tumor growth. Among other cells, mesenchymal stem cells have been detected in the tumor microenvironment of head and neck cancer, especially in more advanced stages.
The aim of this work was to further elucidate the effect of the interaction between HNSCC cells and bone marrow derived mesenchymal stem cells (BMSCs). Stem cells are thought to have both, tumor-inhibitory and tumor-progressive properties. However, their effect on tumor cells and the tumor microenvironment has not been fully understood to date and is controversially discussed in the literature while providing predominantly evidence for tumor promotion.
Previous experiments from the research group revealed that co-cultivation of BMSCs and HNSCC cells in 3D cell culture resulted in increased gene and protein expression of the osteogenic differentiation markers Runt-related transcription factor 2 (Runx2) and alkaline phosphatase (ALP). In addition to osteogenic differentiation, both Runx2 and ALP influence epithelial–mesenchymal transition (EMT), invasion and metastasis of tumors. The role of ALP in the migration of co-cultured spheroids was investigated in this work. Particular emphasis was placed on the 3D cultivation of cells using the hanging drop method, in addition to cultivation of adherent cells. It could be shown that ALP favors the migration of HNSCC cells, as inhibition of ALP inhibited the migration of co-culture spheroids on basal lamina-like Matrigel®.
Data from the research group demonstrated increased expression and secretion of matrix metalloproteinase-9 (MMP-9) when HNSCC cells were co-cultured with BMSCs. MMP-9 is a gelatinase that is responsible for the degradation of extracellular matrix and is associated with increased tumor invasion and metastasis. The cellular origin of increased expression of MMP-9 in co-cultures of head and neck tumor cells and BMSCs was previously unknown. This work could demonstrate increased expression levels of MMP-9 in BMSCs when co-cultured with HNSCC cells. To answer the question of whether HNSCC cells exhibit increased MMP-9 promoter activity after co-cultivation with BMSCs, a Dual-Luciferase® reporter assay was performed. It was shown that there was no increase in MMP-9 promoter activity in HNSCC cells when co-cultured with BMSCs. MMP-9 secretion after specific MMP-9 small interfering RNA (siRNA) knockdown (KD) in BMSCs or HNSCC cells could only lead to a significant reduction of MMP-9 expression after KD in BMSCs.
Moreover, this work served to further investigate the regulation of MMP-9 expression by Runx2 from HNSCC cells. A KD of Runx2 using specific siRNA was performed in HNSCC cells. This was followed by analysis of MMP-9 activity in gelatinase zymography. Here, no clear influence of Runx2 on MMP-9 activity in spheroids from HNSCC cells could be shown. Further studies on the regulation of MMP-9 are necessary.
In summary, this work could show that BMSCs exert a tumor-progressive influence on HNSCC cells through secretion of MMP-9 and that the osteogenic differentiation marker ALP enables BMSCs and HNSCC cells to interact with basal lamina-like Matrigel® and promotes their spreading. The experiments performed suggest a synergistic influence of MMP-9 and ALP on the migratory and invasive capacity of HNSCCs.
Metadaten zuletzt geändert: 26 Jun 2023 06:44
Nur für Besitzer und Autoren: Kontrollseite des Eintrags
Downloadstatistik