Influence of kisspeptin-10 on the bone-directed migration and invasion of breast cancer cells

Metastasen im Knochen sind ein häufiges Problem beim fortgeschrittenen Mammakarzinom, da die Morbidität der Patientinnen zunimmt und dadurch ihre Lebensqualität abnimmt. Die Analyse der dem Metastasierungsprozess zugrunde liegenden Mechanismen ist daher von großer Bedeutung für die Entwicklung neuer Therapiekonzepte. Mit dem in unserer Arbeitsgruppe etablierten Zellkultursystem wurden in der vorliegenden Arbeit die Interaktion von Mammakarzinomzellen mit Knochenzellen, ihre Migration und Invasion vor und nach der Behandlung mit Kisspeptin-10 untersucht. Bei Kisspeptin-10 handelt es sich um eine post-translational modifizierte Variante des KiSS-1 Genproduktes, für welches bisher die stärkste agonistische Wirkung am GPR54 gezeigt werden konnte. In der vorliegenden Arbeit wurde zunächst humanes Mammakarzinomgewebe von 98 Patientinnen auf die Expression des GPR54 untersucht. Hierbei zeigte sich ein homogenes Verteilungsmuster der GPR54 Expression unabhängig vom individuellen Rezeptorstatus der Tumore. Des Weiteren wurde in vitro untersucht, ob Kisspeptin-10 die knochengerichtete Migration und Invasion GPR54-positiver Mammakarzinomzelllinien (MCF-7 und MDA-MB-231) beeinflussen kann. Die Migration und Invasion der Mammakarzinomzellen wurde signifikant gesteigert, wenn diese mit der GPR54-positiven Osteoblasten-ähnlichen Zelllinie MG-63 kokultiviert waren. Die Behandlung mit Kisspeptin-10 führte in beiden Mammakarzinomzelllinien zu einer signifikanten Hemmung der knochen-gerichteten Migration und Invasion und zeigte in der MCF-7 Zelllinie einen dosisabhängigen Fenstereffekt. Bei der Aufklärung der molekularen Mechanismen konnte gezeigt werden, dass Kisspeptin-10 einen inhibierenden Effekt auf das prometastatische SDF-1/CXCR4 System besitzt. Ebenso konnte dieser hemmende Effekt für die aktivierte Akt Proteinkinase nachgewiesen werden, der in der Signaltransduktion des SDF-1/CXCR4 Systems eine wichtige Rolle zugesprochen wird. Nach GPR54 knock down in der Osteoblasten-ähnlichen Zelllinie MG-63 zeigte sich, dass der inhibierende Effekt des Kisspeptin-10 auf den SDF-1/CXCR4-Akt-Signalweg aufgehoben wird. Nach heutigem Forschungsstand besitzt Kisspeptin-10 das Potential einer anti-metastatischen Therapieoption beim Mammakarzinom. Für den noch fernen Weg in die Klinik sind aber weitere Forschungsarbeiten an Kisspeptin-10 nötig.Metastases in the bone are a frequent problem in advanced breast cancer since the morbidity of the individual patient is increasing which is on the other hand decreasing their quality of life. The development of new therapeutic approaches depends among other things on the detailed knowledge of the complex metastasis process. In the present study we examined the interaction of breast cancer cells while cocultured with bone cells after treatment with kisspeptin-10. Kisspeptin-10 is a post-translational modified protein of the KiSS-1 gene which has so far shown the strongest agonist activity at GPR54. In the present study the expression of GPR54 was tested human breast cancer tissue of 98 patients. We observed a homogeneous distribution pattern of GPR54 expression regardless of the individual receptor status of the tumor. Further it was investigated whether kisspeptin-10 influences the bone-directed migration and invasion of GPR54-positive breast cancer cell lines (MCF-7 and MDA-MB-231) in vitro. The migration and invasion of breast cancer cells was significantly increased while cocultivation with the GPR54-positive osteoblast-like cell line MG-63. Treatment with kisspeptin-10 showed a significant inhibition of the bone-directed migration and invasion in the two breast cancer cell lines, additionally we observed a dose window effect of kisspeptin-10 in the MCF-7 breast cancer cell line. As an underlying molecular mechanism kisspeptin-10 has an inhibiting effect on the prometastatic SDF-1/CXCR4 system as well as on the activated Akt proteinkinase, which plays an important role in the signal pathway of the SDF-1/CXCR4 system. After GPR54 knock down in the osteoblast-like cell line MG-63 the inhibitory effect of kisspeptin-10 was repealed on the SDF-1/CXCR4-Akt-pathway. According to the current level of research kisspeptin-10 has the potential of an anti-metastatic therapeutic option in breast cancer but further research on kisspeptin-10 is needed