The role of monocytic cells and tumor cell-specific factors during breast cancer metastasis

Das Auftreten von Metastasen ist die Haupttodesursache bei Krebspatienten und kennzeichnet den Wendepunkt jeder Tumorerkrankung, nach dem eine Heilung nur noch in Ausnahmefällen erfolgen kann. Eine wesentliche neue Erkenntnis in der Erforschung innovativer Therapieansätze zur Prävention der Metastasierung war, dass eingewanderte Immunzellen nicht nur die ersten Schritte der Tumorprogression fördern, sondern auch im Prozess der Metastasierung von Bedeutung sind. In diesem Zusammenhang konnten vor allem die Makrophagen als Vermittler der Migration und Invasion von Tumorzellen und deren Kolonisation in einem entfernten Organ identifiziert werden. Bisphosphonate (BPs) sind bekanntermaßen sehr potente Inhibitoren von Makrophagen. Dennoch erklärt die Mehrzahl der Studien ihre Tumor hemmenden Eigenschaften mit direkten Effekten auf z.B. Migrations- und Invasionseigenschaften der Tumorzellen und berücksichtigt nicht die Auswirkungen auf das Tumorstroma. Diese Arbeit zeigt, dass Makrophagen sehr viel sensitiver gegenüber dem stickstoffhaltigen BP Zoledronat (ZA) sind als Mammakarzinom-Zelllinien. Weiterhin wird verdeutlicht, dass die Makrophagen-induzierte Invasion sowie die Mikroglia-assistierte Kolonisation von MCF-7 im Hirngewebe durch ZA gehemmt werden, während die Migrations- und Invasionseigenschaften der Tumorzellen nicht beeinflusst werden. Für einen weiteren Makrophageninhibitor, einen CSF-1 Antikörper (5A1), wird in dieser Arbeit gezeigt, dass er die Depletion von Knochenmarksmakrophagen (BMDMs) induziert, jedoch keine Auswirkung auf die Viabilität von Mikroglia hat. Während 5A1 die Mikroglia-induzierte Invasion von MCF-7 wenig hemmt, induziert er eine starke Hemmung der BMDM-induzierten Invasion. Neben den benignen Zellen des Tumorstromas können auch Eigenschaften der Tumorzellen die Metastasierung induzieren. So konnte vor einiger Zeit der Transkriptionsfaktor LEF1 als Faktor der zerebralen Metastasierung des Lungenadenokarzinoms identifiziert werden. Diese Arbeit verdeutlicht, dass die Expression von LEF1 in einer Subgruppe zerebraler Metastasen nachgewiesen werden kann und ebenfalls charakteristisch für invasive Mammakarzinom-Zelllinien ist. Während die Überexpression von LEF1 in der wenig invasiven MCF-7 keinen Einfluss auf die Proliferation, die Migration oder die Sensitivität gegenüber Chemotherapie oder Bestrahlung hat, steigert sie die Invasivität der Zellen und induziert die Angiogenese im Tumor. Diese Effekte sind unabhängig von der direkten Bindung des Transkriptionsfaktors an die DNA und scheinen durch einen β-Catenin-unabhängigen Mechanismus zu erfolgen.Metastasis is the leading cause of cancer death and marks the turning point of cancer diseases where cure is rarely possible. Searching for new therapy approaches to prevent metastasis, an important finding was the identification of immune cells to support not only the first steps of tumor progression but also the process of metastasis. In this context, especially macrophages were discovered as mediators of migration and invasion of cancer cells as well as their colonization in a distant organ. Bisphosphonates (BPs) are known to be potent inhibitors of macrophages. Nevertheless, most of the current studies explain their anti-tumor activity with direct effects on the migration and invasion capacity of cancer cells but do not consider their effects on the tumor stroma. In this study we show that macrophages are much more sensitive to the nitrogen-containing BP zoledronic acid (ZA) than breast cancer cells. Furthermore, macrophage-induced invasion of MCF-7 as well as microglia-assisted colonization of brain tissue is reduced by ZA treatment while the migration and invasion capacity of the cancer cells is not affected. For a second macrophage inhibitor, a CSF-1 antibody (5A1), we show that it induces the depletion of bone marrow-derived macrophages (BMDMs) whereas it is not affecting microglia viability. While 5A1 slightly reduces microglia-induced invasion of MCF-7, it strongly inhibits BMDM-induced invasion. Not only benign cells of the tumor stroma but also cancer cell determinants can give rise to metastases. Recently, the transcription factor LEF1 could be identified to induce cerebral metastasis of lung adenocarcinomas. In this study we show that LEF1 expression can be detected in a subgroup of breast cancer brain metastases and that it is limited to invasive breast cancer cell lines. While overexpression of LEF1 in the weakly invasive MCF-7 does not affect proliferation, migration or the sensitivity towards chemotherapy or radiation, it increases the invasiveness and induces angiogenesis in the tumor. These effects are independent of the binding of the transcription factor to the DNA and seem to be mediated by a β-catenin-independent mechanism