Unterschiedliche Sensitivität von Kopf-Halskarzinom Zelllinien auf den EMT Masterregulator TGF-β1

Plattenepithelkarzinome im Kopf- und Halsbereich (HNSCC) gehören zu den sechsthäufigsten Tumoren weltweit. Trotz verbesserter Behandlungsmethoden liegt die 5-Jahres-Überlebensrate bei lediglich 50%. Prognose entscheidend für HNSCC Patienten ist die zum Zeitpunkt der Diagnose häufig bereits stattgefundene Metastasierung. Ein zentraler Mechanismus, der dem invasiven Potential von HNSCC und anderen Tumoren zugrunde liegt, ermöglicht es Tumorzellen aus einer stationären, epithelialen Form in eine motile Form, welche Eigenschaften mesenchymaler Zellen aufweist, überzugehen. Diese sogenannte Epitheliale Mesenchymale Transition (EMT), ist mit der verringerten Expression typischer epithelialer Markerproteine wie E Cadherin und Keratinen sowie der Zunahme typischer mesenchymaler Faktoren wie N Cadherin und Vimentin assoziiert. Als ein zentraler Regulator der EMT wurde Transforming Growth Factor (TGF)-β1 identifiziert. Unter dem Einfluss von TGF-β1 entwickeln Kopf-Halstumorzellen einen mesenchymalen Phänotyp, welcher assoziiert ist mit einer gesteigerten Migration und klinisch schlechterer Prognose. TGF-β1 kann je nach zellulärem Kontext sowohl als Tumorsuppressor als auch Tumorpromoter wirken. TGF-β1, aktiviert über seinen Rezeptor TGF-β RII neben dem Smad abhängigen Signalweg, weitere Smad unabhängige Signalwege, wie Erk/MEK, PI3K/MAPK und Ras. Dies führt zur Modulation der E-Cadherin Expression, zur Bildung von β-Aktin Stressfasern über Modulierung des Zytoskeletts und zu einer erhöhten Migration und Invasivität der Zellen. In HNSCC Tumoren, die sich in ihrem Invasivitätspotential und ihrer Differenzierung häufig sehr heterogen darstellen, konnten durch zahlreiche Untersuchungen Hinweise eines relevanten Einflusses der EMT auf diesen Phänotyp gefunden werden. Es stellt sich dabei die Frage, ob das histopathologisch zu beobachtende variierende Differenzierungs- bzw. Invasivitätsmuster auf eine unterschiedliche Aktivierung von EMT induzierenden Faktoren zurückgeführt werden kann. Zur Untersuchung wie sich verschiedene etablierte HNSCC Zelllinien in vitro in ihrer Sensitivität auf EMT induzierende Zytokine unterscheiden, wurden Zelllinien eingesetzt, die Unterschiede in relevanten EMT Merkmalen aufweisen. Beurteilt wurde der morphologische Phänotyp der Zellen ohne und nach Zugabe EMT induzierender Faktoren, die Aktivierung (Phosphorylierung) des TGF-β Rezeptors Typ II, sowie Änderungen im Migrationsverhalten, E Cadherin Status und in der Zytoskelettarchitektur. Das Ausmaß der EMT Antwort von HNSCC-Zelllinien auf exogen zugeführtes TGF-β1 zeigte signifikante Unterschiede in der Sensitivität, welche mit dem initialen Phänotyp unbehandelter HNSCC Zellen korrelierte. Bei Zugabe von TGF-β1 glich sich der Phänotyp bei den verschiedenen Zelllinien in Richtung mesenchymal an, da eher epitheliale Zelllinien besonders sensitiv reagierten und die Sensitivität auf exogenes TGF-β1 bei Zelllinien mit bereits vorhandener mesenchymaler Ausprägung weniger deutlich erfolgte. Die Transformation des Zellphänotyps durch TGF-β1 konnte anhand mikroskopischer Aufnahmen, einer Veränderung der in vitro Proliferation der Zelllinien, einer Aktivierung des TGF-β RII sowie durch subzelluläre Umverteilung von EMT typischen Proteinen und Strukturen des Zytoskeletts nachgewiesen werden. An der morphologischen Änderung war insbesondere eine Modulierung des Aktinzytokskeletts, sowie die E-Cadherin Relokalisation bzw. der E-Cadherin Abbau beteiligt. Da TGF-β1 und andere Zytokine durch Zellen des Stromas (z.B. Immunzellen) sezerniert werden, könnte die Tumormikroumgebung (tumor microenvironment) mit verantwortlich sein für den in HNSCC Tumoren beobachteten variablen zellulären Phänotyp, welcher mit der Fähigkeit der Tumorzellen zur Invasivität und Metastasierung korreliert. Im Hinblick auf die vorliegenden Untersuchungen stellt sich dabei die Frage, inwiefern eine autokrine Sekretion von TGF-β1 (bzw. andere EMT Zytokine) in HNSCC Tumorzellen zu den beobachteten Sensitivitätsunterschieden einer EMT beigetragen hat. Für weiterführende Untersuchungen erscheint es daher sinnvoll nach Identifikation von Zelllinien-spezifischen EMT Zytokinen sowie anderen relevanten Komponenten der EMT diese gezielt auszuschalten, um hierdurch neue therapeutische Angriffsziele zur Hemmung der Invasivität und Metastasierung von HNSCC Tumoren aufzudecken