Die Rolle des Eph/Ephrin Systems bei Hirntumoren

Bi-direktionale Signalgebung durch EphB Rezeptoren (forward signalling) und ihren Liganden EphrinB (reverse signalling) ist in unterschiedliche physiologische, wie etwa neuronale Entwicklung, Vaskulogenese, Angiogenese und pathologische Vorgänge, wie etwa dem Tumorwachstum, involviert. Das EphB/EphrinB System ist ein wesentlicher Regulator von Zell-Zell Interaktionen, die durch abstoßende und anziehende Signale vermittelt werden. Zunehmend wird deutlich, dass Mitglieder der EphB/EphrinB Familie eine wichtige Rolle sowohl bei der pathologischen Tumorangiogenese als auch bei Tumorwachstum spielen, was sie zu attraktiven Zielen innovativer onkologischer Therapiekonzepte macht. Ihre breite Expression in Tumorzellen und auch stromalen Zellen deutet auf eine komplexe Rolle im Tumorwachstum hin. Das Ziel dieser Arbeit war es, ein wichtiges Mitglied der Eph/Ephrin Familie, den Liganden EphrinB2 hin-sichtlich seiner Aufgaben bei Tumorangiogenese und –wachstum zu unter-suchen und insbesondere, zwischen tumorintrinsischen (Tumorseite) und tumorextrinsischen (stromale Seite) Funktionen zu unterscheiden. Aus diesem Grunde führten wir eine genetische Inaktivierung des EphrinB2, sowohl auf Tumorseite, als auch auf der Stromaseite durch. Dazu konzipierten wir zwei Arten von in vivo Experimenten, bei denen wir Astrozytomzellen in ein Xenograft Mausmodell transplantierten. So transplantierten wir zunächst EphrinB2 Knockout Tumorzellen in Wildtyp-Mäuse und verglichen diese mit transplantierten Wildtyp-Tumorzellen. In einem weiteren, zweiten Experiment, transplantierten wir dann Wildtyp-Tumorzellen in Mäuse mit einer funktionellen Ausschaltung des EphrinB2 reverse signalling (EphrinB2dV) im Stroma und verglichen diese wiederum mit Wildtyp-Mäusen. Die Tumoren der EphrinB2-KO Zellen entwickelten sich zu doppelter Größe verglichen mit den Wildtyp-Tumoren. Interessanterweise wandelte sich der Invasionsphänotyp des Tumors von einem angiozentrischen, satellitären zu einem parenchymatösen. Die Tumorvaskularisierung änderte sich dabei nicht. Diese Ergebnisse zeigen, dass die tumorintrinsische Wirkung von EphrinB2 tumorsuppressiv ist. Die Runterregulation oder Inaktivierung des EphrinB Systems könnte dementsprechend also ein wichtiger Schritt in der Tumorprogression sein. Weitere Untersuchungen identifizierten Hypoxie als einen physiologischen Repressor der EphrinB2 Expression, vermittelt durch den hypoxia inducible factor-1alpha (HIF-1alpha), einen bekannten Regulator adapti-ver Reaktionen auf Hypoxie. Zudem deutet die Änderung des Invasionsphänotyps auf eine wichtige Rolle des EphrinB2 bei der vessel co-option des Tumors hin. Die Inaktivierung von EphrinB2 auf der stromalen Seite (EphrinB2dV Mäuse) ergab viermal kleinere Tumoren als in den Wildtyp-Mäusen. Weiterhin zeigten die EphrinB2dV Mäuse eine signifikant verminderte Gefäßfläche und reduzierte Angiogenese. Diese Ergebnisse zeigen daher eine wesentliche tumorextrinsische Funktion des EphrinB2 als Regulator der Tumorangiogenese und daraus folgend dem Tumorwachstum auf. Zusammengefasst zeigen unsere Ergebnisse, dass EphrinB2 grundlegen-de, aber divergente Funktionen im Tumorwachstum innehat, welche sich stark dahingehend unterscheiden, ob EphrinB2 auf der Tumorseite (tumorsuppressiv) oder auf der stromalen Seite (pro-angiogen, wachstumsfördernd) wirkt. Diese deutlich differenten Wirkweisen müssen genauestens in Betracht gezogen werden, wenn es in Zukunft darum geht, EphrinB2 als ein therapeutisches Ziel onkologischer Behandlungskonzepte zu betrachten.Bidirectional signalling by EphB receptors (forward signalling) and their lig-ands EphrinB (reverse signalling) is involved in various aspects of normal physiology and disease pathogenesis including neuronal development, vasculogenesis, angiogenesis as well as tumor progression. The EphB/EphrinB system is an essential regulator of cell-cell interaction mediated by repulsive and adhesive signals. A mounting body of evidence indicates that members of the EphB/EphrinB family exert an essential role in tumor angiogenesis and tumor growth, making them attractive anti-tumor targets. However, their widespread expression in tumor and stromal cells suggest a more complex function in the control of tumor growth. The aim of this study was to investigate the role of the prominent member ephrinB2 in tumor angiogenesis and growth and to distinguish tumor intrinsic (tumor side) from extrinsic (stromal side) function of ephrinB2 For this reason we genetically inactivated ephrinB2 on the tumor side and the stromal side. We conducted two types of in vivo experiments in which we transplanted high grade astrocytoma cells into a xenograft mouse model. First, we transplanted ephrinB2 knockout (KO) tumor cells into wildtype mice and compared these to wildtype tumor cells (tumor side). Then, in the second experiment, we transplanted wildtype tumor cells into mice with a functional inactivation of ephrinB2 reverse signalling (ephrinB2dV) and the respective wildtype background (stromal side). Tumors of ephrinB2-KO cells grew two times larger than wildtype tumors. Furthermore there was a considerable change in the invasive phenotype of the tumor from an angiocentric, satellite-like growth to a parenchymatous type. Notably, tumor vascularization did not change. These data demonstrate that the tumor intrinsic function of ephrinB2 is tumor suppressive. The downregulation or inactivation of the ephrinB system may therefore be an important step in tumor progression. Further analyses identified hypoxia is a physiological repressor of ephrinB2 expression via upregulation of hypoxia inducible factor-1alpha, a common regulator of adaptive responses to hypoxia. The change in growth from an angiocentric to a parenchymatous type of invasion indicates a crucial role of ephrinB2 in vessel co-option of the tumor. On the other hand, Inactivation of ephrinB2 on the stromal side (ephrinB2dV mice) revealed that tumors were four times smaller than tumors in wildtype mice. Furthermore the ephrinB2dV mice showed a significantly reduced vessel area and angiogenesis. These data are in line with an essential tumor extrinsic function of ephrinB2 as a positive regulator of tumor angiogenesis and subsequently tumor growth. Taken together, these data show that ephrinB2 has essential but divergent functions in tumor growth depending on whether it acts on the tumor side (tumor suppressive) or the stromal side (pro-angiogenic, tumor promoting). These contrasting functions of ephrinB2 in tumor growth have to be carefully taking into account when using ephrinB2 as a potential anti-tumor therapy target