Radiobiological characterisation of human head and neck squamous cell carcinoma cell lines

Die gängige, klinische Therapie bei HNSCC-Tumoren erfolgt derzeit mittels radikaler Resektion und adjuvanter Radio- und/oder Chemotherapie. Noxen-assoziierte HNSCC-Tumore stellen allerdings eine distinkte Entität im Vergleich zu HNSCC-Tumoren mit HPV-getriebener Karzinogenese dar, wenngleich die Patienten mit HPV-Assoziation ein besseres Gesamtüberleben aufweisen. Ob alleinige Radiotherapie bzw. Radiochemotherapie den gleichen Therapieerfolg wie Resektion mit anschließender Radio-Chemotherapie bringen würde ist derzeit nicht bekannt. Aus diesem Grund wurden in der vorliegenden Arbeit HNSCC-Tumorzellen mit und ohne HPV-Assoziation in vitro bestrahlt und anschließend molekularbiologisch anhand von Zellzyklus-Analysen, Protein- und mRNA-Expression untersucht. Des Weiteren wurde die Expression der viralen Onkogene E6 und E7 in den HPV-positiven Tumorzelllinien nach Bestrahlung analysiert. Die bessere Prognose bei Patienten mit Tumoren aus HPV-getriebener Karzinogenese wird durch eine erhöhte Strahlensensitivität begründet, was das gefundene, signifikant verminderte Überleben HPV-positiver HNSCC-Tumorzelllinien erklären könnte (p=0,01) (Arenz et al. 2014). In vitro reagieren die bestrahlten HPV-positiven Tumorzelllinien verstärkt mit einem zeitlich länger andauernden G2-Arrest im Vergleich zu den HPV-negativen Zelllinien und akkumulieren DNA-Fragmente, die als Hinweis auf eine gesteigerte Apoptose-Rate gelten. Die zelluläre Expressions-Analyse der Marker-Proteine Retinoblastom und p53 zeigte, dass Bestrahlung zwar die Proteinexpression verändert, jedoch selbst innerhalb der Entitäten Unterschiede vorliegen. Die Überprüfung der p53-abhängigen Genprodukte zeigte, dass – unabhängig von der Entität – Gene reguliert werden, die einen strahleninduzierten Zellzyklus-Arrest oder Apoptose herbeiführen. Die Expression der viralen Onkoproteine E6 und E7 war außerdem in der Mehrheit der untersuchten HPV-positiven Tumorzelllinien nach Bestrahlung vermindert. Die klinische Heterogenität von HNSCC-Tumoren konnte im Rahmen dieser Arbeit bestätigt werden, wenngleich eine erhöhte Radiosensitivität HPV-positiver Tumorzelllinien vorliegt. Molekulare Mechanismen, die nach Bestrahlung das verstärkte Zellsterben herbeiführen und so das bessere Gesamtüberleben von Patienten mit HPV-assoziierten Tumoren sichern, werden wahrscheinlich p53-unabhängig aktiviert. Vermutlich wird die veränderte virale Genexpression mit der Aktivierung verschiedener Zelltod-Mechanismen kombiniert.Currently, prevalent clinical treatment of head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC) is resection with adjuvant radio- and/or chemotherapy. Noxa-induced HNSCC represent a distinct entity compared to HNSCC with a human papilloma virus (HPV) driven carcinogenesis, however patients with HPV association have a better overall survival. It is unknown whether exclusive radiotherapy reveals the same successful outcome as resection with adjuvant therapy. In the present work HNSCC tumor cell lines with and without HPV association have been irradiated in vitro and were subsequently molecular biologically analysed for cell cycle behavior, protein and mRNA expression. In addition, the expression of viral oncogenes E6 and E7 in HPV-positive tumor cell lines after irradiation has been tested. Improved prognosis of patients with HPV-driven HNSCC is correlated by higher radiation sensitivity, which was shown by the detected significant decrease of surviving HPV associated HNSCC tumor cell lines (p=0,01) (Arenz et al. 2014). In vitro irradiated HPV-positive tumor cell lines react with a prolonged G2 phase arrest compared to HPV-negative tumor cells, and HPV-positive cells accumulate DNA fragments, which indicate an increased apoptosis. Cellular expression analysis for marker proteins Retinoblastoma and p53 revealed that irradiation changes protein expression, however, differences within entities exist. Examination of p53-depending gene products demonstrated that genes independent of cellular entity have been regulated, which promote radiation induced cell cycle arrest or apoptosis. Besides expression of viral oncogenes E6 and E7 was reduced after irradiation in the majority of tested HPV-positive tumor cell lines. This work could confirm the clinical heterogenity of HNSCC, even though an increased radiation sensitivity of HPV-positive tumor cell lines exists. Molecular mechanisms, which cause the increased cell death after irradiation and therefore ensure the improved overall survival of patients with HPV-associated tumors, are most probably p53 independently activated. There is a strong likelihood that altered viral gene expression and activation of different cell death mechanisms act in combination