Pharmakologische Hemmung strahleninduzierter Tumorzell-Endothelzell-Interaktionen in vitro und Metastasierungsprozesse in vivo

Exposition von Endothelzellen mit ionisierender Strahlung (IR) oder Behandlung mit inflammatorischen Zytokinen (z. B. TNFa) induziert über eine Rho-GTPasen abhängige NF-kB-Aktivierung die Expression verschiedener Zelladhäsionsmoleküle, u. a. auch von E-Selektin. E-Selektin vermittelt die Adhäsion von Tumorzellen (TC) an Endothelzellen und ist daher vermutlich an der Extravasation von zirkulierenden Tumorzellen beteiligt. HMG-CoA-Reduktase-Inhibitoren (Statine), welche eine breite klinische Anwendung als Lipidsenker erfahren, sind in der Lage, Rho-GTPasen und die durch sie vermittelten Signalwege zu hemmen. Daher sollten Statine wie Lovastatin auch Zell-Zell-Adhäsionsvorgänge beeinflussen. Die vorliegende Arbeit widmet sich den Mechanismen, mit denen IR und TNF in Endothel- und/oder Tumorzellen pro-adhäsive Faktoren induzieren können und ob diese Effekte durch Lovastatin beeinflussbar sind. Zu diesem Zweck wurde mittels eines ELISA-basierenden Zelladhäsions-Assays die Auswirkung von IR und TNF auf Zell-Zell-Kontakte zwischen humanen Tumorzellen (u. a. Kolonkarzinomzellen (HT29)) und humanen, venösen Nabelschnurendothelzellen (HUVEC) analysiert. Zudem wurden die Effekte einer Lovastatinvorbehandlung von TC und/oder HUVEC auf TC-HUVEC-Adhäsion untersucht. Des Weiteren wurden die Wirkungen des sLex-Mimetikums Glycyrrhizin und des Rac1-spezifischen „small-molecule“ Inhibitors NSC23766 auf TC-HUVEC-Adhäsion überprüft. Zusätzlich wurde die strahleninduzierbare mRNA-Expression von diversen Zelladhäsionsmolekülen, Metastasierungsfaktoren und DNA-Reparatur-Genen mittels qRT-PCR (Real-Time Analysen) quantitativ erfasst. Um die erhaltenen in vitro Ergebnisse auch in vivo zu bestätigen, untersuchten wir den Effekt einer Ganzkörperbestrahlung (TBI) von BALB/c-Mäusen auf die Expression von pro-adhäsiven Faktoren. Zur Analyse der Tumorzell-Extravasation wurden Tumorzellen in die laterale Schwanzvene immundefizienter Mäuse injiziert und anschließend eine Ganzkörperbestrahlung durchgeführt (4 Gy). Nach einer Wartezeit von 4 Wochen wurde ein erhöhtes Auftreten von Lungenmetastasen beobachtet, welches durch Vorbehandlung der Tiere mit Statinen, NSC23766 oder Glycyrrhizin blockiert werden konnte. Zusammenfassend konnte somit ein Einfluss von IR auf die Expression verschiedener Zelladhäsionsmoleküle in vitro und auf die Extravasation zirkulierender Tumorzellen in vivo festgestellt werden. Diese pro-metastatischen Strahleneffekte konnten durch pharmakologische Hemmung Rho-regulierter Signalwege abgeschwächt werden.Exposure of endothelial cells with ionizing radiation (IR) or treatment with inflammatory cytokines (e. g. TNFa) induces a Rho-GTPase and NF-kB dependent activation of the expression of various cell adhesion molecules, including E-selectin. E-selectin mediates the adhesion of tumor cells (TC) to endothelial cells and is probably involved in the extravasation step of circulating tumor cells. HMG-CoA reductase inhibitors (e. g. lovastatin) inhibit the function of Rho-GTPases and thus are anticipated to attenuate Rho-regulated cell-cell-adhesion as well. This study focuses on the influence of IR and TNFa on the expression of endothelial- and/or tumor cell-specific pro-adhesive factors and whether these effects are influenced by lovastatin. To this end, the effect of IR and TNFa on cell-cell-interactions between human colon carcinoma cells (HT29) and human umbilical vein endothelial cells (HUVEC) was investigated using an ELISA-based cell adhesion-assay. Moreover, the influence of pre-treatment with lovastatin and other types of inhibitors on HUVEC-HT29 adhesion was monitored. Additionally, we investigated the effect of lovastatin on mRNA expression level of different cell adhesion molecules, metastatic factors and DNA-repair genes upon radiation exposure by qRT-PCR. To scrutinize the in vivo relevance of the data obtained, we investigated the effect of total body irradiation (TBI) on the mRNA expression of pro-adhesive factors in BALB/c mice. To analyze tumor cell extravasation, tumor cells were injected into the lateral tail vein of immundeficient mice, followed by total body irradiation (TBI, 4 Gy). After four weeks a large increase of lung metastases was monitored, which could be blocked by preatreatment of the mice with lovastatin, the Rac1-specific small-molecule inhibitor NSC23766 as well as the sLex-mimetic glycyrrhizin. Summarizing, we provide evidence, that irradiation promotes upregulation of different cell adhesion molecules in vitro and stimulates extravasation of circulating tumor cells in vivo. These pro-metastatic radiation effects could be attenuated by pharmacological inhibition of Rho-regulated signaling