Der Einfluss embryonaler Morphogene der TGF-ß Familie auf Invasivität, Motilität und Therapieresistenz von Melanomzellen in-vitro und in-vivo

Das maligne Melanom ist ein äußerst aggressiver Tumor mit kontinuierlich zunehmender Inzidenz, für den im klinischen Stadium IV derzeit noch keine kurativen Therapiemöglichkeiten existieren. Um neue Therapieansätze zu erforschen, werden Angriffspunkte für die Elimination von embryonalen Eigenschaften in Melanomzellen gesucht, die durch die maligne Transformation bei der Tumorentstehung von Melanomzellen konstitutiv re-exprimiert werden. Während der malignen Transformation scheinen vor allem embryonale Gene re-aktivert zu werden, die während der frühen Embryonalentwicklung unter anderem in der Neuralleiste eine epithelial-mesenchymale-Transformation (EMT) induzieren, welche den epithelialen Zellen einen mesenchymalen, migratorischen/invasiven Phänotyp verleiht. Der Vorgang der EMT wird durch eine Vielzahl von Prozessen reguliert, an denen die Morphogene BMP und Nodal der TGF-ß-Familie und deren spezifische Antagonisten beteiligt sind. Zielsetzung und Fragestellung der vorliegenden Arbeit war, den Einfluss der embryonalen Morphogene BMP-2 und Nodal (Agonisten der TGF-ß-Familie) und deren spezifischen Antagonisten Noggin und Lefty, bzw. dem Nodal-Rezeptorantagonisten SB431542 auf die EMT-Fähigkeit (Änderung von Adhäsions- und Migrationseigenschaften) von Melanomzellen in vitro und in vivo zu erforschen. Im Detail untersuchten wir bei unbehandelten und mit Agonisten oder Antagonisten vorbehandelten Melanomzellen: (1) Zellzyklus, Proliferations- und Koloniebildungskapazität, (2) Therapieresistenz und Chemosensitivierung, (3) Aggregations- und Migrationsfähigkeit, (4) in vitro Invasionsfähigkeit und (5) in vivo Invasionsfähigkeit. Unsere Versuche zeigten, dass die Agonisten BMP-2 und Nodal keinen Einfluss auf den Zellzyklus, die Proliferationsrate, Koloniebildung, Therapieresistenz und Chemosensitivierung von metastatischen Melanomzellen hatten. Jedoch beeinflussten sie die EMT-Fähigkeit der untersuchten Melanomzellen erheblich im Sinne einer EMT-Induktion: Sie verringerten die Aggregations- und erhöhten die Migrationsfähigkeit der Melanomzellen. Des Weiteren verstärkten die Agonisten BMP-2 und Nodal die Invasionsfähigkeit von Melanomzellen in vitro in menschlichen epidermalen Hautrekonstrukten. Daneben beobachteten wir, dass Melanomzellen aus der radialen Wachstumsphase nach Agonistenbehandlung im Hautrekonstrukt in ein vertikales, invasives Wachstumsverhalten übergingen. In vivo beobachteten wir, dass Melanomzellen, die nach Injektion ins Neuralrohr von Hühnerembryonen spontan die embryonale Neuralleistenwanderung vollzogen, Nodal exprimierten, während nicht wandernde Melanomzellen im Lumen des Neuralrohrs (am Ort der Injektion) keine Nodal-Expression aufwiesen. Die Antagonisten Noggin und Lefty, bzw. der Nodal-Rezeptorantagonist SB431542 hatten ebenfalls keinen Einfluss auf den Zellzyklus, die Proliferationsrate, Koloniebildung und Therapieresistenz, und zeigten auch keine Chemosensitivierung in Kombination mit unterschiedlichen Chemotherapeutika bei den untersuchten metastatischen Melanomzellen. Allerdings beobachteten wir einen erheblichen Einfluss der Antagonisten und von SB431542 auf die EMT-Fähigkeit von Melanomzellen im Sinne einer EMT-Inhibition: Sie verstärkten die Aggregationsfähigkeit bei gleichzeitiger Verringerung der Migrationsfähigkeit der Melanomzellen. Des Weiteren verringerten die Antagonisten und SB431542 die Invasionsfähigkeit in vitro in menschlichen epidermalen Hautrekonstrukten. Nach Injektion von SKMEL28 Melanomzellen ins Neuralrohr von Hühnerembryonen beobachteten wir die komplette Unterbindung der spontanen Neuralleistenwanderung nach Vorbehandlung der Melanomzellen mit SB431542. Dieser inhibitorische Effekt entsprach dem bereits durch die eigene Arbeitsgruppe vorbeschriebenen inhibitorischen Effekt von Noggin sowohl auf die spontane Neuralleistenwanderung als auch auf die maligne Invasion im Augenbecher des Hühnerembryos. Interessanterweise hatte die Vorbehandlung mit Lefty keinen inhibitorischen Einfluss auf die spontane Neuralleistenwanderung der injizierten Melanomzellen, was wir als kompensatorischen Effekt der konstitutiven Expression von BMP durch menschliche metastatische Melanomzellen interpretierten. Zusammengefasst zeigen die vorliegenden Ergebnisse, dass BMP-2 und Nodal potente Induktoren einer EMT sind und sowohl die migratorischen als auch die invasiven Eigenschaften von Melanomzellen in vitro und in vivo fördern. Die Fähigkeit zur EMT konnte durch die Vorbehandlung der Melanomzellen mit dem jeweiligen spezifischen Inhibitor (Noggin, Lefty) oder dem Nodal-Rezeptorantagonisten SB431542 in-vitro und in-vivo inhibiert werden (s. Tab. 2). Unsere Ergebnisse weisen auf einen potentiellen klinischen Nutzen der Inhibierung von BMP oder Nodal in der Melanomtherapie im Sinne der Unterdrückung der EMT/Invasionsfähigkeit von Melanomzellen hin