Die Regulation der NANOG-Expression während der Keimzellreifung und in Keimzelltumoren sowie die Untersuchungen zu Differenzierungsprozessen von Seminomen <em>in vivo</em> und <em>in vitro</em>

Abstract

Das Homeobox-Protein NANOG übernimmt Schlüsselfunktionen bei der Erhaltung der Selbsterneuerung und Pluripotenz von undifferenzierten Zellen. Die Mechanismen der NANOG-Expressionsregulation wurden während der humanen Keimzellreifung näher untersucht, dabei wurde gezeigt, dass die Herabregulation der NANOG-Expression während der Transition fetaler Keimzellen zu fetalen Spermatogonien durch fehlende OCT3/4-SOX2-Transaktivierung hervorgerufen wird. Eine Methylierung des NANOG-Promoters und somit eine epigenetische Repression wird erst bei der Differenzierung der Spermatogonien zu reifen Spermien etabliert. Interessant ist, dass die DNS während dieses Zeitraums global demethyliert wird. Die Methylierung des NANOG-Promoters wird also unabhängig von der globalen Methylierung reguliert. In testikulären Keimzelltumoren konnte der Differenzierungsgrad der Tumorentität an den DNS-Methylierungsstatus des NANOG-Promotors korreliert werden. Das bedeutet je differenzierter die Tumorentität desto höher die NANOG-Promotormethylierung und umso geringer die NANOG-Expression. Seminome sind undifferenzierte Tumoren der Keimzellen. Diese Tumoren sind durch die Expression von Pluripotenz- und Keimzellmarkern sowie uniformes Wachstum gekennzeichnet, d.h. die Zellen behalten ihren unipotenten Keimzellcharakter bei. Die humane Seminom-Zelllinie TCam-2 wurde als Modellsystem verwendet, um die Differenzierungsfähigkeiten von Seminomen in vitro und in vivo zu untersuchen. Es konnte gezeigt werden, dass die Wachstumsfaktoren TGF-β1, EGF und FGF4/Heparin synergistisch eine Differenzierung in ein gemischtes Nicht-Seminom induzieren. Sie bewirken einen Block des BMP-Signalwegs und eine Aktivierung des Hippo-Signalwegs sowie eine Inhibition des LIN28/BLIMP1-Signalwegs. Eine Injektion von TCam-2-Zellen in die Flanke von Nacktmäusen führte zum Wachstum embryonaler Karzinome (EK). Diese in vivo-Transition von einem Seminom zu einem EK wurde durch eine erneute in vitro-Kultivierung revertiert und deutete auf eine Plastizität der TCam-2-Zellen hin. Bis zu drei Monate nach Injektion von TCam-2-Zellen in die Testes von Nacktmäusen konnten Carcinoma-in-situ ähnliche Zellpopulationen in den Tubuli seminiferi nachgewiesen werden. Somit konnte ein KZT-Modell erzeugt werden, welches gezielte Untersuchungen zum Verhalten von CIS-Zellen in vivo erlaubt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Zelllinie TCam-2 in der Lage ist in vitro und in vivo zu differenzieren. Die Richtung des Differenzierungsprozesses hängt dabei von dem zellulären Mikromilieu sowie den Kultivierungsbedingungen ab. Interessant ist die Tatsache, dass diesen Veränderungen in der Tumorklasse keine weiteren Gendefekte unterlagen.