Das Nierenzellkarzinom: Etablierung und Validierung von Primärzellkulturen als in vitro-Modell zur Patienten-individualisierten Therapietestung

Abstract

Obwohl Immuncheckpoint-Inhibitoren und zielgerichtete Therapeutika die Prognose des fortgeschrittenen und metastasierten Nierenzellkarzinoms in den letzten Jahren verbessert haben, besteht weiterhin ein dringender Bedarf an neuen Therapieansätzen, insbesondere für die selteneren, wenig erforschten histologischen Subtypen dieses heterogenen Tumors. <br /> Als erstes Ziel dieser Arbeit wurden Primärzellkulturen aus verschiedenen Nierenzellkarzinom-Subtypen etabliert. Im nächsten Schritt wurde dieses in vitro-Modell mit immunhistochemischen Methoden, Sanger-Sequenzierung und RNA-Sequenzierung charakterisiert, um ihre Nähe zum ursprünglichen Gewebe zu validieren. Im letzten Schritt wurde überprüft, ob die Primärzellkulturen für eine experimentelle Anwendung als in vitro-Modell geeignet sind: Die Zellkulturen wurden mit Tyrosinkinaseinhibitoren und dem Glykolyse-Inhibitor 2-Deoxy-D-Glukose zielgerichtet behandelt, welcher die dysregulierte Glykolyse insbesondere im klarzelligen Nierenzellkarzinom inhibiert. <br /> Primärzellkulturen des klarzelligen, papillären und chromophoben Nierenzellkarzinoms sowie des benignen Nierengewebes wurden erfolgreich etabliert. Die Zellen exprimierten die immunhistochemischen Marker ihres Ursprungstumors, teilten im Fall des klarzelligen Nierenzellkarzinoms die gleichen Mutationen des VHL-Gens und zeigten in der RNA-Sequenzierung für das Nierenzellkarzinom charakteristische Expressionsprofile. Es kann also von der Etablierung eines repräsentativen Modells ausgegangen werden. Die Behandlung der Primärzellkulturen mit Tyrosinkinaseinhibitoren, allein und kombiniert mit 2-Deoxy-D-Glukose, zeigte ein äußerst variables Ansprechen. Wenn auch nicht übertragbar auf eine in vivo-Situation im Patienten, so spiegeln die Ergebnisse doch die Heterogenität dieser Tumoren wider und zeigen, dass das Modell eine Verwendung für translationale Experimente und Therapietestung erlaubt. Gerade für die selteneren Subtypen des Nierenzellkarzinoms existieren aktuell keine spezialisierten Therapien, sodass das etablierte in vitro-Modell ein nützliches und wertvolles Werkzeug für die translationale und Patienten-individualisierte Tumorforschung darstellen könnte.

<strong>Targeting glycolysis with 2-deoxy-d-glucose sensitizes primary cell cultures of renal cell carcinoma to tyrosine kinase inhibitors</strong> <br /> <strong>Purpose</strong> To investigate the synergistic effect of glycolysis inhibition on therapy answer to tyrosine kinase inhibitors in renal carcinoma. <br /> <strong>Methods</strong> Primary cell cultures from 33 renal tumors including clear cell RCC (ccRCC), papillary RCC and the rare subtype chromophobe RCC as well as two metastases of ccRCC were obtained and cultivated. The patient-derived cells were verified by immunohistochemistry. CcRCC cells were further examined by exon sequencing of the von Hippel–Lindau gene (VHL) and by RNA-sequencing. Next, cell cultures of all subtypes of RCC were exposed to increasing doses of various tyrosine kinase inhibitors (axitinib, cabozantinib and pazopanib) and the glycolysis inhibitor 2-deoxy-d-glucose, alone or combined. CellTiter-Glo® Luminescence assay and Crystal Violet staining were used to assess the inhibition of glycolysis and the viability of the cultured primary cells. <br /> <strong>Results</strong> The cells expressed characteristic tissue markers and, in case of ccRCC cultures, the VHL status of the tumor they derived from. An upregulation of HK1, PFKP and SLC2A1 was observed, while components of the respiratory chain were downregulated, confirming a metabolic shift towards aerobic glycolysis. The tumors displayed variable individual responses for the therapeutics. All subtypes of RCC were susceptible to cabozantinib treatment indicated by decreased proliferation. Adding 2-deoxy-d-glucose to tyrosine kinase inhibitors decreased ATP production and increased the susceptibility of ccRCC to pazopanib treatment. <br /> <strong>Conclusion</strong> This study presents a valuable tool to cultivate even uncommon and rare renal cancer subtypes and allows testing of targeted therapies as a personalized approach as well as testing new therapies such as glycolysis inhibition in an in vitro model.