Bedeutung von konstitutiv aktiviertem ERK1/2 und Galectin-3 für den malignen Phänotyp neuraler Tumorzellen

Abstract

Die Entstehung neuraler Tumore geht, wie die Entstehung vieler anderer Tumore, mit einer Vielzahl molekularer und zellulärer Veränderungen einher. Dies spiegelt sich auf molekularem Niveau beispielsweise durch veränderte Genexpressionsmuster wieder, die oftmals auf die Aktivierung von Signaltransduktionsketten zurück zu führen sind. Auf zellulärer Ebene findet sich unter anderem eine Erhöhung der Proliferationsrate und der Zellmotilität, sowie eine Reduktion des natürlichen Absterbepotentials. <br /> Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die Relevanz von (i) aktivierten MEK1/2ERK1/2 (Stellgliedern des Ras/MAPK Signalwegs) und (ii) Galectin-3 (einem oftmals in Tumoren exprimierten tierischen Lektins) für den malignen Phänotyp neuraler Tumorzellen untersucht. Sowohl eine Aktivierung des Ras/MAPK-Weges, als auch eine Expression von Galectin-3 beeinflussen bekanntermaßen positiv den malignen Phänotyp nicht-neuraler Tumorzellen (Erhöhung der Proliferations-/Migrationsrate, Erniedrigung der Absterberate bei verschiedenen, auch therapeutisch genutzten Stimuli). Für neurale Tumorzellen standen vergleichbare Ergebnisse noch aus, jedoch waren folgende Befunde bekannt: (i) In PC12-Zellen wird die Galectin-3 Expression über den Ras/MAPK-Signalweg positiv reguliert. Eine Aktivierung dieses Signalwegs führt zur neuronalen Differenzierung der Zellen, und geht mit einem Proliferationsstopp einher (ii) In der überwiegenden Mehrzahl von Gliomzellen kommt es, im Gegensatz zu normalen glialen Zellen, in vivo und in vitro zu einer Neoexpression von Galectin-3. Zudem gab es Hinweise, dass in Gliomzellen in vivo eine Aktivierung des Ras/MAPK-Signalwegs präsent ist.<br /> Folgende Fragen sollten im Rahmen der vorliegenden Arbeit geklärt werden, nachdem Vorstudien ergeben hatten, dass die Expression von Galectin-3 in glialen Tumorzellen nicht über den Ras/MAPK-Weg reguliert wird (Mocigemba, 2001): (i) In welchem Aktivierungszustand befinden sich Endglieder des Ras/MAPK-Weges in glialen Tumorzellen und welche Auswirkungen hat deren Expression auf den malignen Phänotyp dieser Zellen? (ii) Welche Auswirkungen auf den malignen Phänotyp von glialen Tumorzellen und Phaeochromocytomzellen hat die Überexpression von Galectin-3? Zur Analyse des ersten Teilaspekts wurde der Ras/MAPK Signalweg auf der Ebene von MEK1/2 in Gliomzellen pharmakologisch inhibiert. Zur Analyse des zweiten Teilaspekts wurde Galectin-3 in Gliom- (SKMG-5) und Phaeochromocytomzellen (PC12) mit Hilfe des Tet-On-Systems induzierbar überexprimiert. Zur generellen Analyse des malignen Phänotyps wurden primär solche Merkmale untersucht, die bei anderen Tumorzellen bekanntermaßen entweder über den Ras/MAPK-Weg oder die Expression von Galectin-3 beeinflußt werden.<br /> Im Wesentlichen wurden durch diese Vorgehensweise folgende Ergebnisse erhalten: (1) ERK1/2, terminale Stellglieder des Ras/MAPK-Signalwegs, lagen in allen der elf untersuchten Gliomzelllinien konstitutiv exprimiert vor. Inhibierung der vorgeschalteten MEK1/2-Kinasen in den gleichen Gliomzellen führte zu einer Reduktion der Proliferationsraten (durchschnittliche Erhöhung der Verdopplungszeit um 100%) und zu einer Verminderung des Migrationspotentials (eine um etwa 40% verringerte Flächenokkupation) in sieben der elf Zelllinien. In drei weiteren Zelllinien war zudem eine verminderte Migrationspotenz erkennbar, die jedoch nicht die Signifikanzkriterien erfüllte. Im Gegensatz hierzu blieb das Adhäsions- und Abflachungs-(„Spreading“) Potential der glialen Tumorzellen bei Inhibierung der MEK1/2-Kinasen unbeeinflusst. (2) Die induzierbare Überexpression von Galectin-3 in der Galectin-3-negativen glialen Tumorzelllinie SKMG-5 (die einzige bisher bekannte gliale Tumorzelllinie mit diesem molekularen Phänotyp) zeigte keinen Einfluss auf deren Proliferationsverhalten. Auch die Rate des apoptotischen Zelltods blieb bei Induktion durch Betulinsäure, Staurosporin, Gabe von Fas-Antikörpern oder Applikation hochenergetischer Röntgenstrahlung unverändert, was in deutlichem Unterschied zu nicht-neuralen Tumorzellen steht. (3) Die induzierbare Überexpression von Galectin-3 in PC12-Zellen, die konstitutiv ein niedriges Basisniveau an Galectin-3 aufzeigen, zeigte keinen Einfluss auf das Proliferations- aber auch nicht auf das Differenzierungsverhalten dieser Zelllinie. Die Rate apoptotischen Zelltods blieb bei Induktion durch Betulinsäure, Staurosporin und Gabe von Fas-Antikörper unverändert. Bei Applikation von hochenergetischer Röntgenstrahlung hingegen, war eine um 20% verminderte Absterberate nachweisbar. <br /> Zusammenfassend zeigen diese Ergebnisse, dass ein aktivierter Ras/MAPK-Weg am malignen Phänotyp glialer Tumorzellen in signifikantem Maße beteiligt ist. Das in anderen Tumoren, wie beispielsweise in Mammakarzinomen, dominant antiapoptotisch wirkende Galectin-3 scheint hingegen in neuralen Tumoren solch eine Funktion primär nicht wahrzunehmen.