Der Einfluss latenter Heparanase auf die Aktivität des Integrins VLA-4 bei Adhäsion und Migration von Melanomzellen

Abstract

Das Enzym Heparanase nimmt in den Teilprozessen der hämatogenen Metastasierung von der Ablösung der Tumorzelle vom Primärtumor bis zur Extravasation in ein fremdes Gewebe eine wichtige Rolle ein. Es bewirkt die Degradation von Heparansulfat-Proteoglykanen wie dem Syndekan-4, die als Zelloberflächenstrukturen Reservoirs für Chemokine und Wachstumsfaktoren darstellen. Die Ausschüttung der latenten Proform der Heparanase durch die Tumorzelle und ihre Aktivierung im extrazellulären Raum sind Bestandteile eines komplexen Zusammenspiels von Zelloberflächenstrukturen der Tumorzelle und Enzymen sowie Chemokinen von rekrutierten Zellen der Immunabwehr. Dabei ist die Interaktion der Tumorzelle mit ihrer Umgebung in allen Abschnitten der Metastasierung elementar für ihr Überleben und die Ansiedlung in fremden Geweben. Um diese zu stoppen, bieten sich Zelloberflächenrezeptoren wie Integrine als Targetstrukturen an. Beispielsweise stellt die Hemmung der Bindungsfähigkeit des Integrins VLA-4 zu endothelialem VCAM-1 eine aussichtsreiche Interventionsmöglickeit in der Metastasierungskaskade dar.<br /> Die vorliegende Dissertationsschrift beschreibt die Beeinflussung der VLA-4/VCAM-1-Wechselwirkung durch die enzymatisch inaktive Proform der Heparanase. Durch biosensorische Experimente konnte die hohe Bindungsaffinität von latenter Heparanase zu Syndekan-4 verifiziert werden und ebenso die Affinitäten zu Integrinen und VCAM-1 gezeigt und quantifiziert werden. Aufbauend auf diesen Grundlagen wurde die Migration und Adhäsion von Melanomzellen in Abhängigkeit von VLA-4 und Syndekan-4 untersucht. Exogen zugeführte latente Heparanase vermag das Bindungsverhalten der Zellen über VLA-4 transient zu steigern, wobei der Inkubationsdauer und der Heparanase-Konzentration hohe Bedeutung zukommt. Diese Integrin-Aktivierung findet jedoch ausschließlich nach der Bindung von latenter Heparanase zu Syndekan-4 statt. Bei einer reduzierten Expression des Syndekan-4 erfolgt keine inside-out Aktivierung des VLA-4. Die Ausschüttung von latenter Heparanase durch die Melanomzelle kann als autoregulativer Effekt angesehen werden, da sie ihre Adhäsion durch Integrine über die eigene Ausschüttung von Heparanase steuert. <br /> Die intrazelluläre Aktivierung des Integrins über diverse Kinasen wurde erfasst und zeichnet ein komplexes Bild auf. Fokale Adhäsionen werden aufgrund des Zusatzes von latenter Heparanase über VLA-4 gebildet und äußern sich in der Aktivierung der Kinasen FAK und AKT, sowie in der Bildung von Vinculinspots. Der ERK-Signalweg, der in die Prozesse der Zelldifferenzierung, des Wachstums und der Apoptose involviert ist, wird durch die Bindung der latenten Heparanase aktiviert, ebenso wie der nachgeschaltete Weg über das tumorsuppressive p53.<br /> Diese Erkenntnisse fügen sich zu einem Gesamtbild der möglichen Autoregulation der Tumorzelle im Prozess der Metastasierung zusammen. Da die enzymatische Aktivität der Heparanase pH-Wert abhängig ist und nur im leicht sauren Milieu des Tumors voll zum Tragen kommt, trägt dies entscheidend zum Abbau der extrazellulären Matrix und Forcierung der migrativen Fähigkeit der Tumorzellen im Metastasierungsprozess bei. In pH-neutraler Umgebung der EZM fördert dann die latente Form der Heparanase die Integrin-vermittelte Adhäsion und Migration der Zellen.<br /> Desweiteren wurde gezeigt, dass die proadhäsive Wirkung der latenten Heparanase durch Heparine inhibiert werden kann. In biosensorischen Untersuchungen konnte die hohe Affinität der vermessenen Heparinderivate bestimmt werden und die Wechselwirkung der Heparine zu latenter Heparanase, die bereits an Syndekan-4 gebunden vorliegt. Eine bestehende Bindung zwischen den beiden Komponenten können die vermessenen Heparine zwar nicht auflösen, vermögen jedoch die latente Heparanase vor einer Wechselwirkung mit dem Heparansulfat-Proteoglykans zu binden und dadurch eine Syndekan-4-Anlagerung und eine resultierende inside-out Aktivierung des Integrins zu blockieren. Somit leistet diese Arbeit darüber hinaus einen Beitrag zur Aufklärung des antimetastatischen Wirkmechanismus von Heparinen, indem Heparine nicht nur die enzymatische Funktion der Heparanase unterbinden, sondern vorab bereits eine Bindung der latenten Proheparanase zur Tumorzelle verhindern.