Protein-Midkine, sekretiert von Melanomen, bildet Nischen für Metastasen • Vyacheslav Kalinin • Science News auf "Elemente" • Onkologie

Das von Melanomen sekretierte Midkine-Protein bildet Nischen für Metastasen

Abb. 1. Das allgemeine Schema der Art und Weise, in der Melanom Metastasen in entfernten Lymphknoten und Organen bildet. Entgegen der bisher akzeptierten Sichtweise schließt dieser Prozess nicht die Bildung von Lymphgefäßen in und um den Primärtumor ein. Der durch den Tumor produzierte Midkine-Zellwachstumsfaktor (MDK) wird in der freien Form und in der Zusammensetzung der Exosomen sezerniert. Es erreicht entfernte prä-metastatische Lymphknoten und Organe, in denen sich später Metastasen bilden. Zirkuliert Midkine in der Lymphe und / oder im Blut bleibt unbekannt. Midkin induziert Lymphangiogenese an diesen Orten, die sie auf die Ankunft von Krebszellen vorbereitet. Bild aus einer populären Zusammenfassung zum Artikel inNatur

Eine Reihe von Labormäusen wurde entwickelt, um die Bildung neuer Lymphgefäße im Körper nachzuverfolgen. Es wurde gezeigt, dass der vom Melanom sekretierte Midkine-Zellwachstumsfaktor diesen Prozess stimuliert und Nischen für die Bildung von Metastasen außerhalb des Tumors vorbereitet. Die Ergebnisse könnten die Entwicklung neuer Marker zur Bestimmung des Metastasierungsrisikos sowie neue Ansätze zur Prävention und Behandlung von Metastasen ermöglichen.

Krebs als Todesursache steht in der Welt an der Spitze, und in einer Reihe von entwickelten Ländern hat diese Position bereits eingenommen. Primärer Krebs ist nicht so gefährlich: Er kann oft operativ entfernt werden. Krebszellen, die im ganzen Körper verteilt sind und sich zu sekundären Tumoren (Metastasen) entwickeln können, manchmal sogar in Organen und Geweben, die sehr weit vom Primärtumor entfernt sind, sind viel gefährlicher. Aktive Forschung ist im Gange, um den Migrationsweg von Krebszellen im ganzen Körper zu bestimmen und die Bildung von Metastasen zu blockieren. Diese Probleme sind noch nicht gelöst, und jeder bemerkenswerte Schritt in ihrer Lösung ist sowohl in der theoretischen als auch in der praktischen Onkologie sehr wichtig.

Melanom der Haut ist eine häufige aggressive Erkrankung mit sehr früher Kolonisierung der Lymphknoten durch Krebszellen, der die aktive Bildung neuer Lymphgefäße vorausgeht (Lymphangiogenese). Die Entfernung des Primärtumors und der benachbarten Lymphknoten verlängert nicht immer das Leben des Patienten. Darüber hinaus kollabieren während des Fortschreitens des Melanoms die Lymphgefäße des Tumors und verlieren ihre Funktion.Daher blieb unklar, ob Lymphangiogenese mit Melanommetastasen assoziiert ist, und wenn ja, wie. Es wurde vorgeschlagen, dass Proteine, die von einem Tumor und / oder seinem Stroma sezerniert werden, mit der Bildung von Nischen für metastatische Melanomzellen assoziiert sind. Die Untersuchung der Rolle der Lymphangiogenese bei Melanomen und anderen bösartigen Tumoren wurde durch die Tatsache erschwert, dass es keine geeigneten Versuchstiere zur Visualisierung entfernter prämetastatischer Nischen gab.

Wissenschaftler um Maria Soengas (María S. Soengas) vom Spanischen Nationalen Krebsforschungszentrum konzentrierten sich zusammen mit Kollegen aus verschiedenen anderen medizinischen und wissenschaftlichen Einrichtungen in Spanien und den Vereinigten Staaten auf die Verfolgung der Lymphangiogenese im gesamten Körper. Dazu nutzten sie die bekannte Eigenschaft des Rezeptors 3 für vaskulären endothelialen Wachstumsfaktor (VEGFR3). Seine Expression in Zellen der Lymphgefäße ist normalerweise stark unterdrückt, aber es wird bei pathologischen Zuständen, bei Entzündungen und bei Krebs scharf aktiviert. Mit gentechnischen Methoden konstruierten die Autoren Linien von Modellmäusen, in denen das Gen für das fluoreszierende Luciferaseprotein unter die Kontrolle eines Promotors gestellt wurde. Vegfr3.

Mit einem Sensor, der Fluoreszenz registriert, beobachteten sie das Wachstum von Lymphgefäßen in der gesamten Maus, nachdem sie kultivierte Melanomzellen unter die Haut transplantiert hatten, abhängig von der Progression der Metastase (Abb. 2).

Abb. 2 Luciferase-Emission nach Transplantation von Melanomzellen in Mäuse. Auf der linken Seite Mäuse werden nach Transplantation von Melanom-Zelllinien mit geringerem Potential für Metastasen gezeigt, auf der rechten Seite – mit viel. Die Zahlen auf dem Foto – Tage nach der Implantation. Rot punktiert eingekreiste Primärtumoren. Abbildung aus dem besprochenen Artikel in Natur

Es stellte sich heraus, dass das Wachstum von Gefäßen in verschiedenen Teilen des Körpers, die vom Ort der Transplantation entfernt sind, unabhängig von ihrem Wachstum um den Primärtumor auftritt. Daher bestimmt die Lymphangiogenese um den Primärtumor nicht die metastatische Kolonisierung von Krebszellen in anderen Organen und Geweben. Darüber hinaus korrelierte das Expressionsniveau im Tumor des vaskulären endothelialen Wachstumsfaktors C (VEGFC), der an VEGFR3 bindet und diesen aktiviert, nicht mit der Bildung von Fernmetastasen. Das heißt, Lymphangiogenese in entlegenen Bereichen des Körpers ist nicht mit der Produktion von VEGFC-Tumor assoziiert.

Es wurde bereits gezeigt, dass ein Tumor eine Nischenbildung für Metastasen in entfernten Organen induziert, bevor metastatische Zellen eintreffen. Wenn der Tumor entfernt wird, können sich in diesen Nischen noch Metastasen bilden. Die Autoren zeigten, dass selbst noch schwach entwickelte Tumore die Expression von Luciferase in den Lymphknoten von Leber, Milz und Lunge induzierten. Nach einiger Zeit bildeten sich dort Metastasen. Die Entfernung des Tumors war von einer signifikanten Abnahme des Luciferase-Spiegels in den vormetastatischen Stellen begleitet, später konnte sie jedoch wieder zunehmen, und später bildeten sich Metastasen (3).

Abb. 3 Quantitative Bewertung der Luciferase-Emission nach Transplantation von Mäusen mit Melanomzellen und Entfernung des Primärtumors (in blauen Zahlen Punkte sind angegeben: 1 – Implantation des Tumors, 2 – vor der Entfernung des Primärtumors, 3 – nach der Entfernung, 4 – nach dem Nachweis von Metastasen). Daten werden für Metastasen in den Lymphknoten, Lungen und Haut gezeigt. Abbildung aus dem besprochenen Artikel in Natur

Diese Daten zeigen, dass die Aktivierung der distalen Lymphangiogenese, induziert durch Tumorzellen, ein Indikator für die Bildung einer vormetastatischen Nische ist.

Da sich herausgestellt hat, dass VEGFC nicht die Ursache für eine entfernte Lymphangiogenese und die Bildung von Metastasen ist, untersuchten die Autoren andere tumorsekretierte Faktoren, die mit diesen Prozessen assoziiert sein könnten. Unter Verwendung von Flüssigkeitschromatographie und Massenspektrometrie verglichen sie Peptid-Kits, die aus der Spaltung von Proteinen resultieren, die von Melanom-Zellkulturen abgesondert werden, mit unterschiedlicher Fähigkeit, Metastasen zu bilden. Der Vergleich mit den Katalogen von "Peptidsignaturen" zeigte, dass der wahrscheinlichste Kandidat für die Rolle eines Induktors der Lymphangiogenese das Midkine (MDK) ist. Dieses kleine Protein ist als Zellwachstumsfaktor bekannt und stimuliert insbesondere das Wachstum von Blutgefäßen, aber seine Beteiligung an der Lymphangiogenese war bisher nicht bekannt.

Immunhistologische Analysen zeigten, dass Midkin aktiv von Melanomzellen mit einem hohen Metastasierungspotential und sehr schwach in Zellen mit einem niedrigen Potential produziert wird (Abb. 4).

Abb. 4 Von links nach rechts histologische Präparate von Zellen, die in Mäuse mit Melanomen mit einem ansteigenden Potential für Metastasen transplantiert wurden. Midkin ist in der Form sichtbar rote Streifen und Flecken. Abbildung aus dem besprochenen Artikel in Natur

Die Unterdrückung der Expression und Sekretion von Midkinen unter Verwendung speziell ausgewählter Haarnadel-RNA (shRNA) beeinflusste die Expression von VEGFC oder VEGFD nicht. Darüber hinaus beeinflusste es nicht das Wachstum von Blutgefäßen in Xenotransplantat (verursacht durch menschliche Melanomzellen) Tumoren. Aber die Bildung von Lymphgefäßen in ihnen wurde unterdrückt. Der auffälligste Effekt der Suppression von Midkine ist die Beendigung der Lumineszenz und die Bildung von Metastasen in entfernten Lymphknoten und Organen (Abb. 5). Bei Mäusen mit deprimierter Midkine-Expression bildeten sich nach Entfernung des Primärtumors keine Metastasen. Gleichzeitig hat die erhöhte Expression von Midkine, induziert durch die Einführung eines lentiviralen Vektors, der das kodierende Midkine-Gen trägt, in Zellen induziert, Zellen mit einem schwachen Potential für Metastasen aktiv metastasierend gemacht.

Abb. 5 Auf der linken Seite: Luciferase-Emission (Farbe gibt die Intensität an) nach der Transplantation der Mausmelanomzellen. Die Verwendung von speziellen "Haarnadel" -RNAs, die das für Midkin kodierende Gen ausschalten, unterdrückt die Lymphangiogenese (die Ergebnisse der Verwendung von zwei der fünf solcher RNAs, die in der Arbeit verwendet werden, sind gezeigt). Abbildung aus dem besprochenen Artikel in Natur

Das Kulturmedium von Zellen, die aktiv Midkine freisetzen, stimuliert die Proliferation des Endothels der Lymphgefäße. Und im Körper der Maus akkumulierte sich die Midkina in den sich bildenden Lymphgefäßen (Abb. 6). Dies führte zur Aktivierung des proliferationsstimulierenden Proteins mTOR im Endothel. Darüber hinaus stimulierte Midkine nicht nur die Lymphangiogenese, sondern trug auch zur Adhäsion von Krebszellen in den neu gebildeten Lymphgefäßen bei.

Abb. 6 Midkin (grün) akkumuliert an den Stellen der Bildung neuer Lymphgefäße und deren Eintritt in Lymphknoten (gezeigt Pfeile). Sternchen markierte Stromazellen. Lymphgefäße sind rot kontrastiert. Abbildung aus dem besprochenen Artikel in Natur

So hat die durchgeführte Forschung die Mechanismen aufgedeckt, durch die der sekretierende Midkine-Primärtumor des Melanoms das Wachstum von Lymphgefäßen verursacht. Dies führt wiederum zur Bildung vormetastatischer Nischen mittels bisher unbekannter Prozesse.

Eine retrospektive Studie von gutartigen Molen und menschlichen Melanomen zeigte auch die Assoziation der Midkine-Expression mit dem klinischen Bild der Erkrankung.Bei operierten Patienten mit hohem Midkine-Gehalt in Lymphknoten, die frei von Tumorzellen waren, war die Prognose der Lebenserwartung ohne Rückfälle signifikant schlechter als bei Patienten mit niedrigem Midkine-Spiegel.

Die Ergebnisse der Diskussion sind sowohl für die theoretische als auch für die praktische Onkologie von großer Bedeutung. Aber eine Reihe wichtiger Fragen ist unbeantwortet geblieben. Welche Wege durch die Blut- und / oder Lymphgefäße Midkine gelangen in abgelegene Teile des Körpers? Welcher der Rezeptoren von Lymphgefäßendothelzellen ist mit Lymphangiogenese assoziiert? Inwieweit können die mit Melanomen erzielten Ergebnisse auf andere Krebsarten übertragen werden?

Aus praktischer Sicht können Midkine und Lymphangiogenese als gute molekulare und funktionelle Marker für das Metastasierungsrisiko dienen. Die Lymphangiogenese und ihre Treiber (Midkine, mTOR und andere) können Ziele für neue Methoden und Mittel zur Verhinderung von Metastasen sein.

Quellen:
1) D. Olmedaet al. Ganzkörper-Bildgebung von lymphovaskulären Nischen identifiziert prä-metastatische Rollen von Midkine // Natur. 2017. V. 546. S. 676-680.
2) A. Hoshino, D. Lyden. Metastase: Lymphknotenumleitungen für Krebs // Natur. 2017. V. 546. P. 609-610. (Populäre Synopse zu dem diskutierten Artikel.)

Vyacheslav Kalinin


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