Karzinogenese und Tumorentwicklung
Abb. 1: Der Mehrstufenprozess der Karzinogenese umfasst einen komplexen Vorgang, der die metabolische Aktivierung von Prokarzinogenen bis hin zur Aktivierung mehrerer Onkogene und Inaktivierung von Tumorsuppressorgenen umfasst.
Zellschicksalsentscheidungen
Für die Untersuchung der involvierten Mechanismen setzen wir Zell- und Maussysteme ein, in denen mittels konditionaler Expressionskonstrukte die Transkription von Onkogenen an oder ausgeschaltet werden kann. Dies sind gute Voraussetzungen für die Untersuchung der hierdurch hervorgerufenen Veränderungen des Phänotyps und die hierfür verantwortlichen Veränderungen im Signaltransduktionsnetzwerk.
Abb.2: Eine zunächst unerwartete Beobachtung bestand darin, dass Induktion der Expression einer onkogenen Variante der Rezeptortyrosinkinase erbB2 (NeuT) in der Brustkrebszelllinie MCF-7 nicht zu einer Steigerung der Malignität, etwa in Form gesteigerter Proliferation führte, sondern zu „Onkogen induzierter Seneszenz“. Hierbei sterben die Zellen im Gegensatz zur Apoptose nicht, sie sind aber nicht mehr in der Lage zu proliferieren und vollziehen massive morphologische Veränderungen. A. Induktion der Expression von NeuT im Tet-on System zu verschiedenen Zeitpunkten nach Zusatz von Doxycyclin (dox) zum Kulturmedium. B. Native MCF-7 Zellen. C. Seneszente MCF-7 Zellen nach Induktion von Seneszenz durch Expression von NeuT. Umfassende Untersuchungen zur Signaltransduktion haben gezeigt, dass der Seneszenzmechanismus über P38 und P21 vermittelt wird (Trost et al., 2005; Spangenberg et al., 2006). Demnach müssen Zellen, nach Aktivierung eines Onkogens in der Regel zunächst noch Sicherungsmechanismen wie „Onkogen indizierte Seneszenz“ oder Apoptose überwinden, bevor sie zu Tumoren heranwachsen können.
Wichtig bei der Untersuchung tumorrelevanter Mechanismen in vitro ist, dass die in Zellkultur erhaltenen Befunde validiert werden. Dies kann im Maussystem und an menschlichem Tumormaterial erfolgen. Zu diesem Zweck haben wir zusammen mit unseren Kooperationspartnern Dr. Marcus Schmidt (Universitätsmedizin Mainz) und Dr. Matthias Gehrmann (Siemens Medical Solutions) eine Tumordatenbank aufgebaut, in der uns Affymetrix Genexpressionsdaten und ein vollständiges klinisches follow-up von 766 Patientinnen mit nodal-negativen Mammakarzinomen zur Verfügung stehen. Dies ist auch im Sinne der Aufgabenstellung des IfADo relevant, da bekannt wurde, dass Schichtarbeit einen Risikofaktor für Estrogen-abhängige Tumore wie das Mammakarzinom darstellen kann.
Abb.
3: Beispiel der Validierung einer Hypothese in unserer Kohorte mit nodal-negativen
Mammakarzinomen (insgesamt: n=766). Da die Gesamtkohorte drei unabhängigen
Subkohorten entstammt, kann überprüft werden, ob in jeder einzelnen
Subkohorte ein ähnliches Ergebnis erzielt wird. Im vorgestellten Beispiel
wird gezeigt, dass ein von uns neu beschriebenes B-Zell Metagen in allen drei
Subkohorten in ähnlicher Weise mit besserer Prognose assoziiert ist (Schmidt
et al., 2008). Dies bedeutet, dass Patientinnen mit ausgeprägter Infiltration
von B-Zellen in ihren Tumoren ein geringeres Risiko haben, an einer Metastase
zu erkranken.
Individuelle Suszeptibilität für Tumorerkrankungen
Es ist seit langem bekannt, dass das Risiko an einem Tumor zu erkranken sowohl von der Exposition und Lebensbedingungen als auch von der genetischen Prädisposition abhängt. Einen Beitrag zur genetischen Prädisposition wiederum leisten Polymorphismen und Kopiennummervariationen. Durch die Verfügbarkeit von Chips zur Erfassung von Einzelnukleotidpolymorphismen (SNP) und Kopiennummervariationen ist deren Erfassung inzwischen nahezu genomweit möglich. Durch Mitarbeit unserer Zentralen Einrichtung für Arbeitsmedizin an einer internationalen Studie (Kiemeney et al., 2008) und durch eine Studie an eigenem Patientenmaterial (Golka et al., 2009) wurde die Bedeutung eines neuen c-myc nahen SNPs erkannt, der mit erhöhtem Risiko für Harnblasenkrebs einhergeht. Da wir für die von uns gesammelten Fälle und Kontrollen die berufliche Exposition gegenüber Harnblasenkarzinogenen systematisch erfassen, konnten wir erste Hinweise erarbeiten, dass aufgrund von SNPs möglicherweise eine Differenzierung von Karzinomen mit versus ohne berufliche Exposition möglich sein könnte. Dies wäre für die oft umstrittene Anerkennung von individuellen Harnblasenkarzinom-Erkrankungen als Berufskrankheit von Bedeutung. Durch genomweite Chip-Analysen und den Aufbau großer Validierungkohorten (mehr als 2000 Fälle und Kontrollen) versuchen wir den Einfluß von SNPs und Koopennummervariationen im Zusammenspiel mit beruflicher Exposition gegenüber Karzinogenen genomweit zu erfassen.
Ausgewählte Publikationen
Schmidt M, Hengstler JG, von Törne C, Koelbl H, Gehrmann MC. Coordinates in the universe of node-negative breast cancer revisited. Cancer Res. 2009 Apr 1;69(7):2695-8.
Schmidt M, Böhm D, von Törne C, Steiner E, Puhl A, Pilch H, Lehr H-A, Hengstler JG, Kölbl H, Gehrmann M. The humoral immune system has a key prognostic impact in node-negative breast cancer. Cancer Res 2008;68:5405-13.
Tanner B, Hasenclever D, Stern K, Schormann W, Bezler M, Hermes M, Brulport M, Bauer A, Schiffer IB, Gebhard S, Schmidt M, Steiner E, Sehouli J, Edelmann J, Lauter J, Lessig R, Krishnamurthi K, Ullrich A, Hengstler JG. ErbB-3 predicts survival in ovarian cancer. J Clin Oncol. 2006 Sep 10;24(26):4317-23.
Spangenberg C, Lausch EU, Trost TM, Prawitt D, May A, Keppler R, Fees SA, Reutzel D, Bell C, Schmitt S, Schiffer IB, Weber A, Brenner W, Hermes M, Sahin U, Tureci O, Koelbl H, Hengstler JG, Zabel BU. ERBB2-mediated transcriptional up-regulation of the alpha5beta1 integrin fibronectin receptor promotes tumor cell survival under adverse conditions. Cancer Res. 2006;66(7):3715-25.
Trost TM, Lausch EU, Fees SA, Schmitt S, Enklaar T, Reutzel D, Brixel LR, Schmidtke P, Maringer M, Schiffer IB, Heimerdinger CK, Hengstler JG, Fritz G, Bockamp EO, Prawitt D, Zabel BU, Spangenberg C. Premature senescence is a primary fail-safe mechanism of ERBB2-driven tumorigenesis in breast carcinoma cells. Cancer Res. 65:840-9, 2005.
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Schiffer IB, Gebhard S, Heimerdinger CK, Heling A, Hast J, Wollscheid U, Seliger B, Tanner B, Gilbert S, Beckers T, Baasner S, Brenner W, Spangenberg C, Prawitt D, Trost T, Schreiber WG, Zabel B, Thelen M, Lehr HA, Oesch F, Hengstler JG. Switching off her-2/neu in a tetracycline-controlled mouse tumor model leads to apoptosis and tumor-size-dependent remission. Cancer Res. 63, 7221-31, 2003.
Schmidt M, Hasenclever D, Schaeffer M, Boehm D, Cotarelo C, Steiner E, Lebrecht A, Siggelkolw W, Weikel W, Schiffer-Petry I, Gebhard S, Pilch H, Gehrmann M, Lehr HA, Koelbl H, Hengstler JG, Schuler M. Prognostic effect of epithelial cell adhesion molecule overexpression in untreated node-negative breast cancer. Clin Cancer Res 2008;14:5849-55.
Golka K, Hermes M, Selinski S, Blaszkewicz M, Bolt HM, Roth G, Dietrich H, Prager HM, Ickstadt K, Hengstler JG. Susceptibility to urinary bladder cancer: relevance of rs9642880[T], GSTM1 0/0 and occupational exposure. Pharmacogenet Genomics. 2009 Oct 1. [Epub ahead of print]
Kiemeney LA,…, Golka K,…, Stefansson K. Sequence variant on 8q24 confers susceptibility to urinary bladder cancer. Nat Genet. 2008 Nov;40(11):1307-12.