Identification and Characterization of Regulators of Tumor Vascular Morphology
Final Report Abstract
Tumore initiieren die Bildung neuer Blutgefäße um eine ausreichende Versorgung mit Nährstoffen und Sauerstoff zu gewährleisten. Im Tumor ist jedoch der normalerweise stark kontrollierte und ausbalancierte Vorgang der Blutgefäßbildung massiv zu pro-angiogenen Signalen verschoben. Dadurch kommt es zur Bildung unzureichend entwickelter und dysfunktioneller Gefäße. Die schadhafte Vaskulatur behindert auch den ausreichenden Transport von Therapeutika in den Tumor und damit die Therapie an sich. Ein besseres Verständnis der molekularen Signalwege die die Gefäßstruktur regulieren könnte zur Entwicklung neuer Wirkstoffe führen, mit denen die Vaskulatur repariert werden kann um einen besseren Transport von Therapeutika in den Tumor zu gewährleisten. Ausgehend von Brustkrebsbiopsien haben wir neue Methoden entwickelt um molekulare Regulatoren zu identifizieren, die eine Dysfunktionalität der Tumorvaskulatur mit beeinflussen. Dazu wurde zum einen das Gefäßbild der verschiedenen Tumore systematisch charakterisiert und kategorisiert. Zum zweiten war der zentrale Punkt des Projekts die Etablierung eines Verfahrens zur spezifischen Aufnahme von Expressionmustern im Tumorendothel. Hier konnte schließlich eine Methodik etabliert werden bei dem zunächst mittels eines schonenden Verfahrens Gewebesektionen unter Erhalt der vorhandenen RNA immunhistologisch für Gefäßmarker gefärbt werden, um aus diesen gefärbten Proben mittels Lasermikrodissektion (LMD) die Blutgefäße zu isolieren. In einen zweistufigen Isolations/Amplifikationsschritt konnte aus den mikrodissektierten Proben ausreichend RNA für das Expressionsprofiling gewonnen werden. Mittels des Vergleichs der Gefäßstrukturen bzw. derer Schadhaftigkeit konnten sieben Transkriptionsfaktoren als putative Regulatoren mit Einfluss auf die Tumorgefäßmorphologie identifiziert werden. Die Rolle von drei dieser Kandidaten in der Transkriptionskontrolle und dem Verhalten von Endothelzellen (ECs) wurde darufhin zunächst umfassend in vitro untersucht. Hier zeigten sich, dass alle drei Kandidaten einen deutlichen Einfluss auf das Migrationsverhalten, die EC-EC Wechselwirkungen und auf die Permeabilität des Endothels haben. Die Ergebnisse konnten bereits eine Ursächlichkeit der Transkriptionsfaktoren hinsichtlich der Dysfunktionalität der Tumorvaskulatur unterlegen. Weiter belegt wurden diese durch Tumorwachstums- und Behandlungsstudien in konditionalen knock-down Mäusen. In diesen wurde unter Kontrolle des endothelspezifischen Promotors für Cadherin 5 eine Kopie eines des Transkriptionsfaktoren entfernt. In diesen Mausmodellen konnten bereits die zugrundeliegenden Mechanismen geklärt werden, die zu einer Snai1 gesteuerten Veränderung der Tumorvaskulatur führen. In einer Fortführung des Projektes konnten wir einen von uns entwickelten Ansatz zur Generierung gerichteter Therapeutika entscheidend verbessern. Wie wir bereits gezeigt hatten lassen sich die pharmakologischen eigenschaften von antisense Wirkstoffen entscheidend verbessern, wenn sie an organspezische, zellpenetrierende Peptide gekoppelt werden. Durch ein Screening auf neue tumorendothel-spezifische Peptide und vor allem durch chemische Modifikation sowohl der Peptide („hydro-carbon stapeling“) als auch der verwendeten Antisenseoligonucleotide konnte die Effizienz dieses Ansatzes deutlich gesteigert werden. Mit diesem verbesserten Ansatz konnten erste Behandlungsuntersuchungen durchgeführt werden, die auf eine erhöhte therapeutische Effizienz hindeuten. Derzeit werden weitergehende in vivo Studien durchgeführt, um zu untersuchen ob eine Behandlung mit den verbesserten chimären Molekülen das Ansprechen auf subsequent administrierte Chemotherapeutika erhöht.
Publications
- Improving drug delivery into solid tumors by modification of the extracellulare matrix PhD thesis, Universität Würzburg, (2015)
Röhrig, F.
- Inhibition of Lysyl Oxidases Improves Drug Diffusion and Increases Efficacy of Cytotoxic Treatment in 3D Tumor Models. Sci Rep, 2015. 5: p. 17576
Schütze, F., F. Röhrig, S. Vorlova, S. Gätzner, A. Kuhn, S. Ergün, and E. Henke
(See online at https://doi.org/10.1038/srep17576) - Identifying regulators of tumor vascular morphology PhD thesis, Universität Würzburg, (2016)
Hoffmann, H.
