Characterization of a Tlr3-Trif-dependent progenitor cell status during pancreatic regeneration and pancreatic carcinogenesis.
Gastroenterology
Cell Biology
Final Report Abstract
Der Tlr3/Irf3/Irf7 Signalweg spielt eine wichtige Rolle in der angeborenen Immunantwort und dem Schutz vor Pathogenen. Der Tlr3 Rezeptor detektiert doppelsträngige RNAs (dsRNAs) und gibt ein Signal über den Faktor Trif und die Transkriptionsfaktoren Irf3 und Irf7 ins Zellinnere weiter, woraufhin Interferone und weitere Zielgene aktiviert werden. Neben den dsRNAs von Pathogenen erkennt der Tlr3 Rezeptor ebenfalls RNA-Moleküle, die bei Zellschädigungen (wie Nekrosen) freigesetzt werden. Interessanterweise sind die Signalwegskomponenten Tlr3, Irf3 und Irf7 sehr stark in metaplastischen Azinuszellen und pankreatischen Tumorzellen exprimiert. Welche Funktion sie dort einnehmen ist jedoch vollkommen unklar. Azinuszellmetaplasie tritt im Rahmen der Pankreasregeneration nach Gewebeschädigung auf und ist ebenfalls ein Vorläuferstadium bei der Tumorentstehung. Wir haben daher die Hypothese aufgestellt, dass der Tlr3 Signalweg bei einer Schädigung des Pankreasgewebes aktiviert wird und die Reprogrammierung von Azinuszellen zu einem progenitor-ähnlichen, duktalen Phänotyp (azinäre-duktale Metaplasie, ADM) positiv oder negativ beeinflusst. Die Ausbildung von ADM ist sehr stark von epigenetischen Faktoren und Prozessen abhängig, die eine enorme Veränderung im Genexpressionsprofil der Azinuszellen hervorrufen. Daher wollten wir zusätzlich untersuchen, ob die Aktivierung des Tlr3/Irf3/Irf7 Signalwegs einen Einfluss auf die epigenetische Regulation der Azinuszellmetaplasie hat. Für die Inaktivierung des Tlr3/Irf3/Irf7 Signalwegs haben wir Irf3 und Irf7 Knockout (KO) Tiere oder Zellen verwendet. Eine Aktivierung des Signalweges wurde über die Gabe des Tlr3-Liganden Poly(I:C) in Zellkulturversuchen erreicht. Sehr überraschend war, dass die ADM Formierung und Pankreasregeneration nach induzierter Gewebeschädigung in Kontroll- und Irf3/Irf7KO Tieren keine Unterschiede zeigte. Es gab einen Trend, dass weniger Immunzellen in den Irf3/Irf7KO Mäusen infiltriert waren, jedoch waren diese Unterschiede nicht signifikant. Ebenso war die ADM Bildung und Azinuszellmetaplasie in vitro nach Poly(I:C) Behandlung nicht verändert. Aufgrund dieser Daten hatten wir nicht damit gerechnet, dass die Tumormäuse einen Phänotyp zeigen würden. Umso spannender waren die Ergebnisse, dass die Irf3/Irf7KO Tiere mit induzierter onkogener Kras Expression, im Vergleich zu den Kontrolltieren, keine Tumorläsionen ausbildeten. Die Expression der Transkriptionsfaktoren Irf3 und Irf7 ist somit essentiell für die Tumorentstehung. Um zu unterscheiden, ob inflammatorisch oder epithelial-vermittelte Irf3/Irf7-Prozesse für die Ausbildung von Tumorläsionen verantwortlich sind, haben wir abweichend vom Arbeitsprogramm Knochenmark-Transplantationsversuche und orthotope Injektionen von Tumorzellen in Irf3/Irf7KO Tiere geplant, um einen gerichteten inflammatorischen oder epithelialen Verlust von Irf3/Irf7 zu generieren. Um diese interessanten Erkenntnisse weiter zu vertiefen, haben wir abweichend vom Arbeitsprogramm die Frage aufgestellt, welche funktionelle Relevanz Irf3 und Irf7 in Pankreastumorzellen haben. Hierfür haben wir Tlr3-hyperstimulierte und Irf3/Irf7 KO Tumorzellen generiert und beide Tumorzelltypen zeigen genau gegensätzliche Charakteristika. Die Tlr3-hyperstimulierten Tumorzellen sind aggressiver, bilden größere Tumore und besitzen ein invasives Wachstum, wohingegen die Irf3/Irf7 KO Zellen keine Tumore orthotop ausbilden und ein geringes Invasionsverhalten in vitro zeigen. Die Analyse von humanen Genexpressionsdaten bestätigte, dass hohe TLR3 Expressionslevel mit einem aggressiveren Tumorwachstum und schlechterem Gesamtüberleben von Pankreaskarzinom-Patienten assoziiert sind. Unsere Untersuchungen zeigen ebenfalls, dass die Tlr3/Irf3/Irf7 Signalwegskomponenten in Tumorzellen epigenetisch aktiviert sind, jedoch die inflammationsabhängigen Tlr3/Irf3/Irf7 Zielgene epigenetisch inaktiviert sind. Weiterhin ist auffällig, dass die Stimulation von Tumorzellen mit dem Tlr3-Liganden Poly(I:C) eine Verminderung der Histonacetylierungslevel auslöst und viele metabolische Signalwege herunterreguliert werden. Inwieweit diese Prozesse miteinander zusammenhängen, soll in abschließenden Versuchen geklärt werden. Wir gehen allerdings davon aus, dass die Trankriptionsfaktoren Irf3 und Irf7 eine immun-unabhängige Funktion in Tumorzellen haben und deren Verhalten somit entscheidend beeinflussen. Eine immun-unabhängige Funktion des Tlr3/Irf3/Irf7 Signalwegs, die entscheidend für die Tumorentstehung und-progression ist, ist bisher noch nicht beschrieben worden. Ein Teil der Daten wurde bereits auf nationalen und internationalen Kongressen präsentiert.
Publications
- "Ring1b-dependent epigenetic remodelling is an essential prerequisite for pancreatic carcinogenesis." Gut. 2019 Nov;68(11):2007-2018
Benitz S, Straub T, Mahajan UM, Mutter J, Czemmel S, Unruh T, Wingerath B, Deubler S, Fahr L, Cheng T, Nahnsen S, Bruns P, Kong B, Raulefs S, Ceyhan GO, Mayerle J, Steiger K, Esposito I, Kleeff J, Michalski CW, Regel I
(See online at https://doi.org/10.1136/gutjnl-2018-317208) - Current Strategies and Future Perspectives for Precision Medicine in Pancreatic Cancer. Cancers (Basel). 2020 Apr; 12(4): 1024
Regel I, Mayerle J, Mahajan UM
(See online at https://doi.org/10.3390/cancers12041024)
