Untersuchungen von Stammzelleneigenschaften bei Glioblastomzellen
Final Report Abstract
Gemäß der Antragszielsetzung gelang die Etablierung und Charakterisierung von mehr als 20 Glioblastomstammzelllinien (GS-Linien). Hierbei ließen sich zwei unterschiedliche Gruppen definieren, deren eine sich durch einen kompletten ("full") Stammzellphänotyp auszeichnet (GSf-Linien), wohingegen die andere lediglich einen eingeschränkten ("restricted") Stammzellphänotyp aufweist (GSr-Linien), (Günther et al., Oncogene 2008). GSf-Linien wachsen in vitro sphärisch, lassen sich neuronal, oligodendroglial und astrozytär differenzieren, sind klonogen, exprimieren CD133 und sind zu 100% in vivo tumorigen sowie hochinvasiv im Hirn von Nacktmäusen. GSr-Linien sind zwar ebenfalls multipotent und klonogen, wachsen jedoch teiladhärent, exprimieren kein CD133, lassen sich nur eingeschränkt differenzieren und sind in vivo entweder gar nicht oder nur eingeschränkt tumorigen. GSf-Linien zeichnen sich durch eine Überexpression von Genen, die für die neurale Entwicklung wichtig sind, aus, wohingegen GSr-Linien Gene, die mit extrazellulärer Matrix und Zelladhäsion assoziiert sind, überexprimieren. Darüberhinaus zeigen die Genexpressionsprofile der GSf-Linien eine deutlich höhere Ähnlichkeit mit humanen Glioblastom-Tumorproben als GSr Linien oder konventionelle (mit Serum kultivierte) Glioblastomzelllinien. Infolgedessen sind die GSf Linien in vielerlei Hinsicht als das vergleichsweise geeignetste Modell für humane Glioblastome. Ein weiteres Antragsziel war die Identifikation von Genen, die sich möglicherweise als Targets für die Elimination der Tumorstammzellkomponente eignen. CXCR4 erwies sich als in GSf-Linien überexprimiert und ist im normalen adulten menschlichen Gehirn kaum vorhanden. Wir konnten zeigen, dass GSf Linien eine Subpopulation von Zellen mit sehr hoher CXCR4 Expression (CXCR4high) enthalten, wohingegen konventionelle Gliomzelllinien lediglich aus Zellen mit sehr niedriger CXCR4 Expression (CXCR4low) bestehen (Schulte et al., Glia, 2011). Der CXCR4 Ligand SDF-1 (Stromal Cell-derived Factor-1) stimulierte die Migration der GSf Zellen in vitro, wohingegen sich lediglich bei superphysiologischen Konzentrationen ein Effekt auf konventionelle Gliomzelllinien fand. In einem Glioblastom-Xenotransplantatmodell im Hirn von Nacktmäusen zeigte sich, dass die Behandlung hochinvasiv wachsender GS-Tumore mit AMD3100, einem hochspezifischen CXCR4-Antagonisten, der lokal mittels osmotischer Minipumpen infundiert wurde, zu einer ca. 60%-igen Inhibierung des Tumorwachstums führte und auch die Gesamtinvasion reduzierte. Die Tatsache, dass einige unserer GSr Linien zwar keine CD133-positiven (CD133+) Zellen enthalten, aber dennoch teilweise über eine eingeschränkte Tumorigenität in vivo verfügen, veranlasste uns, die Bedeutung von CD133 als Stammzellmarker detaillierter zu untersuchen. Zu diesem Zweck wurden in einem Kooperationsprojekt mit Heidi Phillips (Genentech, San Francisco) klonale Subzelllinien aus verschiedenen GS-Ursprungslinien generiert. Dabei entwickelten sich folgende Arten von Klonen: Typ 1 Zellen: sind CD133-negativ (CD133-), aber in der Lage, sowohl CD133- als auch CD133+ Zellen hervorzubringen, Typ 2 Zellen: sind CD133+ und generieren ebenfalls CD133- sowie CD133+ Zellen. Typ 3 Zellen: sind CD133- und produzieren nur CD133- Zellen (Chen et al., Cancer Cell 2010). Alle drei Zelltypen sind tumorigen, allerdings bildeten die Typ I und Typ II Zellen wesentlich schneller grössere Tumore als Typ III Zellen, was für eine Relevanz von CD133 im Kontext der Tumorinitiierungsfähigkeit spricht. Zusammen mit weiteren in vitro Daten, sprechen diese Ergebnisse für eine "Lineage"-Hierarchie innerhalb der GS-Linien, derart, dass Typ I Zellen entweder die Progenitoren der Typ II Zellen sind oder aber beide interkonvertible Phänotypen sind und dass Typ I und Typ II Zellen Progenitoren der Typ III Zellen sind.
Publications
- A distinct subset of glioma cell lines with stem cell-like properties reflects the transcriptional phenotype of glioblastomas and overexpresses CXCR4 as therapeutic target. Glia, Vol. 59. 2011, Issue 4, pp. 590–602.
Schulte A, Günther HS, Phillips HS, Kemming D, Martens T, Kharbanda S, Soriano RH, Modrusan Z, Zapf S, Westphal M, Lamszus K
(See online at https://dx.doi.org/10.1002/glia.21127) - Glioma stem cells as a target for treatment. Target Oncol 5:211-5
Lamszus K, Günther HS
- 2006. Molecular subclasses of high-grade glioma predict prognosis, delineate a pattern of disease progression, and resemble stages in neurogenesis. Cancer Cell 9:157-73
Phillips HS, Kharbanda S, Chen R, Forrest WF, Soriano RH, Wu TD, Misra A, Nigro JM, Colman H, Soroceanu L, Williams PM, Modrusan Z, Feuerstein BG, Aldape K
- Establishment and characterization of human glioblastoma stem cell lines. Sektionstagung Neuroonkologie der Deutschen Gesellschaft für Neurochirurgie, Hamburg, 3.-4.11.2006
Lamszus K, Schmidt NO, Günther H, Meissner H, Westphal M
- Establishment and characterization of human glioblastoma stem cell lines. AACR Annual Meeting, Los Angeles, 14.- 18. April 2007
Lamszus K, Schmidt NO, Günther H, Meissner H, Westphal M
- Cancer stem cells in glioma. British Neuro-Oncology Society Annual Meeting, Preston, 25.-27.6.2008
Lamszus K
- Clonal analysis reveals a hierarchy of self-renewing tumor-initiating cell types in glioblastoma. Society for Neuro-Oncology, 13th Annual Scientific Meeting, Las Vegas, 20.-23.11.2008
Chen R, Bumbaca S, Nishimura M, Kharbanda, James CD, Vandenberg S, Soriano R, Forrest W, Greve J, Kasman I, Nacu S, Gilmour L, Modrusan Z, Wu T, Lamszus K, Westphal M, Cowdrey C, Prados M, Phillips H
- Glioblastoma-derived stem cell-enriched cultures form distinct subgroups according to molecular and phenotypic criteria. Oncogene 27. 2008: 2897-2909.
Günther HS, Schmidt NO, Phillips HS, Kemming D, Kharbanda S, Soriano R, Modrusan Z, Meissner H, Westphal M, Lamszus K
(See online at https://dx.doi.org/10.1038/sj.onc.1210949) - Phenotypic diversity of glioma stem cell lines: determinants, assessment and treatment of invasive glioma models. Brain Tumor Meeting 2008, Berlin-Buch, 4.- 5.12.2008
Lamszus K
- Das Konzept der Glioblastomstammzelle. Symposium Neuroonkologie 2009 - aktuelle Konzepte zur Diagnostik und Therapie von Hirntumoren. München, 13.- 14.3.2009
Lamszus K
- Molecular subgrouping of glioma cancer stem cells. 9th European Meeting on Glial Cells in Health and Disease, Paris, 8.-12.9.2009
Lamszus K
- Relevance of tumor stem cells in malignant glioma. Autumn Symposium NeuroOncology, Regensburg, 2.-3.10.2009
Lamszus K
- A distinct subset of glioma stem cell lines with stem cell-like properties reflects the transcriptional phenotype of human glioblastomas and overexpresses CXCR4 as therapeutic target. 18th International Conference on Brain Tumor Research and Therapy, Travemünde, 18.-20.5.2010
Lamszus K, Schulte A, Günther HS, Phillips HS, Kemming D, Westphal M
- A hierarchy of self-renewing tumor-initiating cell types in glioblastoma. Cancer Cell, Vol. 17. 2010, Issue 4, pp. 362–375.
Chen R, Nishimura MC, Bumbaca SM, Kharbanda S, Forrest WF, Kasman IM, Greve JM, Soriano RH, Gilmour LL, Rivers CS, Modrusan Z, Nacu S, Guerrero S, Edgar KA, Wallin JJ, Lamszus K, Westphal M, Heim S, James CD, VandenBerg SR, Costello JF, Moorefield S, Cowdrey CJ, Prados M, Phillips HS.
(See online at https://dx.doi.org/10.1016/j.ccr.2009.12.049)
