Rolle des INSL3 in der humanen Schilddrüse
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Relaxin-artige Peptidhormon INSL3 bindet an den Relaxin Familie Peptid Rezeptor RXFP2, der nach alter Nomenklatur auch als Leucin-reicher G-Protein vermittelter Rezeptor LGR8 oder GREAT (G-protein coupled receptor affecting testis descent) bekannt ist. Nur in sehr hoher Konzentration kann INSL3 auch an den RXFP1 binden, was jedoch unter physiologischen Umständen kaum der Fall ist. Andererseits bindet H2-Relaxin mit hoher Affinität an den RXFP1 und RXFP2. Aufgrund der Verbreitung des RXFP2 ist die Anwesenheit des INSL3 Rezeptors in Tumoren in einigen dieser Organe nicht überraschend. Die Funktion des INSL3 und/oder des RXFP2 in Tumoren ist jedoch immer noch weitestgehend unbekannt. Wir haben INSL3 in humanen Brust-, Schilddrüsen- und Prostatakarzinomen detektiert, in denen INSL3 differentiell hochreguliert wird. Die gewonnenen Daten zur vergleichenden Analyse der Wirkungsspektren von INSL3 und H2-Relaxin in der für beide Relaxin-artigen Peptide responsiven humanen Schilddrüsenkarzinomzelllinie FTC-133 zeigten den Nachweis überlappender Funktionen. Im Rahmen des bewilligten DFG Antrages konnten wir wesentliche neuartige Erkenntnisse zur Funktion von INSL3 in Schilddrüsenkarzinomen gewinnen. Die Fähigkeit humanen Schilddrüsenkarzinom Zelllinien zur Penetration und Invasion von 3D-Matrices wurde durch INSL3 signifikant erhöht. Dies korrelierte mit der vermehrten Expression definierter Proteinasen, welche bekanntermaßen die extrazelluläre Matrix degradieren. Wir konnten zahlreiche neue Kandidatenproteine identifizieren, deren Expression durch INSL3 reguliert wurden, aber bislang nicht als Zielmoleküle für Relaxin-artige Peptide bekannt waren. Diese beinhaltet lysosomale Cathepsine, Mitglieder der Matrix-Metalloproteinase (MMP2, MT-MMP1/MMP14), Tissue Inhibitor of MMP (TIMP) und "A Disintegrin and Metalloproteinase" (ADAM) Familien. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen haben erstmals INSL3 als einen neuen bedeutsamen regulativen Faktor für die proteolytische Aktivität von invadierenden Tumorzellen identifiziert. Ein weiteres wichtiges Ergebnis unserer Studien war die Entdeckung, dass sowohl Relaxin und INSL3 die Sekretion des Calcium-bindenden Proteins S100A4 in humanen Schilddrüsenkarzinomzellen deutlich hochregulieren. Es ist bekannt, dass zytoplasmatisches S100A4 an non-muscle Myosin bindet und über die Veränderung der zytoskeletalen Dynamik die Zellmotilität erhöht. Die INSL3- und H2-Relaxin-induzierte vermehrte Sekretion von S100A4 aktiviert eine neue Signalkaskade, bei der S100A4 den Rezeptor für Advanced Glycation End products (RAGE) aktiviert und über den intrazellulären RAGE Signalpartner Diaphanous-1 (Dia-1) small GTPases Cdc42 and RhoA aktiviert. Letztere sind bekannt für ihre Schlüsselrolle in der Regulation von Aktin-Polymerisationsschritten, welche maßgeblich Zellmotilität bestimmen. Unsere Ergebnisse in humanen Schilddrüsenkarzinomzellen haben erstmals neue molekulare Mechanismen aufgezeigt, über die Relaxin und INSL3 als neue Modulatoren des Zytoskeletts und Aktivatoren der proteolytischen Aktivität das Invasionspotential erheblich erhöhen können. Die im Rahmen dieses DFG Antrages gewonnenen Daten weisen auf eine wichtige multimodale Funktion von Relaxin und INSL3 bei der Migration und Gewebeinvasion von Tumorzellen hin. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen erlauben weitere Schlussfolgerungen: Relaxin und INSL3 zeigen überlappende Wirkspektra und haben gemeinsame Zielgene, welche erhöhte Zellmotilität der Schilddrüsenkarzinomzellen in Abhängigkeit der Rezeptoren RXFP1 und RXFP2 vermittelt werden. Im Tube Formation Assay konnten wir erstmals zeigen, dass HUVEC Endothelzellen, die mit Überständen von FTC-133-INSL3 oder aufgereinigtem S100A4 inkubiert wurden, vermehrt primitive gefäßartige dreidimensionale Strukturen bilden. Unsere in-vivo Experimente mit Flankentumoren von FTC-133-INSL3 über-exprimierten Schilddrüsenkarzinomzellen in immundeprimierten Mäusen produzierten schnell wachsende Xenograft-Tumore mit vermehrter Vaskularisation, während FTC-133 langsam wachsende und schlecht vaskularisierte Flankentumore generierten. Die Ergebnisse dieser Teilstudie identifizierten das INSL3-RXFP2 Systems als einen neuen Tumorpromoter, der das Wachstum, die Invasivität und die Gefäßneubildung in Schilddrüsentumoren fördert. Wir danken der DFG für die Förderung dieses Projektes, welches uns in die Lage versetzt hat, erstmals neue multifaktorielle Mechanismen zu beschreiben, welche INSL3 als einen neuen Promoter für die Motilität, Invasivität und Vaskularisation von Schilddrüsentumoren identifiziert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Relaxin-like ligand-receptor systems are autocrine/paracrine effectors in tumor cells and modulate cancer progression and tissue invasiveness. In: Alexander I. Agoulnik (ed.), Relaxin and Related Peptides. Advances in Experimental Medicine and Biology /AEMB, Vol. 612. 2007, pp 104-118.
Klonisch T., Bialek J., Radestock Y., Hoang-Vu C., Hombach-Klonisch S.
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Human medullary thyroid carcinoma: a source and potential target for relaxin-like hormones. Annals of the New York Academy of Sciences, Vol. 1041, Issue 1: Relaxin and Related Peptides: Fourth International Conference, May 2005, pp. 449-461.
Klonisch T., Mustafa T., Bialek J., Radestock Y., Holzhausen H.J., Dralle H., Hoang-Vu C., Hombach-Klonisch S.
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INSL3 in the benign hyperplastic and neoplastic human prostate gland. International Journal of Oncology, Vol. 27. 2005, Issue 2, pp. 307-315.
Klonisch T., Müller-Huesmann H., Riedel M., Kehlen A., Bialek J., Radestock Y., Holzhausen H.J., Steger K., Ludwig M., Weidner W., Hoang-Vu C., Hombach-Klonisch S.
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Relaxin enhances the oncogenic potential of human thyroid carcinoma cells. American Journal of Pathology, Vol. 169. 2006, Issue 2, pp. 617-632.
Hombach-Klonisch S., Bialek J., Trojanowicz B., Weber E., Holzhausen H.J., Silvertown J.D., Summerlee A.J., Dralle H., Hoang-Vu C., Klonisch T.
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Lysosomal acid hydrolases of the cathepsin family are novel targets of INSL3 in human thyroid carcinoma cells. Annals of the New York Academy of Sciences, Vol. 1160. 2009, Issue1, pp. 361-366.
Bialek J., Hombach-Klonisch S., Fiebig B., Weber E., Hoang-Vu C., Klonisch T.
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Thyroid stem cells and cancer. Thyroid, Vol. 19. 2009, Issue 12, pp. 1303-1315.
Klonisch T., Hoang-Vu C., Hombach-Klonisch S.
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INSL3 has tumor-promoting activity in thyroid cancer. International Journal of Cancer, Vol. 127. 2010, Issue 3, pp. 521-31.
Hombach-Klonisch S., Bialek J., Radestock Y., Truong A., Agoulnik A.I., Fiebig B., Willing C., Weber E., Hoang-Vu C., Klonisch T.
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Relaxin enhances S100A4 and promotes growth of human thyroid carcinoma cell xenografts. Molecular Cancer Research, Vol. 8. 2010, Issue 4, pp. 494-506.
Radestock Y., Willing C., Kehlen A., Hoang-Vu C., Hombach-Klonisch S.
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Relaxin enhances the collagenolytic activity and in vitro invasiveness by upregulating matrix metalloproteinases in human thyroid carcinoma cells. Molecular Cancer Research, Vol. 9. 2011, Issue 6, pp. 673-687.
Bialek J., Kunanuvat U., Hombach-Klonisch S., Spens A., Stetefeld J., Sunley K., Lippert D., Wilkins J.A., Hoang-Vu C., Klonisch T.
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RAGE Mediates the Pro-Migratory Response of Extracellular S100A4 in Human Thyroid Cancer Cells. Thyroid, Vol. 25. 2015, Issue 5, pp. 514-27.
Medapati M.R., Dahlmann M., Ghavami S., Pathak K.A., Lucman L., Klonisch T., Hoang-Vu C., Stein U., Hombach-Klonisch S.
