Dokument: Molekulare Grundlagen der Tumorentstehung im PTCH(+/-)Mausmodell
| Titel: | Molekulare Grundlagen der Tumorentstehung im PTCH(+/-)Mausmodell | |||||||
| Weiterer Titel: | Molecular basics of tumor development in the PTCH(+/-) mouse model | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=29883 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20140701-092236-9 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Zipper, Petra [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Reifenberger, Guido [Gutachter] Prof. Dr. Rüther, Ulrich [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie | |||||||
| Beschreibungen: | Die Aufklärung der molekularen Entstehungsmechanismen von Medulloblastomen des Kleinhirns und Basalzellkarzinomen der Haut ist von großem wissenschaftlichem und medizinischem Interesse. Medulloblastome sind die häufigsten bösartigen Hirntumoren bei Kindern, während Basalzellkarzinome die häufigste Krebserkrankung des Menschen überhaupt darstellt. Den Basalzellkarzinomen und Medulloblastomen der Shh-Gruppe gemeinsam ist die konstitutive Aktivierung des Shh-Signalweges, hauptsächlich bedingt durch inaktivierende Mutationen des Rezeptorproteins Ptch1.
Das Ptch1+/- Mausmodell zeigt ähnliche Entwicklungsdefekte und eine Tumorprädisposition wie das autosomal dominant erbliche Gorlin-Syndrom des Menschen. Im Gegensatz zu den Gorlin-Patienten bilden Ptch1+/- Mäuse allerdings erst nach chronischer UVB-Exposition Basalzellkarzinom- und Trichoblastom-artige Tumoren der Haut, die ebenso wie die spontan in diesem Mausmodell auftretenden Medulloblastome den Untersuchungsgegenstand der vorliegenden Arbeit darstellten. UVB-Strahlung moduliert die Expression der induzierbaren NO-Synthase (Nos2) in Keratinozyten. Um eine mögliche Rolle der Nos2 bei der UVB-induzierten Entstehung von Basalkarzinomen in vivo zu untersuchen, wurden Ptch1 haploinsuffiziente Mäuse mit Nos2 Knockout-Mäusen gekreuzt. Ptch1+/- Nos2-/- Mäuse sind lebensfähig und fertil, zeigen aber eine signifikant höhere spontane Medulloblastomrate von 21 % gegenüber 11 % in Ptch1+/- Nos+/+ Mäusen. Nach chronisch-repetitiver UVB-Exposition entwickelten die Ptch1+/- Nos2-/- Mäuse signifikant mehr frühe basaloide Proliferationen der Haut und auch häufiger größere Basalzellkarzinome mit Trichoblastom-artiger Differenzierung (BCCTB). Diese BCCTB unterschieden sich durch einen aktivierten Shh-Signalweg, gemessen an der Überexpression von Gli-Transkriptionsfaktoren, von Plattenepithelzellkarzinomen und keratinisierenden Basalzellkarzinom-artigen Tumoren der Haut. Insgesamt 69 % der untersuchten BCCTB Tumoren wiesen eine biallelische Ptch1-Inaktivierung infolge Verlustes des Wildtyp-Ptch1-Allels (23 %), inaktivierender Ptch1 Mutationen (27 %) oder einer Methylierung des Ptch1 Promotors (19 %) auf. Im globalen Expressionsprofil zeigten die Ptch1+/- Nos2-/- BCCTB eine signifikant erniedrigte Skint9 Expression gegenüber den Ptch1+/- Nos+/+ Mäusen. Dazu passend zeigten sich in Ptch1+/- Nos2-/- BCCTB Tumoren eine signifikant reduzierte Anzahl von intratumoral gelegenen CD3 positiven T-Lymphozyten. Insgesamt 10 von 21 untersuchten murinen Medulloblastome 5 Zusammenfassung 103 wiesen unabhängig vom Genotyp der Tiere einen Verlust des Wildtyp Ptch1-Allels auf. Ptch1 inaktivierende Punktmutationen und Promotormethylierung waren in den Medulloblastomen im Unterschied zu den Basalzellkarzinomen nicht nachweisbar. Medulloblastomzelllinien, die aus murinen Ptch1+/- Medulloblastomen etabliert wurden, zeigten zusätzlich Cdkn2A-Deletionen und Tp53-Mutationen. Mit Hilfe von Mikroarray-basierten Expressionsanalysen, Immunfluoreszenzfärbungen und funktionellen Analysen konnte gezeigt werden, dass es durch den Ausfall von Nos2 zu einer deregulierten Expression von Gap43 in Körnerzellvorläufern des Kleinhirns kommt, die zu einer verstärkten Retention von proliferationsaktiven Körnerzellvorläuferzellen in der äußeren Körnerzellschicht des Kleinhirns in den Ptch1+/- Nos2-/- Mäusen führt. Hierdurch wird der Pool an tumorsuszeptiblen Vorläuferzellen erhöht, was zu einer erhöhten Inzidenz spontaner Medulloblastome in den Ptch1+/- Nos2-/- relativ zu den Ptch1+/- Nos+/+ Tieren führt. Zusammengenommen zeigen die eigenen Ergebnisse eine tumorfördernde Wirkung des Verlustes von Nos2 im Ptch1+/- Mausmodell, die in Abhängigkeit vom Tumortyp auf unterschiedlichen molekularen Mechanismen beruht: (i) Einerseits führt Nos2 Defizienz im Kleinhirn durch einen differenzierungs- und migrationshemmenden Effekt auf Körnerzellvorläuferzellen zur Erhöhung der Medulloblastomrate, andererseits (ii) scheint für die Förderung der BCCTB Entstehung nach UVB Exposition eine Einschränkung des zellulären Immunsystems in der Haut durch den Nos2 Verlust von Bedeutung zu sein.The elucidation of the molecular mechanisms leading to medulloblastoma of the cerebellum (MB) and basal cell carcinomas (BCC) of the skin is of great scientific and medical interest. Medulloblastoma is the most common type of malignant brain tumor in children. Basal cell carcinoma is the most common of all cancers in humans. A common feature of BCC and MB of the SHH group is the constitutive activation of the Hh signalling pathway, mainly by mutational inactivation of the receptor protein Ptch1. The Ptch1+/- mouse model resembles the developmental defects and the spontaneous tumor spectrum of the human nevoid basal cell carcinoma syndrome (NBCCS), an autosomal dominant disorder characterized by multiple BCC and increased risk of medulloblastoma. In contrast to the human patients, Ptch1+/- mice develop BCC- and trichoblastoma-like tumors only after chronic ultraviolet B (UVB) irradiation. UVB irradiation has been reported to modulate the expression of inducible nitric oxid synthase (Nos2) in keratinocytes. To assess a possible role of Nos2 in UVB-induced cancerogenesis in vivo, Ptch1 haploinsufficient mice were crossed with Nos2 knockout mice. Ptch1+/- Nos2-/- mice were viable and fertile but demonstrated a significantly higher rate of spontaneous medulloblastomas, with 21 % compared to 11 % of Ptch1+/- Nos2+/+ mice. Following chronic repetitive UVB exposure, Ptch1+/- Nos2-/- mice showed a significantly higher incidence of early basaloid proliferations of the skin and larger BCC with trichoblastoma-like differentiation (BCCTB) when compared to Ptch1+/- Nos2+/+ mice. All investigated murine BCCTB had an activated sonic hedgehog signaling pathway as determined by an overexpression of Gli transcription factors, a molecular characteristics that distinguished these tumors from squamous cell carcinoma (SCC) and keratinizing BCC-like tumors of the skin (BCCKT), which were also observed following chronic repetitive UVB exposure. A total of 75 % of the investigated BCCTB demonstrated a biallelic Ptch1 inactivation, with 19 % of the tumors showing a loss of the wildtype Ptch1 allel, 25 % inactivating Ptch1 point mutations and an additional 31 % demonstrating methylation of the Ptch1 promoter region. Microarray-based gene expression profiling revealed a significantly lower Skint9 mRNA expression in Ptch1+/- Nos2-/- animals in comparison to Ptch1+/- Nos2+/+ mice. In line with this finding, a significantly lower number of intratumoral CD3 positive T lymphocytes were found in BCCTB from Ptch1+/- Nos2-/- as compared to Ptch1+/- Nos2+/+ mice. Concerning medulloblastomas, 10 of 21 investigated tumors demonstrated a loss of the 6 Summary 105 wildtype Ptch1 allele, a finding that was independent from the underlying genotype of the mice. In contrast to the skin tumors, none of the medulloblastomas carried an inactivating Ptch1 point mutation or Ptch1 promoter hypermethylation. Medulloblastoma cell lines derived from murine Ptch1+/- medulloblastomas showed additional Cdkn2A deletions and Tp53 mutations. Microarray-based expression profiling, immunofluorescence staining and functional analyses revealed that deregulation of Gap43 expression in Ptch1+/- Nos2-/- mice leads to retention and continued proliferation of granule precursor cells in the outer granular cell layer of the cerebellum, thereby likely leading to an increased pool of progenitor cells susceptible to tumorigenesis. Together with the sustained proliferation of these cells in Ptch1+/- Nos2-/- mice, this alteration resulted in an increased medulloblastoma incidence in Ptch1+/- Nos2-/- mice relative to Ptch1+/- Nos+/+ mice. Taken together, the findings reported in this doctoral theses suggest that Nos2 deficiency promotes Shh-dependent tumorigenesis in Ptch1+/- mice by two distinct tumor type-specific molecular mechanisms, namely (1) inhibition of proper differentiation and migration of granule cell progenitor cells in the cerebellum promoting medulloblastoma development, and (2) impaired immunosurveilance in the skin promoting development of cutaneous BCCTB tumors following UVB exposure. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Medizinische Fakultät » Institute » Institut für Neuropathologie | |||||||
| Dokument erstellt am: | 01.07.2014 | |||||||
| Dateien geändert am: | 01.07.2014 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 29.04.2014 | |||||||
| Datum der Promotion: | 12.06.2014 |
