Dokument: Die genetische Heterogenität von Krebsstammzellen
| Titel: | Die genetische Heterogenität von Krebsstammzellen | |||||||
| Weiterer Titel: | The genetic heterogeneity of cancer stem cells | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=48532 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20200518-094918-9 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Otte, Jörg [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. James A. Adjaye [Gutachter] Prof. Dr. Constantin Czekelius [Gutachter] | |||||||
| Stichwörter: | Cancer Stem Cells Tumor | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie | |||||||
| Beschreibungen: | Humane Stammzellen zeichnen sich durch eine große Vielseitigkeit aus. Das größte Entwicklungspotenzial haben embryonale Stammzellen, welche sich theoretisch beliebig oft selbst erneuern können, jedoch nur kurzzeitig während der frühen Embryonalentwicklung existieren. Nach Abschluss der frühen Reifung sind adulte Stammzellen für die lebenslange Aufrechterhaltung und Regeneration von Geweben und Organen unverzichtbar. Sie besitzen lediglich ein begrenztes Potenzial sich in andere Zelltypen zu entwickeln, sind jedoch ebenfalls zu grenzenloser Selbsterneuerung fähig.
Im Falle einer malignen Entartung können diese Eigenschaften einer zellulären Plastizität sowie einer unbegrenzten Selbsterneuerung von Tumorzellen übernommen werden, was ihnen stammzellähnlichen Charakter verleiht. Diese sogenannten Krebsstammzellen sind eine in vielerlei Hinsicht noch unverstandene Ausprägung der Tumorzellen. Es wird jedoch vermutet, dass sie entscheidend zu der Bildung von Rezidiven und Metastasen des Tumors beitragen und somit die Ursache der Malignität von Tumoren darstellen. Für ein besseres Verständnis der ständigen Selbsterneuerung von Krebsstammzellen untersuchten wir im Hauptteil dieser Arbeit primäre Kolonkarzinomzellen in dreidimensionalen ex vivo Organoid-Modellen. Wir modifizierten die Kulturbedingungen des Organoid-Models um ausschließlich hoch-maligne Kolonkarzinomzellen zu kultivieren. Die so selektierten Tumorzellen zeichnen sich dadurch aus, dass sie unter minimalen Wachstumsbedingungen Organoide bilden können, was auf eine hohe intrinsische Fähigkeit zur Selbsterneuerung schließen lässt. Aus Zellkulturexperimenten mit adulten und embryonalen Stammzellen ist bekannt, dass der Fibroblasten-Wachstumsfaktor 2 (FGF2) essentiell ist, um diese Stammzelleigenschaften der ständigen Selbsterneuerung aufrecht zu erhalten. In den beschriebenen Organoid-Kulturen untersuchten wir den Einfluss von FGF2 auf die Selbsterneuerung dieser primären Darmkrebszellen und konnten zeigen, dass, im Rahmen unserer Kulturbedingungen, diese relativ autonomen, hoch-malignen Tumorzellen auf einen aktiven FGF-Signalweg angewiesen sind. Weiter beobachteten wir nicht nur einen Verlust der Fähigkeit zur Organoidbildung, sondern detektieren viele molekulare Effekte ähnlich der Resistenzbildung gegen die therapeutisch-angewandten Epidermalen-Wachstumsfaktor (EGF) -Rezeptor-Inhibition. In einer Studie zum aggressiven digitalen papillären Adenokarzinom (ADPA) ist es uns erstmalig gelungen das Transkriptom dieser seltenen Tumorart zu beschreiben. Auch hier beobachteten wir eine Entartung des FGF-Signalwegs, was vermutlich zu der hohen Malignität dieser Erkrankung beiträgt. Die allgemeine Heterogenität von Stammzellen ist jedoch nicht nur in der Tumorbiologie von Bedeutung. Während der frühen Embryonalentwicklung entstehen eine Vielzahl von verschiedenen Zelltypen aus nur einer Zelle, der Zygote. Während dieser ersten Zellteilungen, die noch vor der Einnistung der befruchteten Eizelle in die Uteruswand stattfinden, definieren die embryonale Genomaktivierung sowie die ersten zellulären Spezialisierungen den Beginn weiterer Entwicklungen die zu der großen Komplexität aller Zellen des menschlichen Körpers führen. Detaillierte molekulare Analysen dieser frühesten Ereignisse erfordern moderne Techniken um gleichzeitig das Genom, das Transkriptom sowie das Epigenom von Einzelzellen zu untersuchen. In einem aktuellen Review-Artikel diskutieren wir Fortschritte und bestehende Herausforderungen der Einzelzellanalyse während der frühesten Embryonalentwicklung sowie in primordialen Keimzellen. Die beschriebenen Methoden kommen ebenso in der modernen Tumorforschung zum Einsatz, um die Plastizität und die Progression von Tumoren sowie von Krebsstammzellen in ihrer Heterogenität zu verstehen.The nature of human stem cells varies enormously. Precious early embryonic stem cells, inheriting the greatest developmental potential, exist only transiently despite their inexhaustible ability to self-renew. Adult stem cells, on the other hand, have a highly restricted developmental potential but maintain our organs life-long. Mechanisms of cellular plasticity emerging during normal tissue regeneration are often hijacked by cancer cells conferring them stem cell-like qualities. These cancer stem cells (CSCs) are an enigmatic cellular specification often described as the root of a tumor’s malignancy as they contribute to cancer relapse, progression and the metastatic process. One major aim of this thesis was to better understand the ongoing self-renewal of CSCs. We obtained colon cancer patient-derived organoids as newfangled ex vivo cell culture model. By adapting culture conditions, we selected for highly malignant colon cancer cells capable of organoid formation with low cell culture requirements, implying autonomous self-renewal capacities. However, we know from adult and embryonic stem cell culture that the fibroblast growth factor 2 (FGF2) is essential for maintaining self-renewal of stem cells. In view of this, we investigated the role of FGF2 in colorectal cancer biopsy-derived organoids identifying FGF2 as a central player in organoid formation and self-renewal of colon CSCs. Interestingly, when we inhibited FGF2-signaling, we not only observed an abrogated organoid formation and cellular differentiation, but also detected many molecular similarities with mechanisms of resistance against epidermal growth factor (EGF) receptor targeted therapies. In another study, we were the first to describe the transcriptome of aggressive digital papillary adenocarcinomas (ADPA). In this comprehensive analysis, we detected a deregulated FGF-signaling pathway presumably contributing to the high malignancy of this rare tumor entity. The heterogeneity of stem cells is not only important in tumor biology. During embryonic development, different cell types originate from one single cell, the zygote. Within the first cell divisions, a period called pre-implantation development, embryonic genome activation and early cell lineage commitments define the onset of specification programs leading to the tremendous complexity of the human body. Detailed molecular analyses of these events require modern techniques to simultaneously analyze the genome, transcriptome and epigenome of single cells. In a state-of-the art review, we discuss new insights by modern methods and persisting challenges in single-cell analysis in pre-implantation embryos as well as in primordial germ cells. The described methods are just as relevant to understand the heterogeneity of CSCs, their plasticity and mechanisms of tumor progression. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Chemie Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie | |||||||
| Dokument erstellt am: | 18.05.2020 | |||||||
| Dateien geändert am: | 18.05.2020 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 01.10.2014 | |||||||
| Datum der Promotion: | 29.01.2019 |
