Dokument: Die Rolle somatischer Stammzellen in Pathogenese und experimenteller Therapie von malignen Gliomen

Titel:	Die Rolle somatischer Stammzellen in Pathogenese und experimenteller Therapie von malignen Gliomen
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=8002
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20080603-075053-8
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Trampe-Kieslich, Ariane [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 51,87 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 28.05.2008 / geändert 28.05.2008
Dewey Dezimal-Klassifikation:	600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit
Beschreibungen:	Der häufigste primäre Hirntumor des Menschen ist das Glioblastom. Wegen seines stark invasiven Wachstums ist dieser Tumor nie vollständig resektabel. Dazu kommen häufig primäre und sekundäre Resistenzen gegen Strahlen- und Chemotherapie, so dass es momentan keine befriedigende Therapieoption für diese Tumorerkrankung gibt. In dieser Arbeit soll die Rolle von Stammzellen bei der Entstehung (I) und Therapie (II) von Glioblastomen untersucht werden. ad I) Neuere Theorien über die Tumorentstehung gehen davon aus, dass es sich bei soliden Tumoren um aberante Gewebe handelt, die aus differenzierteren und undifferenzierteren Zellen bestehen. Die letzteren Zellen, die sogenannten Tumorstammzellen, scheinen eine wichtige Rolle bei der Entstehung von Rezidiven und Therapieresistenzen zu spielen. Deshalb ist es notwendig, Tumorstammzellen gezielt mit einer Therapie zu erreichen, um eine Heilung zu ermöglichen. Ein potenzieller Marker für Tumorstammzellen in Gliomen, und damit ein mögliches Zielmolekül für die Therapie, ist Prominin-1 oder CD133. Hierbei handelt es sich um ein Transmembranprotein, dessen physiologische Funktion bislang unbekannt ist. In einer Expressionsanalyse an einer Serie von Gliomen mit verschiedenen Malignitätsgraden konnte gezeigt werden, dass Glioblastome eine erhöhte Expression von CD133 im Vergleich zu niedriggradigen Astrozytomen und zu Kontrollgewebe zeigen. Daraufhin wurde CD133 durch lentivirale Transfektion in ursprünglich CD133-negative humane Gliomzelllinien eingebracht, um die Funktion des Proteins näher zu charakterisieren. Die Überexpression von CD133 im Vergleich zu untransfizierten und GFP-transfizierten Kontrollzellen konnte in der Durchflusszytometrie, in der Immunfluoreszenz und in der Realtime RT-PCR nachgewiesen werden. Es konnte jedoch in funktionellen Untersuchungen kein konsistenter Einfluss der CD133-Expression auf Vitalität, Apoptoserate, Proliferation oder Migration von Gliomzellen nachgewiesen werden. Die Mikroarray-basierte Expressionsanalyse zeigte nur wenige Änderungen des Expressionsprofils. ad II) Stammzellen haben die Fähigkeit des sogenannten „homing“, d. h. sie können aus der Blutbahn in bestimmte Gewebe einwandern und dort die Regeneration von zerstörtem oder verletztem Gewebe initiieren. Ergebnisse anderer Arbeitsgruppen zeigten, dass einige Stammzellen auch in Tumoren einwandern und dort nach Transfektion mit einem Suizidgen therapeutisch wirksam sein können. In dieser Arbeit wurde die Eignung von Nabelschnurblutstammzellen oder Unrestricted Somatic Stem Cells (USSC) für einen solchen Therapieansatz untersucht. Im Transwell-Versuch konnte gezeigt werden, dass sowohl aus der Ratte stammende als auch humane Gliomzelllinien eine stärkere USSCMigration induzieren als Medium oder Kontrollzelllinien. Der Mechanismus der Migration von USSC zu Gliomzellen ist bislang unklar, es ist jedoch sehr wahrscheinlich, dass von den Gliomzellen sezernierte Faktoren die Migration auslösen. In der Literatur wurden unter anderem CXCL12 und HGF als Faktoren beschrieben, die eine Migration von Stammzellen induzieren können. Da sich die Migration der USSC jedoch nicht durch eine Hemmung des CXCR4/PI3-Kinase-Signalweges oder des HGF/HGFR-Signalweges beeinflussen lässt, scheinen diese Rezeptorsysteme hier keine entscheidene Rolle zu spielen. Die Mikroarray-basierte Expressionsanalyse von migrierten versus nicht migrierten USSC ergab eine Vielzahl von differenziell exprimierten Genen, die größtenteils am Energiestoffwechsel und der Motilität der Zellen beteiligt sind. Als neuer Kandidat für die Induktion USSC-Migration konnte TGF-beta identifiziert werden. Die Rolle dieses Chemokins für denTropismus von USSC zu Gliomzellen soll in weiterführenden Experimenten näher charakterisiert werden. Nach der Implantation in das Striatum von gesunden Fisher-Ratten konnte eine Migration der Stammzellen in den zerebralen Kortex gezeigt werden. Da sich an der Implantationsstelle eine massive Reaktion, gekennzeichnet durch Astrogliose und Makrophageneinwanderung, entwickelte, wurden in weiteren Experimenten USSC unter Narkose in die Vena femoralis zu injiziert. Bei der histologischen Untersuchung konnten USSC in Leber und Lunge der Versuchstiere nachgewiesen werden, es fand jedoch keine Anreicherung der Stammzellen in intrazerebralen Gliomen statt. Das verwendete Tiermodell ist somit für die Untersuchung der Eignung von USSC für die Gliomtherapie nicht optimal geeignet. Zusammengefasst zeigen die eigenen Resultate eine begrenzte funktionelle Aktivität von CD133 nach Expression in etablierten humanen Gliomzellen in vitro. Für humane USSC aus Nabelschnurblut wurde ein Tropismus für humane und experimentelle Gliome in vitro nachgewiesen. In vivo konnten diese Stammzellen allerdings nach intravenöser Gabenicht innerhalb von intrazerebralen F98-Gliomen nachgewiesen werden, was vermutlich daran liegt, dass die USSC in der Lunge und der Leber abgefangen werden. Zur genaueren präklinischen Abklärung der potentiellen Rolle von USSC in Stammzell-basierten therapeutischen Ansätzen für Gliome bedarf es daher weitergehender Untersuchungen in anderen tierexperimentellen Gliommodellen. Glioblastomas are the most common and most malignant primary brain tumours. Despite intensive multimodal therapy, including operation, radiotherapy and chemotherapy, most glioblastoma patients can not be cured and have a poor prognosis as indicated by a mean survival of less than 12 months after diagnosis. This thesis is focussed on the role of stem cells in pathogenesis (I) and therapy (II) of glioblastomas. ad I) In recent years, the tumour stem cell model of tumourigenesis has received increasing attention. This model proposes that solid tumours are aberrant tissues that consist of differentiated and undifferentiated cells. The latter are termed tumour stem cells and seem to play an important role in the development of therapy resistance and tumourrecurrences. It would therefore be favourable to develop therapies that specifcally target tumour stem cells. A possible marker for glioma stem cells is the transmembrane protein prominin-1 also known as CD133. Expression analysis of a series of gliomas with different malignancy grades showed the highest CD133 expression in glioblastomas compared to lower grade astrocytomas and non-neoplastic brain tissue. Surprisingly established glioma cell lines showed no expression of CD133 in vitro when grown in monolayer cultures. As the physiological function is still unknown, we investigated the effects of CD133 overexpression in established glioma cell lines using lentiviral transfection. CD133 expression in transfected cell lines was validated by flow cytometry, immunofluorescence staining and realtime RT-PCR. There were no consistent differences in CD133 transfected versus control cells regarding cell vitality, proliferation, apoptosis or migration. Microarray expression profiling showed only very few changes in CD133 transfected cells versus GFP transfected cells. ad II) Stem cells have the ability to invade from blood vessels into diseased or injured tissue to initiate regeneration. This behaviour is called “homing”. Previous studies showed that stem cells also migrate towards tumours and may be used as vehicels for targeted gene therapy of gliomas. In this work the potential role of human cord blood derived stem cells, so-called unrestricted somatic stem cells (USSC) in experimental glioma therapy was investigated. Using a transwell migration assay it could be shown that both rodent and human glioma cell lines induce a stronger directed USSC migration than medium or control cell lines. The mechanism of USSC attraction by glioma cells is still unknown but it is likely that glioma cells secrete migration-inducing factors into the medium. Examples of proteins that were proposed to induce stem cell migration are CXCL12 and HGF. As USSC migration could not be reduced by inhibition of the CXCR4/PI3-kinase pathway or the HGF/HGFR pathway, these systems do not seem to play a crucial role in this context. Microarray-based expression analysis revealed several differentially regulated genes in migrating versus non-migrating cells. Most of these genes are involved in energy metabolism or motility of cells. TGF-beta was identified as a new candidate for the tropism of USSC towards glioma cells. Thus, the role of TGF-beta in USSC migration should be further characterized in the future. After implantation into the striatum of healthy Fisher rats individual USSC were found at distant sites from the implantation site, such as the cerebral cortex. However, intracerebral transplantation of USSC was accompanied by a massive gliosis and invasion of macrophages at the implantation site. Therefore, USSC were applied systematically via the femoral veine. In histological analyses USSC were detected in the liver and the lung of the animals, but there was no enrichment of stem cells found intracerebral F98 gliomas. Taken together, the present study shows limited functional activity of CD133 when expressed in established glioma cell lines in vitro. Human USSC were shown to demonstrate a tropism for human and rodent glioma cells in vitro. However, systematic application of USSC via the femoral vein did not result in intratumoural accumulation in intracerebral F98 rat gliomas, probably due to the fact that USSC are trapped in lung and liver. Thus, other in vitro models are necessary to further evaluate the potential of USSC in stem cell-based therapeutic approaches of gliomas.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Medizinische Fakultät » Institute » Institut für Neuropathologie
Dokument erstellt am:	28.05.2008
Dateien geändert am:	28.05.2008
Promotionsantrag am:	08.04.2008
Datum der Promotion:	21.05.2008