Untersuchungen zum Einfluss des interzellulären SHANK1-Transfers und der Hyaluronsäure-Matrix auf die Radiosensitivität von Tumorzellen

Die steigende Anzahl an Krebspatienten macht eine Untersuchung und Effektivitätssteigerung bestehender Therapieschemata notwendig. Rund 50% aller Krebspatienten werden mit ionisierender Strahlung behandelt, welche nicht nur die Karzinomzellen schädigt, sondern auch das umliegende Gewebe. In Vorarbeiten wurde eine Beteiligung von SHANK1 an der Fibroblasten-abhängigen Strahlensensitivierung von ösophagealen Plattenepithel-Karzinomzellen identifiziert. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass in diesen Kokulturen eine Degradierung der Hyaluronsäure(HA)-Matrix nach Bestrahlung stattfindet. Hierdurch wird auch die perizelluläre Matrix, ein wichtiger mechanischer Schutz und Interaktionspartner der Zelle, beschädigt. Der in vivo Einfluss der stromalen HA wurde anhand von HAS2-defizienten Mäusen untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass eine HA-ärmere Matrix zu einer erhöhten Wachstumsverzögerung und verringertem Tumorwachstum nach Strahlentherapie führt. Nicht nur die Moleküle der extrazellulären Matrix (ECM) sind für die Signalvermittlung wichtig, sondern auch interzelluläre Verbindungen. Als für die Strahlensensitivierung der Tumorzellen relevante interzelluläre Struktur zwischen Fibroblasten und Tumorzellen wurden Aktin-basierte tunneling nanotubes (TNTs) identifiziert. Es konnte erstmalig der Transport von SHANK1 durch TNTs visualisiert werden. Mechanistisch konnte durch induzierte SHANK1 Expression in ösophagealen Plattenepithel-Karzinomzellen oder durch Kokultivierung mit bestrahlten Fibroblasten eine erhöhte Expression des Transkriptionsfaktors STAT1 in den Tumorzellen erreicht werden. Hierbei konnte kein Anstieg des Phosphorylierungsgrades detektiert werden. Dies lässt vermuten, dass STAT1 durch Protein-Protein-Interaktionen die apoptotische Strahlenantwort auslösen kann. Diese durch TNTs vermittelte Signalkaskade steht vermutlich in einem direkten Zusammenhang mit dem Aufbau der ECM, da eine Ausbildung von interzellulären Verbindungen nicht nur von intrazellulären Signalen, sondern auch von der Zusammensetzung und Dichte der ECM abhängig ist. Die potentielle Rolle dieses Mechanismus als Tumorsuppressor konnte durch Verwendung eines Tiermodelles mit SHANK1-Defizienz bewiesen werden. Zusammenfassend konnte nahegelegt werden, dass die Expression von HA nicht nur durch ionisierende Bestrahlung beeinflusst wird, sondern auch deren Effektivität moduliert. HA, SHANK1 und STAT1 könnten als prognostische Marker oder als therapeutische Angriffspunkte verwendet werden, um die Effizienz bestehender Behandlungen zu verbessern.

The rising number of cancer patients necessitates an improvement of existing therapeutical approaches. About 50% of all carcinomas are treated with ionizing irradiation (IR). IR does not only harm the cancer cells but also changes the composition of the extracellular matrix and affects surrounding healthy tissues. Previous work identified an SHANK1-dependent increase of apoptotic esophageal carcinoma cells in co-cultures with irradiated human fibroblasts. In this work it is shown that IR also decreases the hyaluronan (HA) matrix in co-cultures. Therefore, the pericellular matrix, which functions as a mechanical protection as well as binding site for extracellular components for the cell, was damaged, too. An animal model of hyaluronan synthase 2 (HAS2) deficiency was used to investigate the impact of stromal HA in vivo. It was shown that HA-poor tumors had a prolonged growth gap and lower growth after radiation therapy. Not only the molecules of the extracellular matrix (ECM) but also intercellular connections are important for signal transduction. The intercellular connections between cancer cells and fibroblasts were identified as actin-based tunneling nanotubes (TNTs). SHANK1 was imaged during its transport through those TNTs. Mechanistically a SHANK1-dependend increase of the transcription factor STAT1 could be seen in esophageal cancer cells (ESCC) in irradiated co-cultures as well as in ESCC with lentiviral induced SHANK1 expression. Although an increase of phosphorylation could not be detected, a mechanism based on protein-protein interactions mediated the observed increased cancer cell death. It is important to notice that the formation of TNTs is not only regulated by intracellular but also by intercellular signals like the density and composition of the ECM. The potential role of SHANK1 as tumor suppressor was proven with an animal model deficient for SHANK1. All in all, it was shown that the HA matrix is not only altered by IR, but also affects its efficiency. Also, the SHANK1 transport was visualized and the signal transduction via STAT1 could be demonstrated. Therefore, it might be considered that HA, SHANK1 and STAT1 can be potential prognostic markers and therapeutic targets to increase the efficiency of existing therapies.

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