Einfluss des CC-Chemokin-Ligand 2 (Ccl2) auf die vaskuläre Funktion bei strahlungsinduzierter Normalgewebsschädigung

Das ultimative Ziel der Strahlentherapie ist es, die Tumorlast zu reduzieren oder zu eliminieren und gleichzeitig das normale Gewebe vor langfristigen Schäden zu bewahren. Allerdings wird die Tumorresistenz immer bedeutender. Darüber hinaus sind Lokalrezidive von Primärtumoren und Fernmetastasen die häufigsten Todesursachen bei vielen Krebspatienten. Jedoch schließt die hohe intrinsische Empfindlichkeit des Normalgewebes gegenüber ionisierender Strahlung oft die Anwendung kurativer Strahlendosen aus. Daher sind weitere Forschungsanstrengungen erforderlich, um die komplexen Wechselwirkungen von Tumoren innerhalb ihrer Mikroumgebung und dem sie umgebenden (normalen) Gewebe zu verstehen. Dies ist die Voraussetzung für die Entwicklung von Strategien, die entweder zu einem Schutz des Normalgewebes oder zu einer Sensibilisierung des Tumors für die Strahlentherapie führen können. Bezüglich des Normalgewebeschutzes gewann das vaskuläre Kompartiment an Attraktivität, da die Endothelzellen als kritische Determinanten der Strahlenantwort und insbesondere der Strahlentoxizität in gesundem Gewebe bekannt sind. Eigene Arbeiten des Labors konnten zeigen, dass die strahleninduzierte vaskuläre Schädigung und Dysfunktion im normalen Lungengewebe die Extravasation von prämetastatischen Immunzellen und von zirkulierenden Tumorzellen in die zuvor bestrahlte Lunge unterstützt. Die pro-invasiven zellulären Aktivitäten wurden von einer strahleninduzierten Seneszenz bronchial-alveolärer Epithelzellen und einer Hochregulierung des Seneszenz-assoziierten sekretorischen Phänotyps (SASP)-Faktors CC-Chemokin-Ligand 2 (Ccl2), auch bekannt als Monozyten-Chemoattraktives Protein-1 (MCP-1), begleitet. Es wurde die Hypothese aufgestellt, dass dieser Faktor, welcher angiogene Eigenschaften besitzt, bei Bestrahlung zu einer Stimulation der bis dahin ruhenden Endothelzellen des Normalgewebes führt, was dann eine vaskuläre Dysfunktion (Akuteffekt) und einen schweren Endothelzellverlust (Spätkomplikation) zur Folge hat. Der Fokus dieser Dissertation lag daher in der Untersuchung des therapeutischen Potenzials einer Hemmung der Signalübertragung des CC-Chemokin-Ligand 2 (Ccl2)-Signalwegs, um normales Lungengewebe vor einer strahleninduzierten akuten Schädigung zu schützen. Dazu wurde die Ccl2-Signalisierung zum einen durch eine spezifische Hemmung von Ccl2 mit dem Inhibitor Bindarit und zum anderen durch die Verwendung von Knockout-Mäusen, welche eine Defizienz für den Ccl2-Hauptrezeptor CCR2 besitzen, inhibiert. Diese Arbeit zeigt, dass die Hemmung von Ccl2, das von bestrahlten und seneszenten Epithelzellen sezerniert wird, zu einem Schutz der vaskulären Komponenten im Normalgewebe führt. Durch die Limitation der strahleninduzierten endothelialen Barrieredysfunktion wurde die Extravasation von zirkulierenden Immun- und Tumorzellen signifikant reduziert und damit die Entzündung und Metastasierung eingeschränkt (Akuteffekt).Weitere Untersuchungen der Laborgruppe zeigten auch, dass die strahleninduzierte Fibroseprogression durch eine Ccl2-Signalhemmung reduziert wurde (Späteffekt). Somit ist die Hemmung der Ccl2-Signalübertragung, die den akuten und chronischen Effekten der normalen Gewebetoxizität bei einer Strahlenbehandlung entgegenwirkt, eine vielversprechende radioprotektive Strategie, denn sie könnte die lokale Tumorkontrolle und das Überleben verbessern, da höhere Strahlendosen eingesetzt werden könnten.

The ultimate goal of radiation therapy is to reduce or eliminate tumor burden while sparing normal tissue from long-term damage. However, tumor resistance is becoming increasingly evident. Moreover, local recurrence of primary tumors and distant metastases are the leading causes of death in many cancer patients. In this context, the high intrinsic sensitivity of normal tissue to ionizing radiation often precludes the application of curative radiation doses. Therefore, further research efforts are needed to understand the complex interactions of tumors within their microenvironment and surrounding (normal) tissue. This is a prerequisite for the development of strategies that can lead to either protection of normal tissue or sensitization of the tumor to radiation therapy. With respect to normal tissue protection, the vascular compartment became more attractive because endothelial cells are known to be critical determinants of radiation response and especially radiation toxicity in healthy tissue. Own work of the laboratory demonstrated that radiation-induced vascular injury and dysfunction in normal lung tissue supported extravasation of premetastatic immune cells and circulating tumor cells into the previously irradiated lung. The pro-invasive cellular activities were accompanied by radiation-induced senescence of bronchial-alveolar epithelial cells and upregulation of the senescence-associated secretory phenotype (SASP) factor CC-chemokine ligand 2 (Ccl2), also known as monocyte chemoattractant protein-1 (MCP-1). It was hypothesized that this factor, which has angiogenic properties, leads to stimulation of previously quiescent endothelial cells of normal tissue upon irradiation, which then results in vascular dysfunction (acute effect) and severe endothelial cell loss (late complication). Therefore, the focus of this dissertation was to investigate the therapeutic potential of inhibiting CC chemokine ligand 2 (Ccl2) signaling to protect normal lung tissue from radiation-induced acute injury. Therefor Ccl2 signaling was inhibited first by specific inhibition of Ccl2 with the inhibitor bindarite and second by using knockout mice, deficient for the main Ccl2 receptor CCR2. This work demonstrates that inhibition of Ccl2 secreted by irradiated and senescent epithelial cells results in protection of vascular components in normal tissue. Limitation of radiation-induced endothelial barrier dysfunction significantly reduced extravasation of circulating immune and tumor cells, thereby limiting inflammation and metastasis (acute effect).Further studies by the laboratory group also showed that radiation-induced fibrosis progression was reduced by Ccl2 signaling inhibition (late effect). Thus, inhibition of Ccl2 signaling, which counteracts the acute and chronic effects of normal tissue toxicity during radiation treatment, is a promising radioprotective strategy because it could improve local tumor control and survival by allowing higher radiation doses to be used.

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Wiesemann, A., 2021. Einfluss des CC-Chemokin-Ligand 2 (Ccl2) auf die vaskuläre Funktion bei strahlungsinduzierter Normalgewebsschädigung. https://doi.org/10.17185/duepublico/73697
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