Einfluss von Tumor-Stroma-Interaktionen auf das Chemoresistenzverhalten von Pankreaskarzinomzellen in vitro und in vivo

Abstract

Die Therapie des duktalen Pankreasadenokarzinoms zeigt nach wie vor kaum Aussichten auf Erfolg, resultierend in einer ausgesprochen niedrigen Fünf-Jahres-Überlebensrate von ca. zwei Prozent. Eine wesentliche Ursache für die geringe Therapieeffizienz liegt in der hohen Chemoresistenz von Pankreasadenokarzinomen. Diese Chemoresistenz basiert hauptsächlich auf der geringen Sensitivität gegenüber Zytostatika-induzierter Apoptose, die Pankreasadenokarzinome entweder schon zu Therapiebeginn aufweisen (intrinsische Resistenz) oder aber erst im Laufe der Therapie entwickeln (extrinsische Resistenz). Das duktale Pankreasadenokarzinom ist weiterhin vor allem durch eine massive desmoplastische Stromabildung gekennzeichnet, deren Folge ist, dass das Tumorstroma einen großen Einfluss auf die maligne Transformation des Gangepithels und dessen biologische Eigenschaften hat. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit sollte die Bedeutung von Tumor-Stroma-Interaktionen für die Entstehung und Manifestation von Chemoresistenz in humanen Pankreas-karzinomzellen untersucht werden.Es konnte gezeigt werden, dass humane Pankreaskarzinomzellen, die durch Co-Kultivierung mit murinen Pankreasfibroblasten dem Einfluss von Tumor-Stroma-Interaktionen über mehrere Wochen ausgesetzt waren, sowohl in vitro als auch in vivo effektiv vor Zytostatika-induzierter Apoptose geschützt wurden. Als grundlegender Mechanismus dieser Apoptoseresistenz konnte eine erniedrigte Expression der Initiator-Caspasen 8 und 9 sowie der Effektor-Caspasen 3 und 7 in den cokultivierten Pankreaskarzinomzellen identifiziert werden. Die verminderte Expression der Procaspasen auf Proteinebene war dabei nicht bedingt durch eine veränderte proteasomale Degradation, sondern durch erniedrigte Level an Caspase-mRNA, resultierend aus einer verringerten Transkription der Caspase-Gene. Die Resistenz sowie die herunterregulierte Expression der Procaspasen in den cokultivierten Pankreaskarzinomzellen konnte dabei mit dem DNA-Methylierungsinhibitor 5-Azacytidin aufgehoben werden, so dass ein erhöhter DNA-Methylierungsgrad der Caspase-Gene selbst oder von Caspase-regulierenden Genen als Ursache der erniedrigten Caspase-Expression angesehen werden kann. Diese Arbeit unterstreicht die Bedeutung von Tumor-Stroma-Interaktionen bei der Entstehung und Manifestation von Chemoresistenz in Pankreasadenokarzinomzellen in vitro und in vivo und trägt durch Aufdeckung molekularer Mechanismen der Caspaseregulation zum Verständnis der Chemoresistenz des duktalen Pankreasadenokarzinoms bei. Pancreatic carcinoma is the fourth leading cause of cancer death in women and the fifth leading cause of cancer death in men, being one of the most lethal human cancers. With conventional cancer treatments having only little impact on disease course the overall five-year survival rate is approximately two percent. Poor therapy outcome is due to a high incidence of metastatic disease at the time of diagnosis and a result of resistance to chemotherapy. One major mechanism by which tumor cells acquire a chemoresistant phenotype is the protection from drug-induced apoptosis. Resistance towards cytotoxic drugs can be present before the onset of chemotherapy (intrinsic) or develops during treatment course (extrinsic). Pancreatic ductal adenocarcinoma is also characterized by a prominent desmoplastic reaction. Interactions of tumor cells and surrounding stroma (notably fibroblasts) are known to play a critical role in tumorgenesis and the induction of a malignant phenotype.The role of tumor-stroma-interactions in development and manifestation of chemoresistance in human ductal pancreatic adenocarcinoma cells has been the subject of this thesis. Human pancreatic carcinoma cells, which were under the influence of tumor-stroma-interactions by long term coculture with murine pancreatic fibroblasts, were effectively protected from drug-induced apoptosis in vitro and in vivo. Downregulation of the initiator caspases 8 and 9 as well as the effector caspases 3 and 7 in cocultured pancreatic carcinoma cells could be identified as the main mechanism leading to chemoresistance. The downregulated expression of procaspases was not due to enhanced protein turnover, but was caused by decreased transcription of caspase genes, resulting in low levels of mRNA. Resistance to drug-induced apoptosis and downregulated expression of procaspases could be reversed by the methylation inhibitor 5-Azacytidine, assuming that an increased methylation of caspase genes or caspase-regulating genes are key events in downregulation of caspases and subsequent chemoresistance in pancreatic carcinoma cells. This study underlines the importance of tumor-stroma-interactions in development and manifestation of chemoresistance in pancreatic carcinoma cells in vitro and in vivo. Additionally, the detection of molecular mechanisms regulating caspases essentially contributes to the understanding of chemoresistance in pancreatic ductal adenocarcinoma.