Podcasts about e cadherin

Link to bioRxiv paper: http://biorxiv.org/cgi/content/short/2023.04.11.536411v1?rss=1 Authors: Arslan, F. N., Hannezo, E., Merrin, J., Loose, M., Heisenberg, C.-P. Abstract: Metazoan development relies on the formation and remodeling of cell-cell contacts. Dynamic reorganization of adhesion receptors and the actomyosin cell cortex in space and time play a central role in cell-cell contact formation and maturation. Yet, how this process is mechanistically achieved remains unclear. Here, by building a biomimetic assay composed of progenitor cells adhering to supported lipid bilayers functionalized with E-cadherin ectodomains, we show that cortical Actin flows, driven by the depletion of Myosin-2 at the cell contact center, mediate the dynamic reorganization of adhesion receptors and cell cortex at the contact. E-cadherin-dependent downregulation of the small GTPase RhoA at the forming contact leads to both a depletion of Myosin-2 and a decrease of F-actin at the contact center. This depletion of Myosin-2 causes centrifugal F-actin flows, leading to further accumulation of F-actin at the contact rim and the progressive redistribution of E-cadherin from the contact center to the rim. Eventually, this combination of actomyosin downregulation and flows at the contact determine the characteristic molecular organization, with E-cadherin and F-actin accumulating at the contact rim, where they are needed to mechanically link the contractile cortices of the adhering cells. Copy rights belong to original authors. Visit the link for more info Podcast created by Paper Player, LLC

Link to bioRxiv paper: http://biorxiv.org/cgi/content/short/2023.01.09.523359v1?rss=1 Authors: Inoue, D., Narita, T., Ishikawa, K., Maeno, K., Motoyama, A., Ono, T., Aoki, H., Shibata, T. Abstract: Background: Intensive studies have revealed pleiotropic melanocytic factors for age spot formation. In particular, dysfunctional keratinocyte differentiation is thought to be an upstream cause of age spot formation. Although keratinocyte differentiation is mediated by a cell-cell contact factor, E-cadherin, its involvement in age spots remains unknown. To find the origin of age spots and an integrated solution, we focused on E-cadherin. Methods: Immunofluorescent staining with cutaneous tissues and cultured cells was performed. Keratinocytes treated with siRNAs were cocultured with melanocytes. With the supernatants of the keratinocyte culture, secretion factors were identified using proteomic analysis. For the activity of melanogenesis and the ingredient screening, a quantitative PCR was performed. For the behavioral analysis of melanocytes, time-lapse imaging of melanocytes was done by confocal laser scanning microscopy. Results: In age spots, E-cadherin expression in the epidermis was downregulated, suggesting that E-cadherin is implicated in age spot formation. E-cadherin knockdown (E-cad-KD) keratinocytes not only promoted the secretion of melanocytic/inflammatory factors, but also increased melanogenesis by upregulating the expression of melanogenesis factors. Furthermore, live imaging showed E-cadherin downregulation detained melanocyte dynamics and accelerated melanin-uptake. Finally, we identified Rosa multiflora fruit extract as a solution for upregulating E-cadherin in keratinocytes. Conclusion: Our findings showed that E-cadherin downregulation triggers various downstream melanocytic processes such as secretion of melanocytic factors and melanogenesis. Additionally, we showed that Rosa multiflora fruit extract upregulates E-cadherin expression in keratinocytes. Copy rights belong to original authors. Visit the link for more info Podcast created by Paper Player, LLC

Link to bioRxiv paper: http://biorxiv.org/cgi/content/short/2022.11.22.517537v1?rss=1 Authors: Antel, M., Norris, R., Inaba, M. Abstract: In the Drosophila ovary, developing germline cysts are encapsulated by somatic follicle cell epithelia and E-Cadherin localizes to the interface of these tissues. E-Cadherin mutants have been shown to have multiple defects in oogenesis. Therefore, it is difficult to determine E-Cadherin function on germline-soma interaction. In this study, we characterize E-Cadherin function, specifically focusing on germline-soma interaction. Unexpectedly, knockdown of E-Cadherin either in the germline or follicle cells results in excess formation of membrane protrusions at the interface of these cells, which leads to a cell-cell fusion and indicates that homophilic interaction of E-Cadherin is required for maintenance of the tissue boundary between these two adjacent tissues. The fate of follicle cells fused to the germline becomes compromised, leading to a defective individualization of germline cysts. We propose that homophilic interaction of E-Cadherin facilitates a barrier between adjacent tissues, demonstrating a unique model of cell-fate disturbance caused by cell-cell fusion. Copy rights belong to original authors. Visit the link for more info Podcast created by Paper Player, LLC

Link to bioRxiv paper: http://biorxiv.org/cgi/content/short/2022.11.01.514384v1?rss=1 Authors: Das, M., Cheng, D., Matzat, T., Auld, V. Abstract: Glial cells in the peripheral nerve wrap axons to insulate them and ensure efficient conduction of neuronal signals. In the myelin sheath, it is proposed that the autotypic tight junctions and adherens junctions form glia-glia complexes that stabilize the glia sheath in myelinating glia. Yet the role of adhesion junctions in non-myelinating glia of vertebrates or invertebrates has not been clearly established. Many components of adhering junctions contain PDZ (PSD-95, Dlg, ZO1) domains or are recruited to these junctions by PDZ binding motifs. To test for the role of PDZ domain proteins in glial sheath formation, we carried out an RNAi screen using Drosophila melanogaster to knockdown each of the 66 predicted PDZ domain proteins in the peripheral glia. We identified six PDZ genes with potential roles in glial morphology, and further investigated Discs-large 5 (Dlg5), a scaffolding protein with no previously known function in glia. Knockdown of Dlg5 disrupts subperineurial glia (SPG) morphology, including gaps in the membrane that coincide with disruption of septate junction proteins. To further our investigation of Dlg5, we focused on cadherins and found both N-Cadherin and E-Cadherin are expressed throughout peripheral glia. Knockdown of Ecad phenocopied the loss of Dlg5 leading to gaps in the SPG and septate junctions while only simultaneous loss of both N-Cadherins (Ncad, and CadN2) had the same effect. The loss of all three Cadherins enhanced these phenotypes as did loss of Dlg5 when paired with Cadherin knockdown. This leads to a model where Dlg5 plays a role in conjunction with Cadherins in glial membrane stabilization and SJ formation in the subperineurial glia. Copy rights belong to original authors. Visit the link for more info Podcast created by Paper Player, LLC

Link to bioRxiv paper: http://biorxiv.org/cgi/content/short/2020.10.26.355891v1?rss=1 Authors: Mohammed, D., Chan, P. Y., Fredberg, J. J., Weitz, D. A. Abstract: The migration of tumorigenic epithelial cells is a critical step for metastatic breast cancer progression. Although the role of the extracellular matrix in breast cancer cell migration has been extensively described, the effect of osmotic stress on the migration of tumor breast epithelial cohorts remains unclear. Most of our understanding on the effect of osmotic stresses on cell migration comes from studies at the level of the single cell in isolation and does not take into account cell-cell interactions. Here, we study the impact of moderate osmotic stress on the migration of epithelial clusters composed of either non-tumorigenic or tumorigenic epithelial cells. We observe a decrease in migration distance and speed for non-tumorigenic epithelial cells but not for tumorigenic ones. To explain these differences, we investigate how osmotic stress impacts the mechanical properties of cell clusters and affects cell volumes. After application of osmotic stress renal epithelial cells become stiffer whereas non-tumorigenic and tumorigenic breast epithelial cells do not. In addition, tumorigenic cells are shown to be less sensitive to osmotic stress than non-tumorigenic cells, and this difference is associated with lower levels of E-cadherin expression. Using EGTA treatments, we confirm that the establishment of cell-cell adhesive interactions is a key component of the behavior of epithelial clusters in response to osmotic stress. This study provides evidence on the low sensitivity of tumorigenic epithelial clusters to moderate osmotic stress and highlights the importance of cadherin-based junctions in response to osmotic stress. Copy rights belong to original authors. Visit the link for more info

Link to bioRxiv paper: http://biorxiv.org/cgi/content/short/2020.05.12.092148v1?rss=1 Authors: Wang, J., Jiang, J., Yang, X., Wang, L., Xiao, B. Abstract: The mechanically activated Piezo channel plays a versatile role in conferring mechanosensitivity to various cell types. However, how it incorporates its intrinsic mechanosensitivity and cellular components to effectively sense long-range mechanical perturbation across a cell remains elusive. Here we show that Piezo1 is biochemically and functionally tethered to the actin cytoskeleton via the E-cadherin-{beta}-catenin mechanotransduction complex, whose perturbation significantly impairs Piezo1-mediated responses. Mechanistically, the adhesive extracellular domain of E-cadherin interacts with the cap domain of Piezo1 that controls the transmembrane gate, while its cytosolic tail might interact with the cytosolic domains of Piezo1 that are in close proximity to its intracellular gates, allowing a direct focus of adhesion-cytoskeleton-transmitted force for gating. Specific disruption of the intermolecular interactions prevents cytoskeleton-dependent gating of Piezo1. Thus, we propose a force-from-filament model to complement the previously suggested force-from-lipids model for mechanogating of Piezo channels, enabling them to serve as versatile and tunable mechanotransducers. Copy rights belong to original authors. Visit the link for more info

Desmosomen sind spezialisierte Haftstrukturen, die die Stabilisierung des Zellverbundes gegenüber Zug- und Scherkräften gewährleisten. Dazu binden desmosomale Cadherine extrazellulär an Haftmoleküle benachbarter Zellen und sind intrazellulär unter anderem über Desmoplakin (DP) und Plakoglobin (PG) an Keratinfilamenten verankert. Insbesondere für das desmosomale Cadherin Desmoglein 3 (Dsg3), das sowohl innerhalb als auch außerhalb der Desmosomen vorkommt, wurde eine wichtige Bedeutung als Adhäsionsprotein in Keratinozyten nachgewiesen. Trotz ihrer Funktion, Widerstand gegen hohe mechanische Belastungen zu vermitteln, sind Desmosomen dynamische Strukturen, die einem stetigen Umbau unterliegen. Die Notwendigkeit einer genauen Regulierung des desmosomalen Auf- und Abbaus wird durch das Vorkommen zahlreicher vererbbarer und autoimmuner Erkrankungen unterstrichen. In der vorliegenden Arbeit wurden Mechanismen, die der geordneten Assemblierung der Desmosomen und der Disassemblierung nach Störung der desmosomalen Zell-Zell-Haftung unterliegen, untersucht. Im ersten Teil der vorliegenden Studien standen die Vorgänge der Desmosomenbildung in humanen Keratinozyten im Fokus. Adhärenskontakte und deren Zusammenwirken mit Actinfilamenten spielen eine wichtige Rolle in der Ausbildung der Desmosomen. Für die Actin-Bindeproteine Adducin und Cortactin wurde durch siRNA-Interferenzstudien eine essentielle Funktion für die Vermittlung der desmosomalen Zell-Zell-Haftung nachgewiesen. Die siRNA-induzierte Depletion von Adducin verursachte eine Reduktion der zytoskelettal-gebundenen Dsg3-Moleküle, was mit einer reduzierten Membranmobiltät korrelierte. Für Cortactin wurde eine direkte Interaktion mit Dsg3 mittels zweier unabhängiger molekularbiologischer Methoden nachgewiesen. Dies deutet auf eine direkte Rolle des Cortactins in der Regulierung der Desmosomen hin. Die siRNA-induzierte Depletion von E-Cadherin führte zum Verlust der membranständigen Lokalisation von Dsg3 und zu einer verminderten Verankerung der Dsg3-Moleküle innerhalb der zytoskelettalen Proteinfraktion. Es wurde ein Signalkomplex aus extradesmosomalen Dsg3, E-Cadherin und der Tyrosinkinase Src identifiziert, dessen Stabilität durch Src reguliert wurde. Hierbei wurden Dsg3 und E-Cadherin an Tyrosinresten durch Src phosphoryliert, deren Aktivität sowohl für die Inkorporation von Dsg3 in die Desmosomen als auch für die Reifung der Desmosomen zu stabilen Haftkontakten essentiell war. Im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit wurden die Prozesse der desmosomalen Disassemblierung nach Inkubation mit Pemphigus vulgaris-Autoantikörpern (PV-IgG) analysiert.PV ist eine etablierte Modellerkrankung zur Untersuchung der Desmosomen-vermittelten Zelladhäsion in Keratinozyten. Die Bindung der gegen Dsg1 und Dsg3 gerichteten PV-IgGs induziert eine Reduktion der Dsg3-Proteinmengen und eine Aktivierung verschiedener Signalwege, u.a. von RhoA und PKC. Da diese Signalwege ebenfalls Adducin regulieren und PV-IgGs eine Umorganisierung des Actin-Zytoskeletts verursachen, die durch exogene Aktivierung von RhoA verhindert wird, wurde das Zusammenspiel von PV-IgGs, RhoA und Adducin untersucht. Die protektive Wirkung der RhoA-Aktivierung auf die Zell-Zell-Haftung und die Verteilung von Dsg3 nach Applikation der PV-IgGs war sowohl von der Expression als auch von der Phosphorylierung von Adducin an Serin726 abhängig. Interessanterweise verursachten PV-IgGs über den Ca2+-Einstrom und über PKC, unabhangig von RhoA, eine schnelle Phosphorylierung von Adducin an Serin726. Die durch den Ca2+-Einstrom- und PKC-vermittelte Phosphorylierung von Adducin könnte somit einen Rettungsmechanismus der Keratinozyten darstellen, der in Reaktion auf die PV-IgG-Bindung einsetzt und die desmosomale Assemblierung induziert. Ferner wurde die reduzierte Verankerung der Keratinfilamente an Desmosomen, ein weiteres Merkmal der PV-Pathogenese, mit der Aktivität von PKC korreliert. Keratinfilamente, die einer dynamischen Regulierung durch p38MAPK unterliegen, lösen sich in Reaktion auf PV-IgGs von den Desmosomen und akkumulieren perinukleär. Dieses Phänomen der Zytokeratin-Retraktion wurde durch Inkubation mit Tandempeptid (TP), das die Transinteraktion von Desmogleinen stärkt, verhindert. Zusammenfassend liefern die in dieser Arbeit gewonnenen Daten neue Erkenntnisse über die Mechanismen des desmosomalen Umsatzes. Adducin und E-Cadherin nehmen eine essentielle Rolle in der Ausbildung und Aufrechterhaltung der desmosomalen Haftstrukturen ein. Untersuchungen der pathogenen Effekte der PV-IgGs unterstreichen die hohe Relevanz eines intakten Actin- und Keratin-Stützgerüsts für die interzelluläre Haftung von Keratinozyten. Diese Befunde könnten in Zukunft auch von medizinischer Relevanz für die Therapie von Pemphigus-Patienten sein.

Hintergrund und Zielsetzung: Die aktuelle TNM-Klassifikation berücksichtigt bis dato nicht die tatsächliche Tumorlast bei mehrherdigen Mammakarzinomen. Neuere Daten weisen darauf hin, dass mehrherdige Karzinome im Vergleich zu einherdigen Karzinomen bei identischem TNM-Stadium eine schlechtere Prognose hinsichtlich Gesamtüberleben und Rezidivauftreten haben. Ziel dieser Studie war es, mögliche Unterschiede in der Tumorbiologie von ein- und mehrherdigen Mammakarzinomen zu evaluieren. Material und Methoden: Wir verglichen retrospektiv 57 einherdige mit 55 mehrherdigen Mammakarzinompatientinnen. Aus diesem Gesamtkollektiv isolierten wir eine Matched-Pair-Gruppe mit 46 Patientinnen, deren Kollektive hinsichtlich Tumorgröße, Grading und Lymphknotenstatus übereinstimmten. Die Paraffinschnitte jeder Patientin wurden immunhistochemisch auf die Expression von E-Cadherin, Beta Catenin und Mucin-1 untersucht. Ergebnisse: Die E-Cadherin-Expression war bei den mehrherdigen Mammakarzinomen signifikant reduziert gegenüber den einherdigen Karzinomen (Gesamtkollektiv: p

This work employed a mouse model of liver specific depletion of the gene Cdh1 and its respective protein E cadherin to study the role of this protein in liver homeostasis and pathophysiology. The experiment was done with specific focus on the effects concerning hepatocellular carcinoma (HCC) development. Background: Cadherins are present in all higher organisms, and have been studied rigorously in the past. The cadherin family is huge, encompassing more than 400 (known) members. E cadherin is the name-giver of that family and is considered to be of great importance to a broad range of physiological and pathophysiological functions. Known functions include cell-cell adhesion and deregulation of E-cadherin (in almost all cases a down-regulation) is associated with increased aggressiveness in both human and animal tumors. Aside from that, E-cadherin is of great importance during embryogenesis. Worldwide, HCC is an important disease in humans, especially in certain countries (mostly developing countries). While females are only occasionally affected by HCC, it ranks among the top 3 tumor-related death causes in males. The difficulties in treating this tumor curatively make research of genes or proteins relevant to HCC important for human medicine improvement. The existence of a connection between Cdh1 or E Cadherin and HCC has been suggested, but more research is still required. Methods: Employing Cre/loxP technology, a mouse model of liver specific E cadherin depletion was created (L Cdh1del/del). The mice were compared to littermates with normal Ecadherin levels (L Control). Mice body and organ weight was documented at different ages, and liver tissue was analyzed using qRT-PCR (cDNA), Western blot, histochemistry and immunohistochemistry. To test effects of the reduced E-cadherin on tumor development, a cohort of male mice was injected with a chemical carcinogen (DEN) at two weeks of age to induce HCC, and mice were analyzed 4, 8 or 12 months later. Results: Aside from a slight retardation in weight gain, L Cdh1del/del did not suffer from severe health effects or spontaneous tumor development. Histology showed some alterations around the small bile ducts in the liver (in the periportal fields) and RNA analysis showed that mice underwent a phase of considerably altered RNA activity (429 significantly regulated genes at 3 weeks of age), but later only a few up/down-regulated genes remained (28 genes at 6 weeks of age). Aside from Cdh1, no genes considered cadherin family members were regulated. Western blot analysis, qRT-PCR and IHC confirmed that E cadherin was down regulated on RNA level and on protein level in this animal model. All mice injected with DEN developed tumors, but L Cdh1del/del were affected more heavily, with tumors reaching large diameters faster. If mice were kept longer than 8 months, L Cdh1del/del had to be euthanized significantly earlier than L Control. A spin-off of the model was the establishment of a permanent cell line, developed from a liver tumor of a L Cdh1del/del mouse. PCR requiring a functional primer binding site on exon 10 of Cdh1 could not produce DNA product, indicating that the cell line was a derivative of an E-cadherin negative liver cell. Conclusion: Liver specific E cadherin reduction had a surprisingly small effect in the present mouse model (compared to the effects of E cadherin loss in organs like the skin or intestine, as documented in the literature) if mice were not challenged with a chemical carcinogen. If mice were challenged with experimental HCC induction, lack of E cadherin had a strong effect on the tumor growth. These findings attest, by an experimental animal model, the importance of E cadherin for tumor development in the liver. This data reinforces previous observations concerning E cadherin effects on tumors in studies working with resected human tumors of the liver or with conditional organ specific mouse models studying carcinoma in other organs (like the mammary gland, for example). Therefore, this animal model could help improve the understanding of mechanisms regulating aggressiveness in human tumors.

Background: The aim of this study was to evaluate the expression of the cell adhesion-related glycoproteins MUC-1, beta-catenin and E-cadherin in multicentric/multifocal breast cancer in comparison to unifocal disease in order to identify potential differences in the biology of these tumor types. Methods: A retrospective analysis was performed on the expression of MUC1, beta-catenin and E-cadherin by immunohistochemistry on tumor tissues of a series of 112 breast cancer patients (total collective) treated in Munich between 2000 and 2002. By matched-pair analysis, 46 patients were entered into two comparable groups of 23 patients after categorizing them as having multicentric/multifocal or unifocal breast cancer. Matching criteria were tumor size, histology grade and lymph node status; based on these criteria, patients were distributed equally between the two groups (p = 1.000 each). Data were analyzed with the Kruskal-Wallis and the Mann-Whitney tests. Results: In the matched groups, we found a significantly down-regulated expression of E-cadherin in multicentric/multifocal breast cancer compared to unifocal disease (p = 0.024). The total collective showed even higher significance with a value of p < 0.0001. In contrast, no significant differences were observed in the expression of beta-catenin between multicentric/multifocal and unifocal tumors (p = 0.636 and p = 0.914, respectively). When comparing the expression of MUC1, E-cadherin and beta-catenin within the unifocal group, we found a significant positive correlation between E-cadherin and beta-catenin (p = 0.003). In the multicentric/multifocal group we observed, in contrast to the unifocal group, a significant decrease of MUC1 expression with increased grading (p = 0.027). Conclusion: This study demonstrates that multicentric/multifocal and unifocal breast cancers with identical TNM-staging clearly differ in the expression level of E-cadherin. We suggest that the down-regulation of E-cadherin in multicentric/multifocal breast cancer is causally connected with the worse prognosis of this tumor type.

Für ein genetisches Modell B-Raf(V600E)-mutierter Darmkrebszellen und korrespondierender Wildtyp-Zellen wurde erstmalig in Deutschland das Somatic Cell Gene Targeting eingesetzt. Dabei konnte demonstriert werden, dass RKO eine Oncogene Addiction bezüglich der BRAF-Mutation aufweist. Als weitere B-Raf(V600E)-abhängige Effekte wurden die Selbstversorgung mit Wachstumssignalen (Self-Sufficiency of Growth Signals) und die Resistenz gegen Apoptose in dem Modell festgestellt. Darüber hinaus war die proliferative Kontaktinhibition in V600E-mutierten Klonen durch eine verstärkte Akt-Phosphorylierung aufgehoben und wurde nach Knockout der mutierten Allele im Wildtyp-Zellklon RBW-1 wieder hergestellt. Somit konnten vier zentrale Merkmale der Onkogenität dem mutierten B-Raf(V600E) zugeordnet werden. Andere onkogene Mechanismen waren dagegen vermutlich aufgrund einer Mutation der PI3-Kinase auch in BRAF-Wildtyp-Zellen noch intakt. So waren das Wachstum unter guten Kulturbedingungen und eine verstärkte Expression des EGF-Rezeptors unter Mangelbedingungen nicht vom BRAF-Mutationsstatus abhängig. Außerdem behielten Wildtyp-Zellen ihre Immortalisierung bei und zeigten weiterhin kein relevantes Auftreten von Seneszenz. Es wurden neue Spleißvarianten des BRAF-Gens gefunden und basal charakterisiert. Die alternativen Transkripte zeigten keine Kinase-Aktivität und waren in einem Ausmaß nachweisbar, das eine physiologische Bedeutung vermuten lässt. Hinsichtlich der Herkunft-Allele alternativer Isoformen und den Ursachen für das Auftreten alternativen Spleißens wurden neue Erkenntnisse gewonnen, die zudem die Interpretation publizierter Daten erleichtern. Es wurde gezeigt, dass die durch E-Cadherin vermittelten Zellkontakte essentiell für die epitheliale Komponente der intestinalen Barriere sind. Darüber hinaus wurde der Einfluss von E-Cadherin auf die Ausreifung sekretierender Zellen im Darm ermittelt und damit ein weiterer entscheidender Mechanismus der Abwehr bakterieller Invasionen aufgeklärt.

E-cadherin is a major component of adherens junctions. Impaired expression of E-cadherin in the small intestine and colon has been linked to a disturbed intestinal homeostasis and barrier function. Down-regulation of E-cadherin is associated with the pathogenesis of infections with enteropathogenic bacteria and Crohn's disease. To genetically clarify the function of E-cadherin in intestinal homeostasis and maintenance of the epithelial defense line, the Cdh1 gene was conditionally inactivated in the mouse intestinal epithelium. Inactivation of the Cdh1 gene in the small intestine and colon resulted in bloody diarrhea associated with enhanced apoptosis and cell shedding, causing life-threatening disease within 6 days. Loss of E-cadherin led cells migrate faster along the crypt-villus axis and perturbed cellular differentiation. Maturation and positioning of goblet cells and Paneth cells, the main cell lineage of the intestinal innate immune system, was severely disturbed. The expression of anti-bacterial cryptidins was reduced and mice showed a deficiency in clearing enteropathogenic bacteria from the intestinal lumen. These results highlight the central function of E-cadherin in the maintenance of two components of the intestinal epithelial defense: E-cadherin is required for the proper function of the intestinal epithelial lining by providing mechanical integrity and is a prerequisite for the proper maturation of Paneth and goblet cells.

Maligne Tumorzellen besitzen die Fähigkeit, sich vom Primärtumor zu lösen und Metastasen zu bilden. Ein Verlust oder Mutationen im Kalzium-abhängigen, homophilen Zell-Adhäsionsmolekül E-Cadherin korrelieren häufig mit der Metastasierung epithelialer Tumore. Vorarbeiten haben gezeigt, dass in humanen E-Cadherin negativen MDA-MB-435S Zellen die Transfektion von bestimmten mutierten E-Cadherin Genen zu einer reduzierten Adhäsion, erhöhten Motilität und veränderten Zellmorphologie führt. Basierend auf diesen Vorarbeiten war das Ziel dieser Arbeit zu untersuchen, welchen Einfluß mutierte E-Cadherine und der Zellkontakt auf das Genexpressionsprofil haben. Das Genexpressionsprofil wurde mittels eines im Rahmen dieser Arbeit etablierten 1259 Sonden (~899 Gene) umfassenden cDNA Mikroarrays bestimmt. Es konnten 88 Prozent der mittels des cDNA Mikroarrays gefundenen Genexpressionsunterschiede durch die Validierung mit Northern Blot Analyse und 94 Prozent durch quantitative realtime RT PCR im Bezug auf die Richtung der Genexpressionsveränderung bestätigt werden. Mit Hilfe des cDNA Mikroarrays wurde der Einfluß von E-Cadherin auf den WNT-Signalweg untersucht. Die in dieser Arbeit durchgeführten Gen- und Proteinexpressionsuntersuchungen zeigten, dass der E-Cadherin Status die Expression der im WNT-Signalweg involvierten Gene DKK1, SFRP1, SFRP3, CTNNAL1 und FZD7 so beeinflusst, dass die beta-Catenin Menge in der Zelle stabil gehalten wird. Diese Ergebnisse wurden bereits in Laboratory Investigation (Laux et al., 2004) publiziert. Die Zelllinien, die aufgrund von E-Cadherin Mutationen den Zell-zu-Zellkontakt verloren haben, zeigten eine differentielle Expression von Genen, die in der Angiogenese, Proliferation, Matrix Degradierung und Motilität involviert sind. Viele dieser Gene spielen in der Metastasierung als auch in der Wundheilung eine wichtige Rolle. Die Zelllinie mit WT E-Cadherin Status hat einen engen Zell-zu-Zellkontakt und zeigte eine erhöhte Expression von E-Cadherin Repressoren im Vergleich zu den E-Cadherin negativen oder mutierten Zelllinien. Bei einer hohen Zelldichte konnte ebenfalls eine erhöhte Genexpression der E-Cadherin Repressoren detektiert werden. Die Zelllinien erkennen sensitiv den Zell-zu-Zellkontakt Status und regulieren daraufhin autokrin den E-Cadherin Status über eine veränderte Expression der E-Cadherin Repressoren. Eine Regulation des E-Cadherin Status war bei den hier verwendeten Zelllinien aber aufgrund eines artfremden beta-Aktin Promotors vor den E-Cadherin Konstrukten nicht möglich. Um festzustellen, inwieweit der Zell-zu-Zellkontakt für die E-Cadherin abhängige differentielle Expressionen verantwortlich ist, wurde dessen Einfluß auf das Genexpressionsprofil mittels Zelldichteversuche untersucht. Bei einer geringen Zelldichte, bei der die Zellen wenig Kontakt zueinander haben, korrelieren die Genexpressionsver-änderungen mit denen der Zelllinien, die aufgrund von E-Cadherin Mutationen keinen Zell-zu-Zellkontakt haben. Die vorliegende Arbeit hat zur Identifikation von Genen, welche eine wichtige Rolle in der durch mutiertes E-Cadherin vermittelten Invasion spielen (z.B. MMP1, MMP3, VEGFC, SPARC, ITGA3, CYR61, TIMP3, PRKCD, MXI1, PRLR, PLAUR und LASP1), beigetragen. Ebenso konnte gezeigt werden, dass der Zellkontakt maßgeblich an der differentiellen Expression deren Gene beteiligt ist. Weiterführende Studien können nun die gefundenen Kandidatengene bezüglich Diagnose und Therapie von malignen Tumoren mit E-Cadherin Mutationen genauer charakterisieren. Die Inhibition einiger dieser Proteine stellt einen viel versprechenden Therapieansatz zur Behandlung dieser Tumoren dar.

Bei diffusen Magenkarzinomen treten in 50% aller Fälle Mutationen im Gen für das Adhäsionsmolekül E-Cadherin auf. Bei einem Fünftel dieser Mutationen ist Exon 9 deletiert, was die Expression einer mutationsspezifischen Proteinstruktur zur Folge hat (d9-E-Cad). Gegen diese tumorspezifische Bindungsstelle wurde ein monoklonaler Antikörper entwickelt(d9MAk). Dieser Antikörper wurde mit Wismut-213 (Bi-213) gekoppelt, einem hochenergetischen alpha-Emitter mit einer Reichweite von 80 µm im Gewebe, einem hohen linearen Energietransfer von 100 keV/µm und einer Halbwertszeit von 45,6 min. Um das therapeutische Potential des lokoregional applizierten Bi-213-Immuinkonjugats bei disseminierter Tumorzellaussaat gegen die Nebenwirkungen auf den Organismus beurteilen zu können, wurde ein Modell der Peritonealkarzinose bei Nacktmäusen durch intraperitoneale Inokulation von humanen Magenkarzinomzellen mit d9-Cad-Expression entwickelt. Sonographie und Kernspintomographie zeigten für die Visualisierung abdominaler Tumormanifestation und posttherapeutischer Tumorregression eine unzureichende Auflösung, während die In-vivo-Fluoreszenzanalyse "Optical Imaging" für diese Anwendungen erste, viel versprechende Ergebnisse lieferte. Diese Darstellungsmethode könnte in weiteren Studien für die Peritonealkarzinose optimiert werden. Mittels Biodistributionsstudien wurde die spezifische Bindung des Bi-213-d9MAk an den Tumor sowie die Verteilung im Organismus im Vegleich zu einem unspezifischen Kontrollantikörper untersucht. Die Bioverteilung zeigte neben einer hochspezifischen Bindung des Bi-213-d9MAk in Tumoren mit d9-E-Cad-Expression niedrige Konzentrationen des Radioimmunkonjugates im Blut und in den Organen. Bei vorliegendem Aszites blieb ein Großteil des Bi-213-d9MAk abdominal retiniert. Die Überlebenszeiten der Tiere nach Inokulation von 1x10E7 Tumorzellen wurden in Abhängigkeit von der applizierten Aktivität des Bi-213-d9MAk in verschiedenen Peritonealkarzinosestadien erfasst. Die mittlere Überlebenszeit von Tieren, die intraperitoneal mit 7,4 MBq Bi-213MAk am Tag 1 nach Tumorzellinokulation therapiert wurden, war mit 232 Tagen etwa zehnmal länger als jene von untherapierten Kontrolltieren, die bereits 24 Tage nach Tumorzellinokulation Aszites, große Tumormassen oder Tumokachexie zeigten. Bei spezifischer Therapie am Tag 8 nach Tumorzellinokulation, also bei fortgeschrittenem Karzinosestadium, verlängerte sich das Überleben der Mäuse auf 187 Tage. Der Unterschied im mittleren Überleben der Tiere nach Applikation von spezifischem Bi-213-d9MAk bzw. von unspezifischem Radioimmunkonjugat war nur bei Therapie am Tag 8 nach Tumorzellinokulation signifikant, da auch unspezifische Radioimmunkonjugate injiziert am Tag 1 nach Tumorzellinokulation deutliche Therapieerfolge bewirkten. Eine i.p. applizierte Aktivität von 22,2 MBq (600 µCi) führte etwa 180 Tage p.i. zu chronischem Nierenversagen. Ohne Nierenprotektion durch kationische Aminosäuren stellt die Niere somit das dosislimitierende Organ bei der Therapie mit Bi-213-d9MAk dar. Die Bewertung von Veränderungen der Tiergewichte ergab keinen toxischen Einfluss von 7,4 MBq (200 µCi) Bi-213-d9MAk auf den Säugetierorganismus. Die Leukozytenzahlen zeigten eine Abnahme in Abhängigkeit von der applizierten Aktivität, erholten sich aber innerhalb von 30 Tagen. Die Häufigkeit chromosomaler Aberrationen erhöhte sich mit zunehmender Aktivität bis 24 h nach Injektion des Bi-213-d9MAk. Zu späteren Zeitpunkten waren keine chromosomalen Aberrationen mehr nachweisbar. Das Radioimmunkonjugat Bi-213-d9MAk eignet sich nach den Resultaten dieser Studie hervorragend für die lokoregionale Anwendung bei disseminierter Tumorzellaussaat im Abdominalraum als Folge primären Magenkarzinoms mit Expression der d9-Mutante des E-Cadherins. Hohe therapeutische Effizienz, insbesondere bei Vorliegen von kleinen Tumorzellaggregaten und Einzelzellen, und niedrige Toxizität zeichnen das neue Radiopharmakon aus. Der therapeutische Einsatz des Bi-213-d9MAk empfiehlt sich besonders perioperativ bei Resektion eines soliden Magenkarzinoms zur Prophylaxe der Peritonealkarzinose aufgrund traumatischer Tumorzelldissemination.

Die Apoptose ist ein genetisch codiertes Suizidprogramm, das es jeder eukaryontischen Zelle erlaubt, auf bestimmte endogene oder äußere Signale mit einem kontrollierten Degradations- und Absterbeprozess zu reagieren. Auf diese Weise werden dem Organismus überzählige oder geschädigte Zellen entzogen, ein Prozess, der z.B. bei Krankheiten wie Krebs zumindest partiell ausser Kraft gesetzt ist. Um neue Einblicke in das erst in Teilen aufgedeckte Netzwerk Apoptose-induzierender Gene zu erhalten, wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Expressions-Screeningverfahren zur Identifikation neuer proapoptotischer Gene eingesetzt. Mit diesem Verfahren, das auf der Fähigkeit der Gene dominant Apoptose zu induzieren basiert, wurden mehr als 50 neue Apoptose-induzierende Gene isoliert, von denen einige Ursache bestimmter Krankheiten sein könnten. Aus diesen wurde das Metastasensuppressorgen C33/CD82 für weitere Untersuchungen ausgewählt, da seine Expression in zahlreichen stark metastasierenden Tumoren herabreguliert ist und es bislang nicht als proapoptotisch beschrieben wurde, obwohl es eines der bislang bestcharakterisiertesten Metastasensuppressorgene ist und die Apoptose ein kritischer Faktor bei der Metastasierung ist. C33/CD82-Apoptose erfolgt durch Aktivierung der Mitochondrien. Dadurch kommt es zum Zusammenbruch des mitochondrialen Membranpotentials und zur Freisetzung proapoptotischer Faktoren in das Cytoplasma, wo diese Caspasen aktivieren, sodass es zur Ausprägung charakteristischer Merkmale der Apoptose kommt: neben morphologischen Veränderungen, wie der Ausbildung apoptotischer Körperchen, wird Phosphatidylserin exponiert und die DNA und bestimmte Proteine werden degradiert. Ausgelöst wird die C33/CD82-Apoptose durch Superoxidanionen, die anders als bei Standard-Apoptosewegen nicht an der mitochondrialen Elektronentransportkette gebildet werden. Darüber hinaus wurde in dieser Arbeit demonstriert, dass auch einige andere Mitglieder der Tetraspanin-Superfamilie, der C33/CD82 angehört, Apoptose induzieren: hierzu zählen CD9, CD37, CD81 und CD151 und in geringerem Umfang auch CD53 und CD63. Mit Hilfe trunkierter Mutanten wurde der für die Apoptoseinduktion verantwortliche Bereich auf die ersten 119 Aminosäuren von C33/CD82 eingegrenzt. Nach den Ergebnissen dieser Arbeit ist die C33/CD82-Apoptose eine wesentliche neue Eigenschaft des Proteins: Sie könnte neben der Beeinflussung der Zellmotilität, die durch E-Cadherin und Integrine vermittelt wird, mit denen C33/CD82 interagiert, und der Internalisierung des EGF-Rezeptors, die durch C33/CD82 beschleunigt wird, zur Wirkung des Proteins als Metastasensuppressor beitragen. Die Überexpression von C33/CD82 induziert nicht nur Apoptose in allen getesteten Tumorzelllinien, sondern auch unter hypoxischen Bedingungen. In vivo sind derartige Bedingungen im Inneren nicht vaskularisierter Tumore und Metastasen zu finden. Dort könnten sie, bedingt durch die Hypoxie-aktivierbaren Transkriptionsfaktoren p53 und NF﷓IL﷓6, zu einer Verstärkung der C33/CD82-Expression führen. Die Vermeidung von Hypoxie-induzierter C33/CD82-Apoptose könnte ein Grund dafür sein, dass die Expression von C33/CD82 in vielen untersuchten stark metastasierenden Tumoren herabreguliert ist. Eine Besonderheit von C33/CD82 ist, dass nicht nur seine Überexpression dominant Apoptose induziert, sondern dass bereits das normale Expressionsniveau Zellen für wenigstens einen spezifischen proapoptotischen Stimulus sensitiviert. Im Fall dieser Arbeit war dies Cycloheximid, welches stellvertretend für weitere applizierbare und möglicherweise therapeutisch verwendbare Stimuli stehen könnte. Vielleicht existiert auch ein Cycloheximid entsprechender endogener Stimulus, der wie Cycloheximid ausschließlich in C33/CD82-positiven Zellen Apoptose auslöst. Die in dieser Arbeit entdeckten Fähigkeiten von C33/CD82, dominant Apoptose zu induzieren und Zellen für Apoptoseinduktion zu sensitivieren, sind neue Eigenschaften des Metastasensuppressors C33/CD82, die zu der in vivo beobachteten, in der Literatur vielfach beschriebenen Metastasensuppression beitragen können.