Fortschritte in der medizinischen Ethik
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Abstrakt

Einblicke in die Biologie von Sarkomen durch die Entwicklung von Sarkom-Zelllinien

Jiri Hatina, Michaela Kripnerova, Hamendra Singh Parmar, Zbynek Houdek, Pavel Dvorak, Katerina Houfkova, Martin Pesta, Jitka Kuncova, Sieghart Sopper, Lenka Radova, Jiri Sana, Ondrej Slaby

Weichteilsarkome sind für ihre große Variabilität im klinischen Verhalten bekannt, das von nahezu indolenten Läsionen bis hin zu rasch metastasierenden Tumoren reicht. Gene, die für die Sarkomprogression verantwortlich sind, sind bisher nur unzureichend charakterisiert. Zu diesem Zweck haben wir die Transkriptome zweier Einzelhintergrund-Progressionsserien muriner Sarkomzelllinien umfassend analysiert. Die erste, die wir aus aufeinanderfolgenden Fibrosarkomen in einer v-jun-transgenen Maus etabliert haben, bestand aus der langsam proliferierenden, nicht beweglichen und nichtinvasiven Zelllinie JUN-2, der rasch proliferierenden, beweglichen und invasiven Zelllinie JUN-3 und der Zelllinie JUN-2fos-3, die ein einzigartiges Transformationsmuster mit geringer Deregulierung von Zellwachstum und Proliferation, aber ausgeprägter Motilität und Invasivität aufweist. Die zweite, von einer französischen Gruppe etablierte, bestand aus der weit verbreiteten präadipozytischen Zelllinie 3T3L1 und ihrer abgeleiteten Liposarkomzelllinie LM3D. Aus beiden Liposarkom-Zelllinien isolierten wir mutmaßliche Liposarkom-Stammzellen (als Seitenpopulationszellen). Wir führten vier Sätze genomweiter Transkriptomanalysen durch. Die JUN-Fibrosarkom-Progressionsserie ermöglichte es uns aufgrund ihrer einzigartigen Verteilung von Transformations-bezogenen Merkmalen zwischen einzelnen Zelllinien, in einer einzigen Transkriptomanalyse zwei separate Gruppen von Genen zu identifizieren, die vorläufig an der Sarkom-Progression beteiligt sind. Einerseits konnten proliferationsbezogene Gene anhand ihrer unterschiedlichen Expression in JUN-3 im Vergleich zu JUN-2 und JUN-2fos3 identifiziert werden, und andererseits konnten motilitäts- und invasivitätsbezogene Gene anhand ihres gemeinsamen Expressionsmusters in JUN-2fos3- und JUN-3-Zellen im Vergleich zu JUN-2 identifiziert werden. In Bezug auf die Liposarkom-Progressionsreihe identifizierten wir einerseits Progressionsgene anhand ihrer unterschiedlichen Expression in präadipozytischen 3T3L1-Zellen gegenüber Liposarkom-LM3D-Zellen und andererseits Stammzellengene, indem wir Seitenpopulationszellen gegenüber Nicht-Seitenpopulationszellen aus beiden Zelllinien profilierten. Die Hochdurchsatz-Genexpressionsanalyse wurde mithilfe des GeneChip-Mausgenom-430-2.0-Arrays (ThermoFisher Scientific) durchgeführt. Schließlich identifizierten wir eine kleine Gruppe von Genen, die sowohl in hochtransformierten JUN-3- als auch in LM3D-Zellen gemeinsam reguliert wurden („Sarkom-Progressions“-Signatur). Ein auffälliges Merkmal dieser „Sarkom-Progressions“-Signatur ist die komplexe Herunterregulierung des kanonischen Wnt/β-Catenin-Signalwegs. Zu den hochregulierten Genen gehört eine große Anzahl von Genen mit publizierter Funktion als Wnt/β-Catenin-Inhibitoren (Dickkopf-2 und -3, Apcdd1, Meg3, Fibulin-5, Ints6, Msx1), andererseits deutet das Expressionsprofil stark auf eine Aktivierung des nichtkanonischen Wnt5-Ror2-Signalwegs hin. Ein weiterer umfangreicher Gensatz umfasst Gene, deren erhöhte Expression eine schlechte Prognose bei verschiedenen Karzinomen andeutet, deren Expression in Sarkomen jedoch bisher noch nicht analysiert wurde. Zu diesen Genen gehören Snx6, der UEA-Transporter Slc14A1, Dpysl3, Ulk2,Transienter Rezeptorpotential-Calciumkanal Trpc1, Steap3, Morc4, Crp2 und Coronin 1C). Einige der Gene wurden bereits als schlechte Prognoseindikatoren bei bestimmten Weichteilsarkomtypen oder bei Osteosarkomen beschrieben (Tbx3, Tgfbi, Rab3ip, Alcam, Crabp1, Ecm1, Periostin). Obwohl die Hauptzellpopulation sowohl der Fibrosarkom- als auch der Liposarkom-Progressionsserie den Input für die Analyse lieferte, erinnert interessanterweise ein Teil der hochregulierten Gene in der Signatur der „Sarkom-Progression“ stark an die Stammzellaktivierung (c-jun und Gene, die für seine Aktivatoren – Ddx21 und Mfap – kodieren, sowie Gene, die für die mit Stammzellaktivität verbundenen alternativen Spleißfaktoren Khdrbs3 und Mbln3 kodieren, sowie Lis1, das an der asymmetrischen Stammzellteilung beteiligt zu sein scheint). Ansonsten scheint die Regulierung der Stammzelleneigenschaften in beiden jeweiligen Sarkomprogressionsreihen von unterschiedlichen Faktoren dominiert zu sein, wobei Sox-2 ein wahrscheinlicher Kandidat in JUN-3-Fibrosarkomzellen ist und eine große Anzahl von Hippo-Pathway-Genen (Yap, FoxM1, Pttg, Tacc3, Btf3 sowie Lats2) sowohl in den adipozytischen als auch in den Liposarkomstammzellen hochreguliert ist. Wir glauben, dass unsere Modelle und die durch ihre Transkriptomanalyse identifizierten differentiell exprimierten Gene wichtige neue Informationen zur Biologie von Weichteilsarkomen liefern und dazu beitragen können, neue Prognosemarker und potenzielle therapeutische Ziele für diesen seltenen und höchst heterogenen Tumortyp zu identifizieren.