Das DKK1-Signalmolekül in der Karzinogenese des Barrett-assoziierten ösophagealen Adenokarzinoms

Abstract

Die Inzidenz des Barrett-assoziierten ösophagealen Adenokarzinoms (EAC) steigt in den westlichen Ländern stetig an. Die molekularen Mechanismen in der Pathophysiologie während der neoplastischen Progression von der Barrett-Metaplasie zum Adenokarzinom sind jedoch weitgehend unbekannt. Das Gen Dickkopf 1 (DKK1) kodiert für ein Sekretionsprotein, welches den Wnt/β-Catenin Signalweg inhibiert. DKK1, welches auch ein Wnt-Zielgen ist, ist parallel zum konsekutiv aktiven Wnt/β- Catenin Signalweg im EAC überexprimiert. Daher ist für DKK1 im EAC ein defekter negativer Rückkopplungs-Mechanismus anzunehmen. Ziel dieser Arbeit war es, die Anwendung von DKK1 als einen serologischen Biomarker und die Rolle von DKK1 in der Tumorbiologie anhand eines in vitro Zellkultur-Modells zu untersuchen. Die DKK1-Serumkonzentrationen von EAC-Patienten (n=18) wurden mittels ELISA vor und nach der chirurgischen Tumorresektion bestimmt und mit dem histopathologischen Tumorstadium (TNM-Klassifikation) sowie mit dem Differenzierungsgrad der ösophagealen Karzinomzellen (Grading) korreliert. Die DKK1-Serumkonzentrationen von Barrett-Metaplasie-Patienten (n=18) und gesunden Kontrollpersonen (n=17) wurden ebenfalls bestimmt und in die Analyse mit einbezogen. Die ösphagealen Plattenepithelzelllinien EPC1-hTERT und EPC2- hTERT, die nicht-dysplastische Barrett-Epithelzelllinie CP-A und die HGD-Barrett- Epithelzelllinie CP-B, als auch die beiden ösophagealen Adenokarzinomzelllinien OE33 und OE19 wurden für die Expression und Sekretion von DKK1 mittels RT-PCR, qRT-PCR und Western Blot charakterisiert. Die Funktion von DKK1 wurde in der ösophagealen Adenokarzinomzelllinie OE33 durch Behandlung mit rhDKK1 und rhWnt3a sowie mittels spezifischem siRNA-vermitteltem Knockdown untersucht. Die DKK1-Konzentrationen im Blutserum der gesunden Kontrollpersonen, Barrett- Metaplasie-Patienten und EAC-Patienten zeigten keine signifikanten Unterschiede, obwohl bei den EAC-Patienten deutlich höhere Maximalkonzentrationen von DKK1 detektiert werden konnten als bei den gesunden Kontrollpersonen. Nach der chirurgischen Tumorresektion zeigten die EAC-Patienten eine Tendenz hin zu niedrigeren DKK1-Serumkonzentrationen. Die Ausdehnung des Primärtumors, der Ausmaß des Lymphknotenbefalls und der Differenzierungsgrad der Karzinomzellen hatten jedoch keinen Einfluss auf die DKK1-Serumkonzentrationen. Die ösophageale Adenokarzinomzelllinie OE33 zeigte von allen ösophagealen Zelllinien die stärkste DKK1-Expression. Eine Stimulation mit exogenem rhDKK1 hatte keinen Einfluss auf die Aktivität des Wnt/β-Catenin Zielgens DKK1 und die Zellviabilität, während eine Herunterregulation der endogenen DKK1-Expression mittels siRNA-vermitteltem Knockdown zu einer deutlichen Hemmung der Zellviabilität und Motilität der OE33- Zellen führte. Es zeigte sich eine intrazelluläre Stabilisierung von β-Catenin bei unveränderter Wnt-Zielgenexpression und eine signifikante Dephosphorylierung von der Kinase Akt (*=p<0,05). Außerdem konnte eine Zunahme in der Genexpression von p21 detektiert werden. Die Behandlung der DKK1-Knockdown-OE33-Zellen mit rhWnt3a führte zu keinem veränderten Aktivierungsmuster von GSK3β und hatte zudem keinen Einfluss auf die Wnt-Zielgenexpression und die Zellviabilität. Es konnte gezeigt werden, dass DKK1 in der ösophagealen Adenokarzinomzelllinie OE33 Wnt-unabhängige intrazelluläre Signalwege reguliert, welche die Zellviabilität und Motilität der Karzinomzellen steigern. Über noch unbekannte Mechanismen kommt es dabei zu einer verstärkten Aktivierung der Kinase Akt, welche ihrerseits, vermutlich auch über eine Inaktivierung von p21, eine wichtige Rolle in der Tumorbiologie spielt. Der Verlust der inhibitorischen Funktion von DKK1 im Stadium der Barrett-Metaplasie könnte zudem für die Heraufregulation des Wnt/β-Catenin Signalwegs mitverantwortlich sein und auf diese Weise zusätzlich zur Tumorprogression beitragen. Wnt3a hingegen hat vermutlich auf Grund der konsekutiven Aktivierung des Wnt/β-Catenin Signalwegs in den OE33-Zellen seine Funktion als ein Hauptaktivator verloren. Die weiterführende Untersuchung von DKK1 als ein Mediator der Karzinogenese im ösophagealen Adenokarzinom ist von großer klinischer Relevanz. Ebenfalls sind im Hinblick auf die Funktion von DKK1 als ein potentieller serologischer Biomarker größere klinische Studien notwendig.:Inhaltsverzeichnis Abkürzungsverzeichnis .................................................................................................. 3 Einleitung ......................................................................................................................6 1.1. Das ösophageale Adenokarzinom ........................................................................6 1.1.1. Epidemiologie und Prognose .............................................................................6 1.1.2. Die Barrett-Metaplasie als eine präkanzeröse Läsion ........................................9 1.1.3. Früherkennungsstrategien und Therapieoptionen .............................................11 1.2. Wnt/β-Catenin Signalweg......................................................................................13 1.2.1. Bedeutung und Funktionsprinzip .......................................................................13 1.2.2. Das Dickkopfprotein 1 (DKK1).............................................................................14 1.3. Zum Stand der Forschung .....................................................................................15 1.4. Hypothese ..............................................................................................................18 2. Materialien und Methoden ........................................................................................19 2.1. Materialien ............................................................................................................. 19 2.2. Methoden................................................................................................................28 2.2.1. Zellkultur ..............................................................................................................28 2.2.2. Molekularbiologische Arbeiten.............................................................................33 3. Ergebnisse .................................................................................................................43 3.1. Analyse der DKK1-Serumkonzentrationen von EAC-Patienten .............................43 3.2. DKK1-Expression in den ösophagealen Zelllinien ..................................................47 3.3. Funktion von DKK1 in der ösophagealen Adenokarzinomzelllinie OE33 ...............50 4. Diskussion ................................................................................................................ 74 4.1. Interpretation...........................................................................................................74 4.1.1. DKK1 als ein serologischer Biomarker für das EAC............................................ 75 4.1.2. Expression von DKK1 während der neoplastischen Progression........................78 4.1.3. DKK1 als ein Mediator der Karzinogenese im EAC..............................................80 4.1.4. Effekt von DKK1 auf die Aktivität des Wnt/β-Catenin Signalwegs.......................86 4.1.5. Effekt von Wnt3a auf die Aktivität des Wnt/β-Catenin Signalwegs.....................88 4.2. Ausblick...................................................................................................................89 5. Zusammenfassung.................................................................................................... 90 6. Literaturverzeichnis ...................................................................................................92 Anlagen ...................................................................................................................... 103 Abbildungsverzeichnis ............................................................................................... 105 Tabellenverzeichnis .....................................................................................................107 Erklärung über die eigenständige Abfassung der Arbeit ............................................ 108 Lebenslauf................................................................................................................... 109 Danksagung ............................................................................................................... 11