Authors:	Hausherr, Carolin Kim
Title:	Konditionale Expression von HER-2, H-Ras oder BXB-Raf1 in einem Maustumormodell
Online publication date:	11-Apr-2005
Year of first publication:	2005
Language:	german
Abstract:	Es ist bekannt, dass die Überexpression eines einzigen Onkogens im Tumorgewebe einen maligneren Phänotyp zur Folge haben kann. Ein Beispiel hierfür ist die Rezeptortyrosinkinase HER-2. Besonders in Mamma- und Ovarialkarzinomen tritt häufig eine HER-2 Überexpression auf, die mit einer schlechteren Prognose für die Patientinnen einhergeht. Die HER-2 blockierende Therapie mit Trastuzumab (Herceptin®) konnte zu einer signifikanten Verbesserung der Überlebenszeit bei Patientinnen mit metastasierendem Mammakarzinom führen. Es ist deshalb von großem Interesse herauszufinden, ob ein Tumor durch gezielte Blockade eines bestimmten Onkogens sein tumorigenes Potential verlieren kann, und dadurch das Tumorwachstum zumindest zeitweise unterbunden wird. Die Frage ist also, ob ein Tumor reversibel sein kann, wenn die Expression seiner Onkogene blockiert wird. Frühere Arbeiten meiner Arbeitsgruppe haben gezeigt, dass Tumore, die konditional humanes HER-2 exprimierten, nach Ausschalten von HER-2 tatsächlich in Remission gingen, d.h. reversibel waren. Tumorgrößenabhängig konnte sogar eine vollständige Tumorremission beobachtet werden. Die vorliegende Arbeit soll nun helfen, die beobachtete Remission nach Ausschalten von HER-2 besser verstehen zu können. Von Interesse sind dabei vor allem die molekularen Mechanismen, die in dem Tumor nach Ausschalten der HER-2 Expression ablaufen. Die konditionale Expression von HER-2 wurde mit Hilfe des TET-OFF Systems in NIH3T3 Mausfibroblasten erreicht. Mit dieser Technik wurde ein Maustumormodell etabliert, das ermöglichte, die Veränderungen in den Tumoren nach Ausschalten von HER-2 zu untersuchen. Ein besonderes Augenmerk wurde dabei auf zwei der durch HER-2 vermittelten Signalwege gerichtet, den Ras-MAP Kinase Signalweg und die Aktivierung von Akt über die Phosphoinositol-3 Kinase. Beide wurden nach Ausschalten der HER-2 Expression deaktiviert. Um herausfinden zu können, welcher der beiden Wege eine wichtigere Rolle bei der Tumorremission spielt, wurden in der vorliegenden Arbeit zwei weitere Maustumormodelle zur konditionalen Expression von humanem H-Ras bzw. einer Form des humanen c-Raf-1 (BXB-Raf1) etabliert. Die Modelle funktionierten auf dieselbe Weise wie das HER-2 Maustumormodell und es wurden auch dieselben Faktoren untersucht. Ras und Raf sind Mitglieder des Ras-MAP Kinase Signalweges. Raf ist aber im Gegensatz zu HER-2 und Ras nicht in der Lage, Akt zu aktivieren. Durch Vergleich der Ergebnisse der drei Maustumormodelle war es deshalb möglich zu differenzieren, ob Einflüsse auf die Tumorentwicklung über denn Ras-MAP Kinase oder den PI3K/Akt Signalweg vermittelt wurden. Auch Ausschalten von H-Ras oder BXB-Raf1 führte zu einer raschen Tumorremission. Damit wurde erneut die Frage nach der Reversibilität eines Tumors beantwortet. Ob die Remission auf einer Induktion von Apoptose beruhte, konnte nicht endgültig geklärt werden, da es zwar nach Ausschalten von HER-2 zu einer Erhöhung der Apoptoserate kam, nicht jedoch nach Ausschalten von H-Ras oder BXB-Raf1. Aufgrund der vorhandenen Ergebnisse wird vermutet, dass es zu einer Störung des Gleichgewichtes zwischen proliferationsfördernden und apoptotischen Faktoren nach Ausschalten der Onkogene kam. Die in den Tumoren vorhandene Spontanapoptose könnte dann ausreichen, den Prozess der Tumorremission auszulösen. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass ERK bzw. der Ras-MAP Kinase Signalweg die bedeutendere Rolle bei der Tumorremission spielte. Zum einen wurde dies belegt durch die Beobachtung, dass die Tumorverläufe von HER-2 und BXB-Raf1 nahezu identisch waren. Zum anderen kam es in allen drei Modellen zu einer Dephosphorylierung von ERK, die der Tumorremission vorausging. Akt schien dagegen keine Rolle zu spielen, da das Ausschalten der HER-2, H-Ras oder BXB-Raf1 Expression zu keiner einheitlichen Veränderung des Posphorylierungsgrades von Akt führte. Demnach ist die Blockade des Ras-MAP Kinase Signalweges, der hauptsächlich proliferationsfördernde Eigenschaften besitzt, wichtiger für die Tumorremission als die Blockade des PI3K/Akt Signalweges, der hauptsächlich anti-apoptotische Eigenschaften vermittelt. It is known that the over-expression of a single oncogene in tumor tissue may lead to a more malignant phenotype. An example for this is the receptor tyrosine kinase HER-2. HER-2 is often over-expressed in breast or ovarian cancer, which is associated with a worse prognosis for the patients. The HER-2 blocking therapy with Trastuzumab (Herceptin®) led to a significant improvement in survival for patients with metastasised breast cancer. Therefore, a great interest exists in finding out whether a tumor might lose its tumorigenic potential by blocking a certain oncogene, and thereby prevent tumor growth at least temporarily. This means to find out whether a tumor can become reversible if the expression of its oncogenes is blocked. Former studies of my working group have demonstrated that tumors conditionally expressing human HER-2 in fact underwent tumor remission after switching-off HER-2 expression, i.e. they were reversible. Even a total tumor remission was achieved depending on the original tumor size. The studies at hand in this work shall help to provide a better understanding of tumor remission after switching-off HER-2 expression. The molecular mechanisms that happen within the tumor are thereby of special interest. Conditional expression of HER-2 was achieved with the TET-OFF system in NIH3T3 mouse fibroblasts. With the help of these cells, a mouse tumor model was established, allowing the examination of changes within tumors after switching-off HER-2 expression. Focus was then set on two signal transduction pathways activated by HER-2, the Ras-MAP kinase cascade and the activation of Akt via the phosphatidylinositol-3 kinase (PI3K). Both were deactivated after down-regulation of HER-2 expression. In order to find out which pathway had more influence on tumor remission, I established two other mouse tumor models which provided a conditional expression of human H-Ras an a special form of human c-Raf-1 (BXB-Raf1). These mouse tumor models worked in the very same way as the HER-2 mouse tumor model and they were examined on the same factors. Ras an Raf are both members of the Ras-MAP kinase pathway. However, Raf can not activate Akt, in contrast to HER-2 or H-Ras. By comparing the results of these three mouse tumor models, I was able to determine whether influence was taken via the Ras-MAP Kinase pathway or the PI3K/Akt pathway. Switching-off H-Ras or BXB-Raf1 expression led to a rapid tumor remission. So once again it could be shown that tumors are indeed reversible. It could not definitely be said whether this remission was due to apoptosis. Switching-off HER-2 expression induced apoptosis, whereas an increase in apoptosis could not be observed in the H-Ras or BXB-Raf1 mouse tumor model. It is presumed that the down-regulation of oncogene expression led to a disruption of the balance between proliferation and apoptosis within the tumor. The amount of apoptosis in the control tumors would then be sufficient to induce the process of tumor remission. The results demonstrated that ERK or rather the Ras-MAP kinase pathway play a more important role for tumor remission. Firstly, tumor remission after down-regulation of HER-2 or BXB-Raf1 was almost identically. Secondly, a dephosphorylation of ERK that preceded tumor remission was seen in all three mouse tumor models. Akt, on the other hand, does not seem to have any influence on the tumor remission. Switching-off HER-2, H-Ras or BXB-Raf1 expression led to no common result. Thus, blocking of the Ras-MAP kinase pathway, which leads mainly to enhanced proliferation, is more effective for tumor remission than blocking of the PI3K/Akt pathway, which has a mainly anti-apoptotic nature.
DDC:	500 Naturwissenschaften 500 Natural sciences and mathematics
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-3776
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-7194
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
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