Etablierung und Charakterisierung von kultivierten BxPC-3 Pankreaskarzinom-Klonen in Abhängigkeit der Interleukin-4-Rezeptor-alpha Expression

Abstract

Interleukin 4 (IL-4) ist ein Typ II Zytokin, das über die Bindung an die Alpha-Kette des Interleukin-4-Rezeptors (IL-4Rα) zwei verschiedene Rezeptoren aktiviert: den Typ I Interleukin-4-Rezeptor (IL-4R), der auf hämatopoetischem Gewebe exprimiert ist und sich aus IL-4Rα und der gemeinsamen Gamma-Kette (γc) zusammensetzt sowie den Typ II IL-4R, welcher aus IL-4Rα und der Alpha-1-Kette des Interleukin-13-Rezeptors (IL-13Rα1) besteht und auf nicht-hämatopoetischen Zellen sowie Tumorgewebe zu finden ist. IL-4 stimuliert seinerseits die Ausschüttung von neuem IL-4 und leitet die Immunreaktion in Richtung einer Th2-Antwort (Immunantwort durch Typ 2 T-Helferzellen) mit gleichzeitiger Suppression der Th1-Antwort (Immunantwort durch Typ 1 T-Helferzellen). Dadurch wird die Bildung der Th1-Effektorzellen, den zytotoxischen T-Lymphozyten, gehemmt, die für die Immunreaktion des Körpers gegen maligne entartete Zellen verantwortlich sind. IL-4 ist in vielen Tumoren vermehrt nachweisbar. Es führt sowohl zu anti-onkogenen, als auch zu pro-onkogenen Effekten mit einer Tumorprogression und erhöhtem Metastasierungsrisiko. Auch sein Rezeptor IL-4Rα ist in vielen Tumorzellen überexprimiert. Er führt in Pankreaskarzinomzellen zur Aktivierung pro-onkogener Signalwege mit Bildung von Molekülen wie Bcl-2 (B-cell lymphoma 2 regulator protein) und Bcl-XL (B-cell lymphoma extra large molecule) sowie zur MAPK (Mitogen-aktivierte Proteinkinase)-induzierten Ras-Aktivierung (Ras: Rat sarcoma virus assoziierte GTPase (Guanosintriphosphatase)) und dadurch zu Wachstumssteigerung. In dieser Studie konnte in vitro gezeigt werden, dass der IL-4Rα eine bedeutende Rolle in der Fähigkeit von Pankreastumorzellen spielt, sich zu vermehren und zu metastasieren. BxPC-3 ist eine etablierte Zelllinie mit primärem Ursprung aus dem humanen Pankreaskarzinom, die den IL-4Rα stark überexprimiert. Diese Rezeptorexpression liegt noch deutlich über der von den meisten anderen Pankreas-Tumorzelllinien. Daher eignete sie sich besonders gut, um den Effekt des IL-4Rα und seiner Signalwege auf das Zellwachstum und die Metastasierungsfähigkeit zu untersuchen. Mithilfe eines Plasmids, das eine gegen den IL-4Rα gerichtete shRNA (small hairpin Ribonukleinsäure) enthält wurden BxPC-3-Zellen transfiziert, um ein Knock-down des IL-4Rα zu erreichen. Aus BxPC-3 konnten wir zwei IL-4Rα Knock-down-Klone, genannt 2-2 und 2-7, mit stark herunterreguliertem IL-4Rα generieren. Diese Zellen wurden vier verschiedenen Versuchsmodellen unterzogen, die deren Proliferations- und Migrationsfähigkeiten sowie deren Fähigkeit zur Zytoskelett-Umstrukturierung im Vergleich zu IL-4Rα-positiven Zellen untersuchten. Beide Knock-down-Zellen wiesen eine signifikant reduzierte Proliferation und Migration sowie Verformbarkeit im Vergleich zu Kontrollzellen mit hoher IL-4Rα Expression auf. Grund dafür ist, dass BxPC-3 eine Zelllinie mit besonders starker Abhängigkeit seiner Tumorigenität vom IL-4Rα ist. Durch ihre ausgesprochen hohe IL-4Rα Expression ist dessen Effekt auf die Tumorbildung besonders deutlich zu sehen. Die Aktivierung der IL-4-/IL-4Rα Signalkaskade führt neben der Expression der anti-apoptotischen Proteine Bcl-2 und Bcl-XL und vielen weiteren Effekten auch zur Ras-Aktivierung. Da BxPC-3 nicht Ras-mutiert ist und damit eine endogene Tumorstimulation fehlt führt eine Hemmung des IL-4/IL-4Rα Signalwegs zur Unterdrückung der Ras-Kaskade und damit zur Wachstumshemmung. Der Knock-down führte zu sehr deutlichen Ergebnissen: beide Knock-down Zellen waren kaum mehr in der Lage zu metastasieren (im Sinne der Fähigkeit das Zytoskelett zu verändern und zu migrieren) und zeigten ein stark herabgesetztes Wachstum. Eine Therapie, die sich gegen die IL-4-/IL-4R-Kaskade richtet, könnte das humane Pankreaskarzinom also in mehrfacher Hinsicht in seinem Fortschreiten bremsen: Es kann in seinem Wachstum und Metastasierungsbestreben gehemmt werden und die Ausbildung einer wirksamen Immunantwort kann aktiviert werden. Es ist zudem denkbar, dass eine solche Therapie das Ansprechen auf bestimmte Chemotherapeutika erhöht. Weiterhin kann eine spezifische IL-4-gekoppelte zytotoxische Therapie das Tumorgewebe direkt bekämpfen. Diese Therapieformen sind jedoch keine Alternative zu den bisherigen Leitlinien, vielmehr könnten sie eine Ergänzung zur Chemotherapie sein. Fest steht, dass sie eine interessante Option mit möglicherweise wirksamen Erfolgen in der Therapie des humanen Pankreaskarzinoms sein könnten und die Forschung über die Blockade der IL-4-/IL-4Rα-Kaskade und seiner Signalwege auch in Zukunft weiter vertieft werden sollte.