High Expression of Neuronal Calcium Sensor 1 Induces an Invasive Cellular Phenotype and Predicts Poor Disease Outcome in a Subset of Cancer Patients

Schütte, Daniel ORCID: 0000-0002-4746-537X (2023). High Expression of Neuronal Calcium Sensor 1 Induces an Invasive Cellular Phenotype and Predicts Poor Disease Outcome in a Subset of Cancer Patients. PhD thesis, Universität zu Köln. Open Access

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Abstract

Maligne Tumoren stellen heutzutage, gemeinsam mit kardiovaskulären Erkrankungen, die bedeutsamste Todesursache in Industrienationen dar. Epidemiologische Studien prognostizieren darüber hinaus einen Anstieg der diesbezüglichen rankheitslast um bis zu 50% innerhalb der nächsten 20 Jahre. Während Neoplasien in allen Stadien eine erhebliche Morbidität und Reduktion der Lebensqualität verursachen, sind etwa 90% der Tumor-bedingten Todesfälle auf metastasierte Erkrankungsstadien zurückzuführen. Da der hoch komplexe Prozess der Metastasierung zugleich den am wenigsten verstandenen Aspekt der Krebsbiologie darstellt, müssen Prävention, Diagnostik und Therapie von Stadium IV Tumoren auf Grundlage eines besseren molekularen und zellulären Verständnisses stetig weiterentwickelt werden. Zu den Phasen der Disseminierung von Krebszellen zählen die Loslösung vom Primärtumor, die lokale Invasion des Tumor-umgebenden Stromas, das Eindringen in Blut- und Lymphgefäße, sowie die Extravasation in entfernten Geweben. Eine Vielzahl von zellulären Subsystemen muss außerdem koordiniert zusammenspielen, um diese Prozesse zu ermöglichen. Dabei spielen diejenigen Signalwege eine zentrale Rolle, die zu einer erhöhten Zellmotilität führen, denn beinahe alle Stadien der Metastasierung setzen eine gerichtete Bewegung voraus. Im Hinblick auf die physiologische Migration von Zellen ist seit langem bekannt, dass Calcium eines der wichtigsten Sekundärsignale darstellt, die Zellen zur Wanderung bewegen. Zuletzt ist Calcium jedoch in zunehmendem Maße auch in der Krebsbiologie als Treiber von Motilität erkannt worden und eine Fülle von Kanälen, Pumpen und Calcium-bindenden Proteinen besitzt die Fähigkeit, physiologischerweise eng kontrollierte, intrazelluläre Calciumspiegel in Tumoren zu dysregulieren. Das Calcium-bindende Protein Neuronal Calcium Sensor 1 (NCS-1) ist diesbezüglich von besonderem Interesse, da es eine wichtige physiologische Funktion für die Calciumhomöostase besitzt, Calciumsignale in verschiedensten Krankheiten dysreguliert und eine erste Untersuchung einen präliminären Zusammenhang von NCS-1 mit Tumormetastasierung und reduziertem Patientenüberleben herstellen konnte. In der vorliegenden Studie wurde deshalb einerseits der Einfluss von NCS-1 auf das Metastasierungsverhalten von Tumorzellen untersucht, auf der anderen Seite fand eine Korrelation von NCS-1 Leveln mit klinischen Parameter, insbesondere der Mortalität von Patienten mit hepatozellulärem Karzinom (HCC), statt. Auf diese Weise konnte gezeigt werden, dass eine hohe NCS-1 RNA Expression in einer öffentlich verfügbaren HCC Kohorte mit einer ungünstigen Prognose assoziiert ist, wobei dies interessanterweise jedoch ausschließlich auf Patienten asiatischer Abstammung zutraf. Dieses Ergebnis wurde in einer weiteren Kohorte validiert und um eine bioinformatische Analyse ergänzt, die LIM-Domain Kinase 1 (LIMK-1) als Protein identifizierte, das potentiell den Mittelpunkt eines NCS-1-abhängigen Signalnetzwerks darstellt. Da LIMK-1 Inhibitoren gegenwärtig in klinischer Erprobung sind, ist diese Signalachse ein vielversprechender pharmakologischer Angriffspunkt. Um die Motilitätseffekte von NCS-1 zu untersuchen, wurde ein Zellmodell hergestellt, das NCS-1 stabil überexprimierte. Es zeigte sich im Vergleich zu der unveränderten Kontrollzelllinie nicht nur eine signifikante Änderung der Morphologie hin zu einem amöboiden Phänotypen. Auch die Migration in 2- und 3-dimensionalen Experimenten wurde durch NCS-1 deutlich verstärkt. Um den Prozess der Metastasierung zuletzt auch in vivo nachvollziehen zu können, wurden diese Zellen in die Schwanzvenen von gesunden Mäusen injiziert und deren Lungen bezüglich der Ausbildung von Filiae monitoriert. Unter dem Einfluss hoher NCS-1 Expression kam es zu einer deutlich verstärkten Absiedelung von Krebszellen mit größeren und vitaleren Tumoren nach 4 Wochen Wachstum. Mit diesen Experimenten ist erstmals gezeigt, dass NCS-1 nicht nur vielversprechendes Potential als klinischer Biomarker besitzt, sondern auch funktionell zur Metastasierung beiträgt. Zukünftigte Studien müssen erweisen, ob dysregulierte Calciumsignale oder die physische Interaktion von NCS-1 mit seinen Bindungspartner mechanistisch verantwortlich sind.

Item Type:

Thesis (PhD thesis)

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Title	Language
Eine hohe Expression des Neuronalen Calcium Sensors 1 induziert einen invasiven zellulären Phänotypen und prädiziert einen ungünstigen Krankheitsverlauf in einer Untergruppe von Krebspatienten	UNSPECIFIED

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