Frühe molekulare Ereignisse in der Tumorentstehung und Carcinogenese

Allgemeiner Hintergrund

Nach heutigem wissenschaftlichem Verständnis entstehen Karzinome durch eine Akkumulation von Defekten in kritischen Genen. Neben der Art spielt auch die Reihenfolge, in der diese der auftretenden genetischen Defekte eine entscheidende Rolle. Inzwischen gilt zusätzlich als akzeptiert, dass epigenetische Veränderungen an DNA und Histonen die Genexpression kritischer Gene verändern können. Dies kann zu neoplastischem Phänotyp führen, obwohl entsprechende fixierte Gendefekte noch nicht vorliegen und schafft zusätzlich günstige Bedingungen für deren Entstehung.

Über die frühen molekularen Veränderungen, die zu ersten Tumorentwicklung führen, ist bisher wenig bekannt.

Spezieller Hintergrund

Das Kolonkarzinom (CRC) gehört zu den häufigsten Karzinomen unserer Wohlstandsgesellschaft und ist für die Wissenschaft ein wichtiger Modelltumor. Seit den 90er Jahren sind die Gendefekte, welche zur Neoplasie – und in der Progression zum Karzinom führen, bekannt (Multi-Step Karzinogenese nach B. Vogelstein; Vogelstein-Modell).

Gegenüber den Neoplasien gelten die hyperplastischen Polypen (HP), die schon als mikroskopisch kleine Aberrante Crypt Foci (ACF) darstellbar sind, als harmlos und an der Entwicklung von Neoplasien nicht beteiligt. Diese Hyperplasien entstehen durch eine verminderte Apoptose in den betroffenen Kryptenschläuchen. Unsere Arbeiten der letzten Jahre haben einen molekularen Defekt in der Kolonzellendifferenzierung identifiziert, der den Apoptoseverlust erklärt und damit für die Entstehung von Hyperplasien bedeutsam sein könnte.

Der Tumorsupressor CEACAM1 und die Gewebehomöostase, Tumorentstehung und -progression

Oberflächenproteine erfüllen Schlüsselfunktionen bei Aufbau und Erhalt von Gewebestrukturen. Diese Funktionen werden durch Adhäsionseigenschaften, häufig in Kombination mit Signaltransduktion, erfüllt. Das humane Glykoprotein CEACAM1 (Carcino-Embryonic Antigen-like Cell Adhesion Molecule 1, Mitglied dder CEA-Genfamilie) wird normalerweise in Epithelien wie Kolon, Prostatagewebe oder Mammagewebe, aber auch in aktivierten Lymphozyten exprimiert. Bei Melanomen ist eine starke Neoexpression möglich, die mit schlechter Prognose einhergeht. Experimentelle Untersuchungen konnten eine Vielzahl von in-vitro Funktionen für CEACAM1 aufzeigen.

Wir konnten als erste die Tumorsuppressorfunktionen von CEACAM1 darstellen und in neuen Arbeiten seine wichtige Bedeutung in der Regulation der differenzierungsabhängigen Apoptose zeigen. Verlust der CEACAM1 Expression ist das erste Merkmal, welches Hyperplasie und Neoplasie verbindet und legt nahe, dass das Molekül eine generelle Bedeutung für Tumorentstehung im Kolon besitzen könnte.

Aus den zurückliegenden neueren Arbeiten haben wir eine neue Hypothese zur kolorektalen Tumorg­enese formuliert, welcher die Vogelsteinhypothese zugrunde liegt, die über diese aber hinausgeht, indem sie Precursorläsio­nen mit Regressionspo­tential einbezieht. Danach kommt es erst bei Auf­treten kritischer Gende­fekte (bei sog. permissi­ven Defekten) zu einem Übergang in die Neopla­sieentwicklung nach Vogelstein. Entsprechend haben wir diesen Übergang als „Vogelstein Exit“ bezeichnet.

Dieses als „permissive mutational model“ bezeichnete Modell ist Gegenstand aktueller wissenschaftlicher Untersuchungen.

Folgende Projekte werden derzeit bearbeitet oder gestartet (zu den einzelnen Unterpunkten werden definierte Doktorarbeiten vergeben)

Bedeutung der CEACAM1-Ligand-induzierten Apoptose  in Tumorinitiation und –progr

• Untersuchung der Funktion physiologischer CEACAM1-Liganden in verschiedenen Tumormodellen
• Aufklärung der Spleißvariantenabhängigkeit der CEACAM1-vermittelten Apoptose und Verlauf des Apoptoseweges

Regulation der CEACAM1-Expression

Gewebespezifische Faktoren, welche die CEACAM1-Expression steuern, sind bisher nicht bekannt. Unser Ziel ist,

• Wirksubstanzen zu finden, welche die CEACAM1-Expression bei Verlust in physiologischer Weise wieder herstellen können
• diese Substanzen zur Aufklärung der Mechanismen der CEACAM1-Regulation einzusetzen.

Untersuchung der CEACAM1-Regulation in Melanomen

Das Thema geht der Frage nach, wie es CEACAM1 Neoexpression in Melanomen kommt, und wie sich CEACAM1-Expression auf Apoptoseverhalten von malignen Melanoms auswirkt.

Experimentelle Methoden für die Erarbeitung

• rtPCR (auch quantitative real-time PCR),
• ELISA und Western Blot,
• FACS-Analyse,
• Immunhistochemie und konfokale Mikroskopie
• Bisulfitsequenzierung und methylation-specific PCR
• molekulare Klonierungstechniken und site-directed Mutagenesis
• Transfektionssysteme für Genexpressionsuntersuchungen und Reportersystme,
• Pro- und eukaryonte Expressionssysteme
• HPLC und andere chromatographische Verfahren,
• Zellkulturbioassays,
• Massenspektrometrie (MALDI TOF-TOF, LS/MS-MS)
• Surface Plasmon Resonance Biosensorik (BiaCore3000)

Mitglieder der Arbeitsgruppe

Prof. Dr. med. Michael Neumaier
Dr. rer. nat. Stefanie Nittka
Bettina Hill (BTA)
Cornelia Keup (MTLA)
Ingrid Brechtel (MTLA)
Bärbel Moos (BTA)
Dipl. Biol. Stefano Gerola (Doktorand)
Dipl. Biol. Matthias Melcher (Doktorand)

Kontakt

Prof. Dr. Michael Neumaier
Institut für Klinische Chemie, Universitätsmedizin Mannheim
Tel. +49 621 383 2222 (Sekr. Frau Leone)
Tel. +49 621 383 2631 (Sekr. Frau Katzmarek)
Fax +49 621 383 3819
 Email
Dr. Stefanie Nittka
Institut für Klinische Chemie, Universitätsmedizin Mannheim
Tel. +49 621 383 3922
Fax +49 621 383 3819
 Email

 

 Eigene wesentliche Publikationen zum Thema

• The CEACAM1-mediated apoptosis pathway is activated by CEA and triggers dual cleavage of CEACAM1. Nittka S;Bohm C;Zentgraf H;Neumaier M, 2008 Jun 12 , Oncogene , 27, 3721 - 3728 ,  PubMed 18278069 ,  DOI .
• CEACAM1 modulates epidermal growth factor receptor-mediated cell proliferation. Abou-Rjaily GA;Lee SJ;May D;Al-Share QY;Deangelis AM;Ruch RJ;Neumaier M;Kalthoff H;Lin SH;Najjar SM, 2004 Oct , J Clin Invest , 114, 944 - 952 ,  PubMed 15467833 ,  DOI .
• The human tumor suppressor CEACAM1 modulates apoptosis and is implicated in early colorectal tumorigenesis. Nittka S;Gunther J;Ebisch C;Erbersdobler A;Neumaier M, 2004 Dec 16 , Oncogene , 23, 9306 - 9313 ,  PubMed 15568039 ,  DOI .
• Controlled ribozyme targeting demonstrates an antiapoptotic effect of carcinoembryonic antigen in HT29 colon cancer cells. Soeth E;Wirth T;List HJ;Kumbhani S;Petersen A;Neumaier M;Czubayko F;Juhl H, 2001 Jul , Clin Cancer Res , 7, 2022 - 2030 ,  PubMed 11448920 .
• Redefined nomenclature for members of the carcinoembryonic antigen family. Beauchemin N;Draber P;Dveksler G;Gold P;Gray-Owen S;Grunert F;Hammarstrom S;Holmes KV;Karlsson A;Kuroki M;Lin SH;Lucka L;Najjar SM;Neumaier M;Obrink B;Shively JE;Skubitz KM;Stanners CP;Thomas P;Thompson JA;Virji M;von Kleist S;Wagener C;Watt S;Zimmermann W, 1999 Nov 1 , Exp Cell Res , 252, 243 - 249 ,  PubMed 11501563 ,  DOI .
• Expression of CD66a (human C-CAM) and other members of the carcinoembryonic antigen gene family of adhesion molecules in human colorectal adenomas. Nollau P;Scheller H;Kona-Horstmann M;Rohde S;Hagenmuller F;Wagener C;Neumaier M, 1997 Jun 15 , Cancer Res , 57, 2354 - 2357 ,  PubMed 9192807 .
• Dysregulation of carcinoembryonic antigen group members CGM2, CD66a (biliary glycoprotein), and nonspecific cross-reacting antigen in colorectal carcinomas. Comparative analysis by northern blot and in situ hybridization. Nollau P;Prall F;Helmchen U;Wagener C;Neumaier M, 1997 Aug , Am J Pathol , 151, 521 - 530 ,  PubMed 9250164 .
• CD66a (BGP), an adhesion molecule of the carcinoembryonic antigen family, is expressed in epithelium, endothelium, and myeloid cells in a wide range of normal human tissues. Prall F;Nollau P;Neumaier M;Haubeck HD;Drzeniek Z;Helmchen U;Loning T;Wagener C, 1996 Jan , J Histochem Cytochem , 44, 35 - 41 ,  PubMed 8543780 .
• Association of pp60c-src with biliary glycoprotein (CD66a), an adhesion molecule of the carcinoembryonic antigen family downregulated in colorectal carcinomas. Brummer J;Neumaier M;Gopfert C;Wagener C, 1995 Oct 19 , Oncogene , 11, 1649 - 1655 ,  PubMed 7478590 .
• CGM2, a member of the carcinoembryonic antigen gene family is down-regulated in colorectal carcinomas. Thompson J;Zimmermann W;Nollau P;Neumaier M;Weber-Arden J;Schrewe H;Craig I;Willcocks T, 1994 Dec 30 , J Biol Chem , 269, 32924 - 32931 ,  PubMed 7806520 .
• Biliary glycoprotein, a potential human cell adhesion molecule, is down-regulated in colorectal carcinomas. Neumaier M;Paululat S;Chan A;Matthaes P;Wagener C, 1993 Nov 15 , Proc Natl Acad Sci U S A , 90, 10744 - 10748 ,  PubMed 7504281 ,  DOI .
• Monoclonal, anti-domain and anti-peptide antibodies assign the molecular weight 160,000 granulocyte membrane antigen of the CD66 cluster to a mRNA species encoded by the biliary glycoprotein gene, a member of the carcinoembryonic antigen gene family. Stoffel A;Neumaier M;Gaida FJ;Fenger U;Drzeniek Z;Haubeck HD;Wagener C, 1993 Jun 1 , J Immunol , 150, 4978 - 4984 ,  PubMed 8496599 .
• Molecular cloning of a cDNA coding biliary glycoprotein I: primary structure of a glycoprotein immunologically crossreactive with carcinoembryonic antigen. Hinoda Y;Neumaier M;Hefta SA;Drzeniek Z;Wagener C;Shively L;Hefta LJ;Shively JE;Paxton RJ, 1988 Sep , Proc Natl Acad Sci U S A , 85, 6959 - 6963 ,  PubMed 2457922 ,  DOI .
• Characterization of a cDNA clone for the nonspecific cross-reacting antigen (NCA) and a comparison of NCA and carcinoembryonic antigen. Neumaier M;Zimmermann W;Shively L;Hinoda Y;Riggs AD;Shively JE, 1988 Mar 5 , J Biol Chem , 263, 3202 - 3207 ,  PubMed 2830274 .

Vollständige Publikationsliste von Neumaier M

Vollständige Publikationsliste von Nittka S