title: Auswirkungen einer Photonen-basierten Bestrahlung auf den Verlauf der pH2AX-Foci- Expression, des Zellzyklus und Migrationsverhaltens von Plattenepithelkarzinomzelllinien des Kopf-Hals-Bereichs zu verschiedenen Zeitpunkten nach Strahlenexposition
Creators: name: Didion, Julia Maria
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2024
Subjects: Kopf-Hals-Tumore
HPV
Scratch-Assay
Bestrahlung von Plattenepithelkarzinomzelllinien des Kopf-Hals-Bereichs (HNSCC). Auswirkung der Bestrahlung auf den Verlauf der pH2AX-Foci
Irradiation of head and neck squamous cell carcinoma cell lines (HNSCC). Effect of irradiation on the progression of pH2AX foci
Westernblot
Irradiation
X-Ray
gamma-H2AX
cell cycle and migration behavior at different time points after radiation exposure
Zellzyklus
HNSCC
p21
DSB
Immunzytochemie
Medical sciences Medicine
Medizin
H2AX
des Zellzyklus und des Migrationsverhaltens zu verschiedenen Zeitpunkten nach Strahlenexposition
Bestrahlung

description: Kopf-Hals-Tumore sind eine heterogene Gruppe maligner Neubildungen und gehören weltweit zu den häufigsten Krebserkrankungen. Verschiedene Risikofaktoren begünstigen das Auftreten von Kopf-Hals-Tumoren, wie beispielsweise hoher Alkoholkonsum insbesondere in Kombination mit Tabakrauch aber auch eine Infektion mit humanen Papillomaviren (HPV), insbesondere HPV 16. Bei HPV+ und HPV– Tumoren handelt es sich um zwei eigenständige Krankheitsentitäten, die sich hinsichtlich ihrer Pathogenese, des Therapieansprechens und ihrer Prognose voneinander unterscheiden. Das multimodale Therapiekonzept von Kopf-Hals-Tumoren erfolgt stadienabhängig sowie abhängig von der Tumorlokalisation. Die Behandlung beruht auf den Säulen der operativen Tumorexzision, der Radiotherapie sowie der zytostatischen Chemo- beziehungsweise Immuntherapie. Der Fokus der vorliegenden Arbeit lag auf der Untersuchung der Auswirkung ionisierender Strahlung auf HNSCC Tumorzellen unter spezieller Berücksichtigung der Auswirkung auf den Zellzyklus, einschließlich der Expression des Zellzyklus-Inhibitors p21CIP1/WAF1 sowie auf die Zellmigration. 
Durch die Bestrahlung kommt es durch die Energieübertragung zu Schädigungen von Molekülen im Gewebe, als wichtigste Zielstruktur lässt sich hierbei die DNA nennen. Hierbei stellen DNA-Doppelstrangbrüche (DSB) die schwerwiegendsten Schäden dar. Im Rahmen der strahleninduzierten DSB kommt es zu einer posttranslationalen Modifikation von Histonen, wie der Phosphorylierung des Histons H2AX (pH2AX) als eine der ersten Reaktionen. Dieses bindet nun an die DSB und markiert somit den DNA-Schaden der Zelle. Damit geschädigte DNA nicht weiter dupliziert wird, gibt es verschiedene Kontrollsysteme während des Zellzyklus. Die Zellen können je nach Zellzyklusphase in einen p21CIP1/WAF1-abhängigen G1-Arrest bzw. S- oder G2/M-Arrest übergehen, in denen die geschädigte DNA repariert werden kann oder die Zellen in den kontrollierten Zelltod (Apoptose) übergehen. Ziel dieser Arbeit war es, auf zellulärer Ebene die Auswirkung einer Photonen-basierten Bestrahlung auf HPV+ im Vergleich zu HPV– HNSCC zu untersuchen. Insgesamt konnten folgende Beobachtungen gemacht werden:
1. Als eine der ersten Reaktionen kam es bei allen untersuchten Zelllinien zu einem hochsignifikanten Anstieg der pH2AX-Foci mit einer maximalen Ausprägung innerhalb der ersten beiden Stunden. Anschließend kam es durch die Reparatur der DSB zu einem Abfall der Anzahl an Foci. Je höher die Bestrahlungsdosis gewählt wurde, desto höher war die Anzahl der DSB und desto länger persistierte der Strahlenschaden. Bei der HPV+ Zelllinie UPCI-SCC-154 persistierte der Strahlenschaden nach 24 h auf einem höheren Niveau als bei der HPV– UM-SCC-3 oder der Fibroblastenzelllinie L929.
2. Eine bestrahlungsinduzierte höhere und prolongierte pH2AX-Expression korreliert mit einem besseren Therapieansprechen. Im Gegensatz dazu kann eine erhöhte pH2AX-Expression in unbehandelten Zellen auf ein schlechteres Therapieansprechen hindeuten.
3. Bestrahlungsinduziert zeigte sich eine Induktion des Zellzyklusinhibitors p21CIP1/WAF1, welcher im Vergleich zur pH2AX-Expression zeitlich verzögert auftrat. So persistierte 24 h nach der Bestrahlung bei allen untersuchten Bestrahlungsdosen die p21CIP1/WAF1-Expression auf einem höheren Niveau im Vergleich zu den unbestrahlten Zellen. Im Vergleich der einzelnen Zelllinien zeigte sich bei der Fibroblastenzelllinie L929 die stärkste bestrahlungsinduzierte p21CIP1/WAF1-Expression. 
4. Im Rahmen der Zellzyklusanalyse zeigten die bestrahlten Zellen innerhalb der ersten 24 h in zunächst einen S-, anschließend G2/M-Arrest, dessen Ausprägung mit der Bestrahlungsdosis korrelierte. Bei den HPV+ Zellen trat der G2M-Arrest später ein als bei den anderen beiden Zelllinien und zeigte eine Persistenz nach 24 h. Bei der HPV– und Fibroblastenzelllinie hatte sich der G2/M-Arrest nach 24 h fast vollständig zurückgebildet. Die Fibroblastenzelllinie ging zusätzlich in einen späten G1-Arrest über. 
5. Alle Zelllinien reagierten auf die Bestrahlung mit einer signifikant verzögerten Migrationsleistung, welcher mit der Höhe der Bestrahlungsdosis korrelierte. 
Insgesamt konnte in der Arbeit auf zellulärer Ebene das bessere Ansprechen von HPV+ im Vergleich zu HPV¬– HNSCC auf die Bestrahlung bestätigt und das Expressionsverhalten des Zellzyklusinhibitors p21CIP1/WAF1 weiter herausgearbeitet werden. Einschränkend ist zu sagen, dass aufgrund des Umfangs der durchgeführten Untersuchungen insgesamt nur drei Zelllinien mitgeführt werden konnten. Vor diesem Hintergrund können die erhobenen Daten nicht als uneingeschränkt allgemeingültig für HPV+ und HPV– HNSCC gesehen werden. Hierfür sind weitere Analysen an einer größeren Zahl HPV+ und HPV– HNSCC notwendig.