title: Influence of the Death-Associated Protein Kinase 1 on the tumor microenvironment of colorectal cancer cells
title: Einfluss der Zytoskelett-assoziierten Death-Associated Protein Kinase 1 auf das Tumormikromilieu von Kolonkarzinom Zellen
Creators: name: Kunze, Philipp
Publisher: name: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Year: 0
Subjects: subject: Colorectal Cancer; DAPK1; Death-associated protein kinase 1; CAM; PCTS
subject: DDC Classification::5 Naturwissenschaften und Mathematik :: 57 Biowissenschaften; Biologie :: 570 Biowissenschaften; Biologie

description: To date, the formation of metastasis still represents the majority of the cancer-related deaths. This process is facilitated by the generation of a tumor microenvironment (TME) favorable for the metastatic dissemination of tumor cells from the primary tumor to anatomically distant tissues and organ sites and their subsequent colonization of the local microenvironment. Beside the alteration of tissue homeostasis and immune responses, especially the remodeling of the extracellular matrix (ECM) of the surrounding tissue is crucial during the early steps of the metastatic cascade. A potential factor that contributes to TME generation by enhancing the ECM remodeling potential of colorectal cancer cells (CRC) is presented by the human cytoskeleton-associated serine/threonine death-associated protein kinase 1 (DAPK1). A functional analysis of the DAPK1 ko-related proteome linked the upregulation of the plasminogen-signaling with metastasis promoting properties. Here, the combination of the chorioallantoic membrane (CAM) assay as a natural, collagen-rich tissue model, with advanced multiphoton microscopy (MPM) imaging represented a suitable set-up for the systematic investigation of the experimentally challenging ECM remodeling potential of CRC cells under in vivo conditions. Our current understanding of the complex processes occurring during tumor progression is mostly based on conventional, but limited, two-dimensional (2D) cell culture derived experiments. Due to the limitations of classic 2D cell culture experiments to reflect physiologically relevant properties, such as cell-cell or cell-matrix interactions, much emphasis is given to the development of new models to investigate the different steps of the metastatic cascade. In the presented doctoral thesis, time and effort were invested to develop a protocol for the generation and the subsequent long-term ex vivo cultivation of colon precision-cut tissue slices (PCTS). PCTS are tissue explants that recapitulate the 3D tissue architecture and cell heterogeneity observed under physiological conditions, and thus are thought to build a bridge between simplicity of inexpensive in vitro 2D cultures, and the complexity of time intensive in vivo animal models. The established advanced cultivation protocol allows the long- term ex vivo cultivation of colon PCTS for at least 72 h without compromising tissue integrity or viability. Hence, it was possible to demonstrate the potential of colon PCTS to serve as a novel invasion model, which is even able to recapitulate complex processes like the peritoneal dissemination of tumor cells into colonic tissue. The presented work suggests a novel role of DAPK1 during the uPAR-dependent ECM remodeling, which contributes to the previously described enhanced metastatic potential of CRC cells after DAPK1 depletion. Moreover, the presented preliminary data of colon PCTS demonstrates the potential of this surrogate in vivo model for cancer research.
description: Bis heute ist die Entstehung von Metastasen für die Mehrheit der krebsbedingten Todesfälle verantwortlich. Durch die Generierung eines Tumormikromilieus (TME) wird die Metastasierung von Tumorzellen aus dem Primärtumor in anatomisch entfernte Gewebe und Organe, sowie die darauffolgende Besiedlung des lokalen Mikromileus begünstigt. Neben der Veränderung der Gewebehomöostase und der Immunreaktionen ist vor allem der Umbau der extrazellulären Matrix (ECM) des umgebenden Gewebes für die frühen Schritte der Metastasierungskaskade entscheidend. Ein potenzieller Faktor, der zur TME-Bildung beiträgt, welcher das ECM-Umbaupotenzial von Kolonkarzinomzellen (KRK) erhöht, ist die Zytoskelett- assoziierte Serin/Threonin Zelltod-assoziierte Protein Kinase 1 (DAPK1). Eine funktionelle Analyse des DAPK1-abhängigen Proteoms brachte die Hochregulierung der Plasminogen- Signalkaskade, welche in Verbindung mit metastasierungsfördernden Eigenschaften steht. Die Kombination des Chorioallantoismembran (CAM) Assays, ein von Natur aus kollagenreiches Gewebemodell, mit fortschrittlicher Multiphotonenmikroskopie (MPM) stellt einen geeigneten Aufbau für die systematische Untersuchung des experimentell anspruchsvollen ECM-Umbaupotenzials von KRK-Zellen unter in vivo Bedingungen dar. Unser derzeitiges Verständnis der komplexen Prozesse, die während der Tumorprogression ablaufen, basiert größtenteils auf konventionellen, jedoch limitierten, zweidimensionalen (2D)-Zellkulturexperimenten. Da die klassischen 2D-Zellkulturen physiologisch relevante Eigenschaften wie Zell-Zell- oder Zell-Matrix-Wechselwirkungen nur begrenzt wiedergeben können, liegt der Schwerpunkt auf der Entwicklung neuer Modelle zur Untersuchung der verschiedenen Schritte der Metastasierungskaskade. In der vorliegenden Doktorarbeit wurde viel Zeit und Mühe investiert, um ein Protokoll für die Erzeugung und die anschließende Langzeit ex vivo Kultivierung von Kolon-Präzisionsschnittgewebeschnitten (PCTS) zu entwickeln. PCTS sind Gewebeexplantate, welche die physiologisch relevante 3D- Gewebearchitektur und Zellheterogenität rekapitulieren und somit eine Brücke zwischen der Einfachheit kostengünstiger in vitro 2D-Kulturen und der Komplexität zeitintensiver in vivo Tiermodelle bildet. Das etablierte Kultivierungsprotokoll ermöglicht die Langzeit ex vivo Kultivierung von Kolon-PCTS für mindestens 72 h, ohne die Integrität oder Viabilität des Gewebes zu beeinträchtigen. Außerdem konnte das Potenzial von Kolon-PCTS als neuartiges Invasionsmodell demonstriert werden, das sogar komplexe Prozesse wie die peritoneale Ausbreitung von Tumorzellen in das Kolongewebe rekapituliert. Die vorgestellte Arbeit veranschaulicht eine neuartige Rolle von DAPK1 während des uPAR-abhängigen ECM-Umbaus, welche zu dem bereits beschriebenen erhöhten Metastasierungspotenzial von KRK Zellen nach dem Verlust von DAPK1 beiträgt. Darüber hinaus zeigen die vorgestellten vorläufigen Daten das Potenzial von Kolon PCTS als in vivo Surrogatmodell für die Krebsforschung.