title: Die Rolle von MMP-3 in der Entstehung und Progression des Pankreaskarzinoms
Creators: name: Voß, Nina
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2022
Subjects: Medical sciences Medicine
Medizin

description: Pancreatic cancer is still a malignant disease with a poor prognosis. Due to a relative 5-year-survival rate of under 5% and failure of significant achievements in therapy it will likely rise in the list of tumor deaths in the following years. In recent studies, changes in the „micro-environment“ of pancreatic ductal adenocarcinomas (PDACs) have become of particular interest especially in matters of resistance to radio- and chemotherapy and invasion and metastasis. Desmoplastic stroma reaction attending chronic pancreatitis is very similar to the changes in tumor initiation, -progress and -metastasis in PDACs. Because of these similarities, epithelial-mesenchymal transition (EMT) is considered as reasonable explanation for tumor invasiveness. EMT is a physiological process in embryogenesis and wound healing and represents a process in which epithelial cells gain mesenchymal features like motility. But it also leads to pathological changes in sustained tissue damage or tumor metastasis. For this reason MMP-3, a key proteine of the extracellular matrix (ECM) and reactive stroma, should get detected in human PDACs and its prognostic value was examined. For the first time we generated Ela-1-tTA/tet-MMP-3-mice with a selective tetracyclin dependent activation in pancreatic acinar cells and aditionally induced chronic pancreatitis by daily caerulein injections to evaluate this risk factor for PDACs. As control we used mice without transgene activation as well as mice without induced chronic pancreatitis. The effect of MMP-3 activation on fibrosis, ADMs, EMT, PanINs and PDACs after two and five months was analyzed by histopathological and immunohistochemical evaluation and by Realtime-PCR for ADM-markers Amylase and CK-19 and EMT-markers E-Cadherin, Vimentin, Snail, Collagen and MMP-3. We could demonstrate a higher MMP-3-expression in human PDACs in comparison to normal and pancreatitis tissue. In addition we found MMP-3-overexpression in pT4-tumours. There was no evidence for MMP-3 as possible prognostic marker for postoperative survival. Furthermore Ela-1-tTA/tet-MMP-3-mice showed significant increase of fibrotic changes, ADMs and rise of EMT-markers especially combined with chronic pancreatitis. MMP-3 activation without chronic pancreatitis had no significant effect on fibrosis or EMT. In contrast control-mice with induced chronic pancreatitis only also showed ADMs, Ki-67-positive cell nuclei and fibrotic changes. All these results were most significant after five months duration. MMP-3 activation combined with chronic pancreatitis did not lead to PanINs or invasive PDACs. It could be shown that MMP-3 is overexpressed in human PDACs and that higher tumor stages are correlated with higher MMP-3 levels. For the first time it is revealed that MMP-3 activation and chronic pancreatitis lead to intense fibrosis and measurable EMT and that inflammation is a major factor. The abscence of PanINs and PDACs after a duration of five months could imply the necessity of oncogenes and longtime exposition for the development of neoplastic lesions. Nevertheless MMP-3 is an initiator of EMT and key player in ECM and should be considered as a possible target for prevention and control of metastasis. To make this possible, it is necessary to investigate in detail the function of MMPs in PDACs and moreover their differentiation in physiological and neoplastic changes.
description: Das duktale Adenokarzinom des Pankreas ist auch heutzutage aufgrund einer 5-Jahresüberlebensrate von unter 5 % mit einer schlechten Prognose vergesellschaftet und ist aktuell die viert häufigste Todesursache unter den Krebssterbefällen. Signifikante Therapieerfolge für den Patienten blieben trotz großer Bemühungen bisher aus. In aktuellen Untersuchungen sind die Veränderungen in der Mikroumgebung des duktalen Adenokarzinoms des Pankreas in Bezug auf Strahlen- und Chemoresistenz sowie auf Invasion und Metastasierung in den Vordergrund gerückt. Die desmoplastische Stromareaktion, wie sie bei einer chronischen Pankreatitis zu beobachten ist, ähnelt stark den Vorgängen, die bei der Entstehung und für die Metastasierung eines Pankreaskarzinoms ursächlich sind. Auf Grund dieser Ähnlichkeit zueinander gilt die epithelial-mesenchymale Transition, ein physiologischer Prozess in der Embryogenese und Wundheilung, ein pathologischer Prozess bei chronischer Gewebsschädigung und Metastasierung, bei dem epitheliale Zellstrukturen einen motilen mesenchymalen Phänoytyp erlangen, als wahrscheinlichste Erklärung für Karzinome mit invasivem Potential. Aus diesen Gründen war es zum einen Ziel dieser Arbeit, die Rolle von MMP-3, einem Schlüsselprotein der extrazellulären Matrix und des reaktiven Stromas, im humanen Pankreaskarzinom nachzuweisen und seine prognostische Aussagekraft zu untersuchen. Zum anderen wurde erstmal in vivo ein Mausmodell mit einer selektiven Tetracyclin-abhängige Aktivierung von MMP-3 im Pankreas mittels zweifach transgenen Ela-1-tTA/tet-MMP-3-Mäusen generiert und mittels etablierter Caerulein-Injektion eine chronische Pankreatitis induziert. Als Kontrollgruppen dienten sowohl Tiere ohne Transgenaktivierung als auch ohne chronische Pankreatitis. Die Auswirkungen von MMP-3 wurden über einen Zeitraum von zwei und fünf Monaten alleine und im Zusammenhang mit einer chronischen Pankreatitis auf die Entwicklung von Fibrose, ADMs, EMT, PanINs und PDACs untersucht. Nach Versuchsende wurden die Pankreata sowohl histopathologisch und immunohistochemisch als auch quantitativ auf Transkriptionsebene mittels RT-PCR für die ADM-Marker Amylase und CK-19 und die EMT-Marker E-Cadherin, Vimentin, Snail, Collagen und MMP-3 untersucht. In der vorliegenden Arbeit war MMP-3 auf RNA-Ebene im Vergleich zu normalem Pankreas und in der Pankreatitis überexprimiert. Zudem fanden wir eine deutliche Überexpression bei pT4-Karzinomen im Vergleich zu pT2- und pT3-Tumoren. Eine Korrelation der Höhe der MMP-3-Expression mit dem postoperativen Überleben bzw. ein Nutzen als prognostischer Marker konnte nicht festgestellt werden. Das Ela-1-tTA/tet-MMP-3-Mausmodell zeigte unter Induktion einer chronischen Pankreatitis zusammen mit einer chronischen Pankreatitis eine signifikante Zunahme von fibrotischen Veränderungen, ADMs und in der RT-PCR eine Zunahme der Expression mesenchymaler Marker. Eine Minderexpression des epithelialen Markers, E-Cadherin, konnte nicht beobachtet werden. In der Kontrollgruppe ohne MMP-3 Expression zeigten sich ebenfalls, wenn auch in schwächerer Ausprägung, ADMs, fibrotische Veränderungen und eine gesteigerte Proliferationsrate. Dagegen hatte die Aktivierung von MMP-3 alleine ohne Caerulein-induzierte Pankreatitis keine signifikanten Auswirkungen auf Fibrose oder EMT. Nach einer Versuchsdauer von fünf Monaten waren diese Veränderungen am deutlichsten nachzuvollziehen. Unter dem Einfluss von MMP-3 und chronischer Pankreatitis kam es jedoch zu keiner Entstehung von PanINs oder PDACs. Es konnte somit eine Expression von MMP-3 im humanen Pankreaskarzinom und erstmals eine Korrelation von Höhe der MMP-3 Expression und Tumorausdehnung nachgewiesen werden. Darüber hinaus wurde erstmals in vivo im transgenen Mausmodell gezeigt, dass MMP-3 im Kontext einer chronischen Pankreatitis zur Fibrose und messbaren EMT führt. Das Ausbleiben von PanINs und PDACs über einen Zeitraum von fünf Monaten kann außerdem darauf hindeuten, dass vermutlich zusätzliche Onkogene und eine gewisse Expositionsdauer für eine neoplastische Veränderung von Nöten sind. Dennoch sollte MMP-3 als ein Trigger von EMT und Gestalter der ECM als mögliches Therapieziel im Sinne einer „targeted therapy“ als Kandidat in Betracht gezogen werden. Die detaillierten Funktionen von MMPs im PDAC und ihre Einflüsse auf physiologische und neoplastische Prozesse sollten weiter untersucht werden.