Molekulare und zelluläre Wechselwirkungen von Mammakarzinomzellen mit dem Microenvironment des Knochenmarks

Fragestellung: Beim Mammakarzinom ist das Skelettsystem das häufigste Ziel einer hämatogenen Fernmetastasierung. Im Knochenmark können aus einzelnen disseminierten Tumorzellen sich Metastasen osteolytischer Natur entwickeln, wobei Läsionen mit einer osteoblastischen Komponente ebenfalls zu beobachten sind. Unterstützt wird dieser Entwicklungsprozess durch ein spezifisches Microenvironment innerhalb des Knochenmarks, dessen essentielle zelluläre Bestandteile die Osteoblasten, Osteoklasten und Stromazellen sowie deren sezernierte extrazelluläre Matrix sind. Der molekulare „Crosstalk“ der Mammakarzinomzellen mit den zellulären und extrazellulären Komponenten des Knochenmarks ist jedoch bislang nur unzureichend verstanden. Im vorliegenden Forschungsprojekt wurde deshalb eine detaillierte Charakterisierung der Interaktionen zwischen Mammakarzinomzellen und residenten Zellen des Knochenmarkes durchgeführt.

Methoden: Zell-Matrix- und Zell-Zell-Bindungsstudien gaben Aufschluss über Adhäsionsmechanismen der Tumorzellen im Knochen. Die Migration der Mammakarzinomzellen unter dem Einfluss der Osteoblasten wurde mittels indirekter Ko-Kultivierung in „Wound-healing-Assay“ und Transwell-Assay analysiert.

Ergebnisse: Die invasive MDA-MB-231 und die nicht-invasive MCF7 Mammakarzinomzelllinien zeigten eine deutliche Bindung an die extrazellulären Matrixmoleküle, die im humanen Knochenmark vorkommen. Die Beteiligung der ß1-Integrinuntereinheit an den Tumorzell-Matrix-Wechselwirkungen ließ sich durch Zugabe funktionsblockierender Antikörper demonstrieren, die zur einer verminderten Adhäsion der Tumorzellen auf getesteten Matrixproteinen führte. Ferner konnte ein stark adhäsives Verhalten der Mammakarzinomzellen an humane Osteoblasten und an die Osteosarkomzellen CAL72 und MG63 detektiert werden. Dagegen zeigten Tumorzellen signifikant geringere Zell-Zell-Interaktionen mit primären Knochenmarkstromazellen sowie Stromazelllininen. Darüber hinaus wiesen Mammakarzinomzellen keinerlei Bindung, sondern eine Abstoßung an primäre Osteoklasten auf. Die Ko-Kultivierungsanalysen ergaben, dass sezernierte Faktoren humaner Osteoblasten, jedoch nicht der Stromazellen und Osteoklasten die Migration der invasiven MDA-MB-231 Zellen bedeutend verstärken. Interessanterweise wurde die Migration der nicht-invasiven Tumorzellen MCF7 hierbei nicht beeinflusst.

Schlussfolgerung: Die Ergebnisse dieser Studie dokumentieren Wechselwirkungen von Mammakarzinomzellen mit residenten Zellen des Knochenmarks. Die Interaktionen mit Osteoblasten beeinflussen sowohl adhäsive als auch migratorische Eigenschaften der Tumorzellen, die zur Förderung der Tumorzellpersistenz bzw. Metastasierung im Knochen beitragen könnten.