Dosis-abhängiger Effekt des Autophagie-assoziierten Gens 5 (Atg5) auf die Pankreaskarzinogenese und Metastasierung

Einleitung:

Autophagie ist ein lysosomaler Degradationsprozess, der wesentlich zur zellulären Homöostase über die Eliminierung von Aggregaten und Bereitstellung von Wachstumssubstraten beiträgt. Defekte in der Autophagie wurden mit einer Vielzahl von Tumoren in verschiedenen Organen assoziiert. Eine Rolle in der duktalen Pankreaskarzinogenese (PDAC) wurde ebenfalls beschrieben, wobei detaillierte mechanistische Untersuchungen noch ausstehen.

Methodik:

PDAC wurde in Mäusen durch die konstitutive Aktivierung des Kras-Onkogens im Pankreas induziert. Zur Untersuchung der Autophagie während der PDAC Entwicklung wurden Atg5 homozygot oder heterozygot defiziente Mäuse generiert (A5;Kras, A5 ±;Kras) und zu verschiedenen Zeitpunkten nach der Geburt mit Atg5-kompetenten (Kras) Mäusen verglichen. Tumorzellen, isoliert aus den jeweiligen Mausmodellen wurden in vitro und in vivo (orthotope Transplantation, Schwanzveneninjektion) auf tumorigene und metastatische Fähigkeiten geprüft sowie mechanistisch untersucht.

Ergebnis:

Während Kras und A5 ±;Kras Mäuse alle Schritte von PDAC durchlaufen, entwickeln A5;Kras Mäuse nur prämaligne Vorstufen. Interessanterweise ist der Effekt abhängig von der Atg5-Gendosis: komplette Atg5-Defizienz führt zur Blockade in der Tumorigenese und starke Pankreasdegeneration; heterozygote Atg5-Defizienz hingegen erhöht die Tumor-, und Metastasierungsinzidenz. In vitro und in vivo Analysen erwiesen eine erhöhte Malignität sowie Metastasierungskapazität bei den Zelllinien mit partieller Atg5-Defizienz. Mechanistische Analysen deuteten auf reduzierte mitochondriale Funktion und verstärkten Zellstress. Interessanterweise wiesen A5 ±;Kras-Zellen ein verändertes Zytokinprofil auf, welches die Differenzierung von pro-tumorigenen Typ 2 Makrophagen förderte. Des weiteren war die extrazelluläre Kathepsinaktivität von A5 ±;Kras-Zellen signifikant erhöht und die Kalziumhomöostase verändert. Dies ermöglicht den A5 ±;Kras-Zellen eine verbesserte migratorische Fähigkeit.

Schlussfolgerung:

Unsere Daten belegen, dass die Atg5-Gendosis eine wesentliche Rolle in der PDAC-Entstehung und Metastasierung spielt. Komplette Atg5-Defizienz blockiert die PDAC-Entstehung, während partielle Atg5-Defizienz die PDAC-Entstehung und Metastasierung signifikant verstärkt.