Der Einfluss von Exosomen aus Darmfibroblasten auf das Wachstum, Fortschreiten und Therapieansprechen von Darmkrebs

Einleitung:

Die Progression von Darmkrebs hängt stark von der Kommunikation der Krebszellen mit ihrer Tumormikroumgebung ab. So werden beispielsweise ruhende Fibroblasten (rFs) in Tumornähe konstitutiv zu tumor-assoziierten Fibroblasten (TAFs) aktiviert. Die interzelluläre Kommunikation über Exosome (EXOs), extrazelluläre Vesikel (EVs) einer Größe von 50 – 150nm, ist hier von besonderem wissenschaftlichem Interesse.

Ziele:

Wir untersuchen, ob EXOs von Darmfibroblasten die Progression von Darmkrebs beeinflussen. Dabei soll analysiert werden, ob sich die Effekte von rF- und TAF-EXOs unterscheiden, und welchen Einfluss Hypoxie auf die EXO-vermittelte Zell-Zell-Kommunikation hat.

Methodik:

Zwei kolorektale Krebszelllinien (KRKs) wurden mit rF- oder TAF-EXOs isoliert aus primären Darmfibroblasten behandelt, und die Auswirkungen auf Vitalität, Apoptose, Migration, sowie Gen- und Proteinexpression analysiert.

Ergebnisse:

EVs konnten erfolgreich aus den Primärzellen isoliert werden und anhand typischer Oberflächenmarker und ihrer Größe als EXOs identifiziert werden. Insbesondere rF-EXOs bewirken eine signifikante Reduzierung der Vitalität der KRKs (Abb. 1 A/E). Parallel konnte die Zellmigration durch rF- und TAF-EXOs signifikant induziert werden (Abb. 1 B/F). Unter Hypoxie isolierte rF- und TAF-EXOs konnten zudem die KRKs gegen das Chemotherapeutikum 5-Fluorourazil sensibilisieren (Abb. 1 C/D/G/H). Die EXO-Spezifität der beobachteten Effekte konnte durch Zugabe von Heparin als Inhibitor der Zell-EXO-Interaktion nachgewiesen werden.

Abb. 1: Einfluss von Fibroblasten-Exosomen auf die kolorektalen Krebszelllinien HT29 und SW620.
Einfluss von Fibroblasten-EXOs auf Vitalität, Migration und Therapieansprechen der KRKs HT29 und SW620. Nach Isolation der Fibroblasten-EXO mittels Ultrazentrifugation wurden die KRKs mit jeweils 1.000 EXOs pro Zelle für 48h behandelt. A. Zellvitalität von HT29 nach Behandlung mit rf- und TAF-EXOs sowie EXO-reduziertem kM, ermittelt durch PrestoBlue Assay. B. Zellmigration von HT29 nach Behandlung mit rF- und TAF-EXOs sowie kM, ermittelt durch Scratch-Assay. C/D. Zellvitalität von HT29 nach kombinierter Behandlung mit 5-FU und rF- (C) oder TAF-EXO (D) bzw. kM, ermittelt durch PrestoBlue Assay. E. Zellvitalität von SW620 nach Behandlung mit rf- und TAF-EXOs sowie EXO-reduziertem kM, ermittelt durch PrestoBlue Assay. F. Zellmigration von SW620 nach Behandlung mit rF- und TAF-EXOs sowie kM, ermittelt durch Scratch-Assay. G/H. Zellvitalität von SW620 nach kombinierter Behandlung mit 5-FU- und rF- (G) oder TAF- EXO (H) bzw. kM, ermittelt durch PrestoBlue Assay. Dargestellt sind jeweils Mittelwerte und Standardabweichung aus mindestens 3 unabhängigen Experimenten. Signifikanzebenen: # p < 0,05, ## p < 0,01, ### p < 0,001 verglichen mit Kontrolle (K)/* p < 0,05, ** p < 0,01, *** p < 0,001.
EXO: Exosomen, KRK: Kolorektale Krebszeillinie, rF: ruhende Fibroblasten, TAF: Tumor-assozjierte Fibroblasten, kM: konditioniertes Medium, 5-FU: 5-Fluorourazil.

Schlussfolgerung:

Die Kommunikation zwischen Darmkrebszellen und Fibroblasten über EVs kann die Progression des Tumors zu Gunsten betroffener Patienten beeinflussen, hinsichtlich des Krankheitsverlaufs als auch des Therapieansprechens. Zur weiteren Optimierung der Darmkrebstherapie ist eine gezielte Beeinflussung von Fibroblasten zur Verstärkung ihrer intrinsischen EXO-spezifischen Anti-Tumor-Effekte anstrebenswert.