TY - THES A1 - Reifschläger, Leonie Sophie T1 - Analyse exosomaler microRNAs im Serum von Patientinnen mit Brustkrebsmetastasen T1 - Analysis of exosomal microRNAs in serum of patients with breast cancer metastases N2 - Das Mammakarzinom ist weltweit die häufigste krebsbedingte Todesursache bei Frauen. Fortschritte in der Therapie ermöglichen zwar eine Verlängerung der Lebens- dauer, jedoch kommt es dadurch vermehrt zur Bildung von Metastasen im zentralen Nervensystem (ZNS). Die Diagnostik und Behandlung von ZNS-Metastasen sind be- grenzt und die Lebensqualität sowie Lebensdauer der Betroffenen nimmt bei zerebraler Metastasierung rapide ab. Ziel aktueller Forschungsprojekte ist daher, Biomarker zu identifizieren, die Hinweise auf eine Brustkrebserkrankung oder Metastasierung liefern. So soll eine kostengünstige, risikoarme und minimalinvasive Methode etabliert werden, die zuverlässige Daten über die Prognose und dementsprechende Therapien erbringt. Diese Arbeit hatte daher die Absicht, mithilfe von qPCR Expressionsprofile von miRNAs aus Serumproben von Brustkrebspatientinnen zu erstellen und deren Funktion als prog- nostische Biomarker für eine Metastasierung ins ZNS zu erweisen. Anhand von Metas- tasierung und Rezeptorstatus wurden die Proben in Untergruppen eingeteilt und statis- tisch mit einer gesunden Kontrollgruppe verglichen. Insgesamt zeigte sich bei 26 miRNAs eine signifikante Dysregulation der Expression bei mindestens einer der Untergruppen. Insbesondere bei ZNS-Metastasen war das Expres- sionsmuster bei miRNA-122-5p, miRNA-296-5p, miRNA-490-3p und miRNA-576-3p sig- nifikant erhöht, während die Expression von miRNA-130a-3p, miRNA-148b-3p und miRNA-326 signifikant reduziert war. Basierend auf den Übereinstimmungen unserer Er- gebnisse mit den Daten bisheriger Forschungsprojekten wiesen vier miRNAs eine po- tenzielle Funktion als Biomarker für Metastasen auf: miRNA-122-5p, miRNA-490-3p und miRNA-130a-3p, miRNA-326. Bei ZNS-Metastasen zeigten besonders miRNA-122-5p und miRNA-490-3p statistisch relevante Veränderungen. Um den Einfluss von miRNAs auf den gesamten Körper darzustellen, wurde mithilfe ver- schiedener Datenbanken nach entsprechenden Zielgenen und Signalwegen für die 26 identifizierten miRNAs recherchiert. Neben dem Einfluss auf Stoffwechselwege und Er- krankungen, zeigte sich bei acht Targets ein Zusammenhang mit der Entstehung von Krebs. Ergänzend zur Identifikation von miRNA-Expressionsprofilen wurden Zellkulturversuche mit zerebralen Endothel- (cerebEND) und Brustkrebszellen (4T1) durchgeführt. Verwendet wurden zwei cerebEND- und eine 4T1-Zellreihe von Mäusen, von denen eine ce- rebEND-Kultur zuvor in der Arbeitsgruppe Burek mit einem miRNA-210-Vektor trans- fiziert wurde. Studien belegen den Einfluss von miRNA-210 auf den mitochondrialen Stoffwechsel, Angiogenese, Reaktionen auf DNA-Schäden, Apoptose und Zellüberleben sowie auf die Proteine BRCA1, PARP1 und E-Cadherin und schreiben ihr damit eine Funktion in der Krebsentstehung und Metastasierung zu. Zur Bestimmung der Proliferation und Aktivität der transfizierten cerebEND-210-Zellen im Verhältnis zur unbehandelten Kontrolle, wurden BrdU-Proliferationsassays und MTT- Assays mit verschiedenen Zellzahlen durchgeführt. Bei der Untersuchung der Prolifera- tion zeigte sich in beiden Versuchen eine erhöhte Aktivität der cerebEND-210-Zellen, da miRNA-210 vermutlich auch hier das Zellüberleben gesichert hat. Zudem wurde die An- heftung der Brustkrebszellen an den zerebralen Endothelzellen im Adhäsionsversuchs überprüft. Hierbei wurde eine Abnahme der Adhäsion der cerebEND-210-Zellen beo- bachtet. Vermutet wird eine Veränderung des Phänotyps der Rezeptorbindungen der cerebEND-210-Zellen. Die Ergebnisse der Zellkulturversuche dienen als Grundlage für weitere Experimente. N2 - Breast cancer is the most common cause of cancer-related death in women worldwide. Although advances in therapy allow for increased longevity, this results in increased metastasis to the central nervous system (CNS). Diagnosis and treatment of CNS metastases are limited and the quality of life and lifespan of those affected decreases rapidly with cerebral metastasis. Therefore, the goal of current research projects is to identify biomarkers that provide evidence of breast cancer disease or metastasis. Thus, a low-cost, low-risk, and minimally invasive method should be established that yields reliable data on prognosis and corresponding therapies. Therefore, this work aimed to use qPCR to establish expression profiles of miRNAs from serum samples of breast cancer patients and prove their function as prognostic biomarkers for metastasis to the CNS. Based on metastasis and receptor status, samples were divided into subgroups and statistically compared with a healthy control group. Overall, 26 miRNAs showed significant dysregulation of expression in at least one of the subgroups. Specifically, in CNS metastases, the expression pattern of miRNA-122-5p, miRNA-296-5p, miRNA-490-3p and miRNA-576-3p was significantly increased, while the expression of miRNA-130a-3p, miRNA-148b-3p and miRNA-326 was significantly decreased. Based on the agreements of our results with the data of previous research projects, four miRNAs showed potential function as biomarkers of metastasis: miRNA-122-5p, miRNA-490-3p and miRNA-130a-3p, miRNA-326. In CNS metastases, miRNA-122-5p and miRNA-490-3p in particular showed statistically relevant changes. To demonstrate the influence of miRNAs on the whole body, we searched for corresponding target genes and signaling pathways for the 26 identified miRNAs using various databases. In addition to their influence on metabolic pathways and diseases, eight targets were found to be associated with the development of cancer. Complementary to the identification of miRNA expression profiles, cell culture experiments were performed with cerebral endothelial (cerebEND) and breast cancer (4T1) cells. Two cerebEND and one 4T1 cell lines from mice were used, one cerebEND culture of which was previously transfected with a miRNA-210 vector in the Burek group. Studies demonstrate the influence of miRNA-210 on mitochondrial metabolism, angiogenesis, DNA damage responses, apoptosis and cell survival, as well as on BRCA1, PARP1 and E-cadherin proteins, thus attributing it a function in carcinogenesis and metastasis. To determine the proliferation and activity of the transfected cerebEND-210 cells relative to the untreated control, BrdU proliferation assays and MTT assays were performed with different cell numbers. Proliferation assays showed increased activity of cerebEND-210 cells in both experiments, as miRNA-210 presumably ensured cell survival in this case as well. In addition, the attachment of breast cancer cells to cerebral endothelial cells was examined in the adhesion assay. Here, a decrease in adhesion of cerebEND-210 cells was observed. A change in the phenotype of receptor binding of cerebEND-210 cells is suspected. The results of the cell culture experiments serve as a basis for further experiments. KW - miRNS KW - Exosom KW - Blut-Hirn-Schranke KW - Hirnmetastasen KW - Breastcancer KW - Blood-Brain-Barrier KW - miRNA KW - Brustkrebs KW - Mammakarzinom Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-313987 ER - TY - JOUR A1 - Curtaz, Carolin J. A1 - Reifschläger, Leonie A1 - Strähle, Linus A1 - Feldheim, Jonas A1 - Feldheim, Julia J. A1 - Schmitt, Constanze A1 - Kiesel, Matthias A1 - Herbert, Saskia-Laureen A1 - Wöckel, Achim A1 - Meybohm, Patrick A1 - Burek, Malgorzata T1 - Analysis of microRNAs in exosomes of breast cancer patients in search of molecular prognostic factors in brain metastases JF - International Journal of Molecular Sciences N2 - Brain metastases are the most severe tumorous spread during breast cancer disease. They are associated with a limited quality of life and a very poor overall survival. A subtype of extracellular vesicles, exosomes, are sequestered by all kinds of cells, including tumor cells, and play a role in cell-cell communication. Exosomes contain, among others, microRNAs (miRs). Exosomes can be taken up by other cells in the body, and their active molecules can affect the cellular process in target cells. Tumor-secreted exosomes can affect the integrity of the blood-brain barrier (BBB) and have an impact on brain metastases forming. Serum samples from healthy donors, breast cancer patients with primary tumors, or with brain, bone, or visceral metastases were used to isolate exosomes and exosomal miRs. Exosomes expressed exosomal markers CD63 and CD9, and their amount did not vary significantly between groups, as shown by Western blot and ELISA. The selected 48 miRs were detected using real-time PCR. Area under the receiver-operating characteristic curve (AUC) was used to evaluate the diagnostic accuracy. We identified two miRs with the potential to serve as prognostic markers for brain metastases. Hsa-miR-576-3p was significantly upregulated, and hsa-miR-130a-3p was significantly downregulated in exosomes from breast cancer patients with cerebral metastases with AUC: 0.705 and 0.699, respectively. Furthermore, correlation of miR levels with tumor markers revealed that hsa-miR-340-5p levels were significantly correlated with the percentage of Ki67-positive tumor cells, while hsa-miR-342-3p levels were inversely correlated with tumor staging. Analysis of the expression levels of miRs in serum exosomes from breast cancer patients has the potential to identify new, non-invasive, blood-borne prognostic molecular markers to predict the potential for brain metastasis in breast cancer. Additional functional analyzes and careful validation of the identified markers are required before their potential future diagnostic use. KW - breast cancer KW - breast cancer metastases KW - blood-brain barrier KW - patient serum KW - exosomes KW - microRNA KW - gene expression KW - prognostic marker Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-284476 SN - 1422-0067 VL - 23 IS - 7 ER -