Sebastian Michael Cosmann Köstlin

• Das maligne Melanom ist ein Tumor der Hautpigmentzellen mit weltweit steigender Inzidenz. Aufgrund seiner frühzeitigen lymphogenen und hämatogenen Metastasierung zählt das maligne Melanom zu den prognostisch sehr ungünstigen Tumorerkrankungen. Nach erfolgter Metastasierung werden mit den derzeitig etablierten Therapieschemata noch keine ausreichenden Prognoseverbesserungen erzielt. Einen möglichen neuen Therapieansatz stellt die Blockade der Tumorangiogenese dar. Besondere Bedeutung wird dabei der zyto- bzw. chemokinvermittelten AngiogeneseDas maligne Melanom ist ein Tumor der Hautpigmentzellen mit weltweit steigender Inzidenz. Aufgrund seiner frühzeitigen lymphogenen und hämatogenen Metastasierung zählt das maligne Melanom zu den prognostisch sehr ungünstigen Tumorerkrankungen. Nach erfolgter Metastasierung werden mit den derzeitig etablierten Therapieschemata noch keine ausreichenden Prognoseverbesserungen erzielt. Einen möglichen neuen Therapieansatz stellt die Blockade der Tumorangiogenese dar. Besondere Bedeutung wird dabei der zyto- bzw. chemokinvermittelten Angiogenese zugemessen. In den letzten Jahren zeigten verschiedene diesbezügliche Studien richtungsweisende und erfolgversprechende Ergebnisse. Trotzdem besteht weiterhin hoher Bedarf an Verbesserung des Verständnisses der zugrundeliegenden Regulationsmechanismen. Ziel der vorliegenden Arbeit war, die Sekretion acht angiogenetisch wirksamer Zyto- und Chemokine in vitro durch hoch- und niedrigmaligne Melanomzellen unter normalen Kulturbedingungen sowie unter Hypoxie, Serum- und Glukosemangel zu erfassen. Diese Stressbedingungen dienten als vereinfachtes in vitro-Modell der Mangelbedingungen, die in schnell wachsenden bzw. Nekrosezonen angrenzenden Tumorarealen vorherrschen. Mittels ELISA wurden die abgegeben Mengen der Zytokine VEGF, b-FGF, Angiogenin, PDGF und TGF-ß sowie der Chemokine IL-8, Gro-α und GM-CSF in den Zellüberständen bestimmt. Dabei zeigten die verschiedenen Melanomzelllinien für alle getesteten Zyto- bzw. Chemokine außer GM-CSF charakteristische Sekretionsverhalten unter bestimmten Kulturbedingungen. Insbesondere unter Hypoxie und nach Reoxigenierung ließen sich signifikante Veränderungen im Sekretionsverhalten der verschiedenen Melanomzelllinien feststellen. Eine signifikante Steigerung in der Freisetzung der Zyto- bzw. Chemokine durch Melanomzellen unter Hypoxie ließ sich nur für VEGF, b-FGF, Angiogenin und IL-8 feststellen. Zudem unterschieden sich hochmaligne Melanomzelllinien signifikant von niedrigmalignen Zelllinien in ihrer Sekretion von VEGF, Angiogenin, PDGF, IL-8 und Gro-α unter normalen Kulturbedingungen und unter Hypoxie (Angiogenin, PDGF, IL-8 und Gro-α). In weiterführenden Experimenten wurde das Sekretionsverhalten von normalen Melanozyten, Endothelzellen und Fibroblasten untersucht. Dabei wiesen differenzierte Melanozyten im Vergleich zu den Melanomzellen signifikante Unterschiede in den abgegebenen Zyto-/ Chemokinmengen für VEGF, Angiogenin, PDGF, IL-8 und Gro-α unter normalen bzw. hypoxischen Kulturbedingungen auf. Differenzierte Melanozyten unterschieden sich also von Melanomzellen in ihrer Sekretion bei den selben Zyto- bzw. Chemokinen wie niedrigmaligne von hochmalignen Melanomzelllinien (VEGF, Angiogenin, PDGF, IL-8 und Gro-α). Im Sekretionsverhalten für VEGF, Angiogenin, IL-8 und Gro-α ähnelten Fibroblasten und Endothelzellen (bzgl. VEGF nur HMEC-1) den Melanomzellen. Der Einfluss dieser vier Zyto- und Chemokine und b-FGF auf das in-vitro-Wachstumsverhalten von Endothelzellen wurde mit einem BrD-U-Proliferationsassay untersucht. Sowohl mikrovaskuläre (HMEC-1) als auch makrovaskuläre (HUVEC) Endothelzellen steigerten ihre Proliferation unter dem Einfluss von VEGF, b-FGF, Angiogenin, IL-8 und Gro-α signifikant. HMEC-1 reagierten dabei mit einem tendenziell stärkeren Ansprechen auf die Stimulation als HUVEC. In weiteren Versuchen zeigten HUVEC eine erhöhte Sensibilität für Zytokine (insbesondere für b-FGF) unter Serummangelbedingungen, nicht jedoch für Chemokine (IL-8 und Gro-α). Am deutlichsten fiel die Proliferationssteigerung unter dem Einfluss der einzelnen Zyto- und Chemokine aus, wenn HUVEC in nonadhärentem Zustand stimuliert wurden. Mit den Ergebnissen dieser Arbeit konnte erstmalig bzw. zeitgleich mit anderen Publikationen gezeigt werden, dass Melanomzellen unter Hypoxie nicht nur VEGF, sondern auch Angiogenin und IL-8 deutlich vermehrt sezernieren, dass diese Sekretionssteigerung nach Reoxigenierung weiter anhält und Melanomzellen signifikant von differenzierten Melanozyten unterscheidet. Jedes dieser Zyto- und Chemokine stimulierte die Endothelzellproliferation in vitro. Dabei erhöhten Serummangel und vor allem initial fehlende Zell-Zellkontakte die Zyto- bzw. Chemokinwirkung. Im Gegensatz zu dem bisher intensiver untersuchten VEGF sezernierten hochmaligne Melanomzellen unter Hypoxie signifikant mehr Angiogenin und IL-8 als niedrigmaligne Melanomzellen. Nur für Angiogenin zeigte sich darüber hinaus eine gegensätzliche Sekretionsregulation unter Hypoxie aller Melanomzellen im Vergleich zu normalen Melanozyten. Dies könnte für IL-8 und im Besonderen für Angiogenin auf eine mögliche Schlüsselfunktion in der Melanom-induzierten Angiogenese hindeuten. Inwieweit Rückschlüsse auf die in vivo-Verhältnisse und eine klinische Relevanz zulässig sind, werden weitere Untersuchungen und ggf. Therapiestudien zeigen müssen.…
• The aim of this study was to investigate the secretion of angiogenic cytokines by human melanoma cells under normal cell culture conditions and conditions of deficiency. Hypoxia, serum- or glucose deficiency served as a simplified in-vitro-model of the deficiency existing in rapid growing tumors or metastasis. The supernatants of highly and low metastatic melanoma cell lines were tested by ELISA for both the angiogenic cytokines VEGF, b-FGF, Angiogenin (ANG), PDGF and TGF-ß and the angiogenic chemokines IL-8, Gro-alpha and GM-CSF. EspeciallyThe aim of this study was to investigate the secretion of angiogenic cytokines by human melanoma cells under normal cell culture conditions and conditions of deficiency. Hypoxia, serum- or glucose deficiency served as a simplified in-vitro-model of the deficiency existing in rapid growing tumors or metastasis. The supernatants of highly and low metastatic melanoma cell lines were tested by ELISA for both the angiogenic cytokines VEGF, b-FGF, Angiogenin (ANG), PDGF and TGF-ß and the angiogenic chemokines IL-8, Gro-alpha and GM-CSF. Especially under hypoxia and after reoxygenation the different melanoma cell lines changed their secretion significantly for most of these factors. Melanoma cells showed significant up-regulation of their secretion under hypoxia for VEGF, b-FGF, ANG and IL-8. Over and above that significant differences between low and highly metastatic cell lines could be seen for their secretion of VEGF, ANG, PDGF, IL-8 and Gro-alpha under normal culture conditions and for ANG, PDGF, IL-8 and Gro-alpha under hypoxia. In further experiments the secretion of these eight factors by normal melanocytes, fibroblasts and endothelial cells was tested. In comparison to melanoma cells normal melanocytes showed significant differences in their secretion of VEGF, ANG, PDGF, IL-8 and Gro-alpha under normal culture conditions and/or hypoxia as described before for highly and low metastatic melanoma cell lines. Fibroblasts and endothelial cells showed a similar secretion of VEGF, ANG, IL-8 and Gro-alpha as melanoma cells. To investigate the effect of these four cytokines and b-FGF on the proliferation of endothelial cells a BrD-U-proliferationassay was performed. All angiogenic factors significantly stimulated both microvascular (HMEC-1) and macrovascular (HUVEC) endothelial cell growth. Cytokine stimulation showed a tendency to effect HMEC-1 proliferation more than growth of HUVEC. In further experiments lack of serum revealed an increased sensibility for the tested cytokines (i.e. b-FGF) but not for the chemokines IL-8 and Gro-alpha. All angiogenic factors achieved their strongest proliferative effect stimulating non-adherent endothelial cells. The results of this study showed for the first time respectively contemporaneous that melanoma cells increase not only their secretion of VEGF but also of ANG and IL-8 under hypoxia. It could also be demonstrated that this effect endures under reoxygenation and significantly differenciates melanoma cells from normal melanocytes. Each of these cyto-/ chemokines stimulated endothelial cell proliferation in vitro. Lack of serum and especially of cell-cell contact increased the stimulatory effect of the cytokines and cyto-/chemokines respectively. In contrast to VEGF highly metastatic melanoma cell lines secreted significantly more ANG and IL-8 than the low metastatic cell lines. On top of that all melanoma cells revealed a contrasting regulation only for ANG in comparison to normal melanocytes. This could indicate a key role for IL-8 and especially for ANG within the melanoma induced angiogenesis. To what extent these results admit conclusions to in-vivo conditions and to a clinical relevance has to be evaluated in further studies.…