Expression von Stammzellmarkern in humanen astroglialen Hirntumoren

Die Tumorstammzellhypothese ist ein Erklärungsversuch für die Entstehung, Progression und Rezidivbildung von Tumorerkrankungen. Die Hypothese besagt, dass sich aus einer kleinen Subpopulation von Tumorzellen mit Stammzelleigenschaften neue Tochtertumorzellen entwickeln und somit der Tumor in seinem Wachstum voranschreitet. Demnach könnten Untersuchungen über die Rolle der Tumorstammzellen in Astrozytomen und Glioblastomen möglicherweise das Verständnis für die Erkrankungen und für eventuelle Therapieansätze verbessern, denn insbesondere Glioblastome weisen bei einem fehlenden kurativen Therapieansatz sowie schneller Tumorausbreitung und Rezidivbildung bis heute eine schlechte Prognose mit kurzer Überlebenszeit auf. Der Schwerpunkt in dieser Arbeit lag darauf, die Expression verschiedener ausgewählter embryonaler und neuraler Stammzellmarker in humanen Astrozytomproben und Glioblastomzelllinien zu untersuchen und in einen vergleichenden Kontext zu setzen. Die Untersuchungen wurden auf mRNA-Ebene mittels realtime RT-PCR und auf Proteinebene mittels Fluoreszenz-Immunhistochemie unter Einbezug eines allgemeinen Proliferations- und eines astrozytären Markers durchgeführt. Die untersuchten embryonalen und neuronalen Stammzellmarker Nanog, Oct4, Sox2, KLF4 und cMyc ließen sich auf mRNA-Ebene in unterschiedlicher Expressionsstärke im Normalhirn, in Astrozytomen unterschiedlicher WHO-Grade und im Glioblastom nachweisen, wobei die Ausprägung der Expression je nach untersuchtem Marker und nach Entität sehr unterschiedlich stark ausgeprägt war. Generell war die mRNA- Expression im Normalhirn am niedrigsten und in den Tumorproben meist erhöht. Ein treppenartiger Anstieg mit der Malignität ergab sich insbesondere für Oct4 und Sox2/Sox2OT, wobei letzterer Marker die höchsten Expressionswerte in den Tumorproben aufwies. In der immunhistochemischen Beurteilung von vier soliden Glioblastomproben konnten die Stammzellmarker Nanog, Oct4, Sox2, Musashi-1 sowie der Chemokinrezeptor CXCR4, der Proliferationsmarker MIB-1/Ki67 und der astrozytäre Marker GFAP ebenfalls als heterogen ausgeprägt beobachtet werden. Die Kombinationsfärbungen von Nanog, Oct4 und Sox2 zeigten die größten Anteile ko-exprimierender Zellen, welches die enge funktionelle Beziehung der drei Stammzellmarker unterstreicht. Allerdings ergab sich in unseren Untersuchungen keine typische Tumorstammzell-Signatur mit bestimmter wiederkehrenden Kombination von Stammzellmarkern. In den Kombinationsfärbungen von MIB-1/Ki67 mit den verschiedenen Stammzellmarkern ließ sich erkennen, dass die Zellen, welche Stammzellmarker tragen, sich erwartungsgemäß seltener teilen. Zellen mit Stammzellcharakter stellen somit in den Tumorproben eine Subpopulation ‚ruhender’ Zellen dar. In allen untersuchten Glioblastomzelllinien konnten die verschiedenen Stammzellmarker mit variierender mRNA-Expression detektiert werden. Alle Tumorzelllinien zeigten heterogene Expression der unterschiedlichen Stammzellmarker und umgekehrt zeigte kein Stammzellmarker eine gleichmäßig starke Expression bei allen Tumorzelllinien. Als Modell können die Tumorzelllinien für die unterschiedlich stark differenzierten/de-differenzierten Zellen im Tumor dienen, ihre Charakteristika sollten für weiterführende Untersuchungen sorgfältig berücksichtigt werden. Im Überblick deuten die Ergebnisse darauf hin, dass die Populationen der Tumorzellen mit Stammzellcharakter als sehr heterogen betrachtet werden müssen, einen einheitlichen Marker oder eine bestimmte Marker-Signatur konnte nicht identifiziert werden. Tumorzellen mit Stammzellcharakter könnten sowohl aus Tumorzellen durch De-Differenzierung wie auch aus Stammzellen entstanden sein. Die Expression von vielen Stammzellmarkern unterschiedlicher Intensität in vitro oder das überwiegende Vorkommen von Zellen mit einzelnen Markern und geringer in Kombination mit bestimmten Markern in situ, sprechen möglicherweise eher für die Entstehung aus Tumorzellen. Auf die Entstehung aus Stammzellen hingegen könnte die geringe Teilungsrate in situ hindeuten. Die Frage der Herkunft der Tumorstammzellen lässt sich jedoch in situ und in vitro nicht hinreichend beantworten. Unabhängig hiervon könnte die in unserer Studie beobachtete Heterogenität der Stammzellmarker jedoch im Hinblick auf zelluläre Zielstrukturen in Astrozytomen/Glioblastomen bezüglich zukünftiger Therapien und diagnostischer Methoden von Bedeutung sein.

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