Dissertation

Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

Adnan Fayyad Abedalkhader

Comparative evaluation of the tumor

microenvironment in spontaneous canine

histiocytic sarcomas and a canine histiocytic

sarcoma xenotransplantation model

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-108837

title (ger.)

Vergleichende Analyse des Tumormikromilieus von spontanen, kaninen Histiosarkomen und in einem Xenotransplantationsmodell des kaninen Histiosarkoms

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2016

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/abedalkhadera_ws16.pdf

abstract (deutsch)

Kanine histiozytäre Sarkome (HS) sind hoch aggressive Neoplasien, die die Todesursache bei mehr als ~15% aller Berner Sennenhunde und Flat-coated Retriever darstellen. Aufgrund der hohen Metastasierungsrate ist der klinische Verlauf oftmals schnell progressiv. Einen essentiellen Schritt bei der Ausbildung von Metastasen stellt die Degradierung der extrazellulären Matrix dar, wodurch eine Invasion von Tumorzellen in das umgebende Gewebe und die Ausbildung von Fernmetastasen ermöglicht wird. Matrix-Metalloproteinasen (MMPs), die vom Tumormikromilieu oder den neoplastischen Zellen selbst gebildet werden, werden als die wichtigsten Enzyme angesehen, die in diesen Prozess involviert sind. Bislang ist jedoch die Rolle der MMPs bei der Invasion und Metastasierung von HS weitgehend unbekannt. Oftmals enthält das Tumormikromilieu abhängig vom Tumortyp verschiedene Entzündungszellen. Des Weiteren ist in vielen Studien das Vorhandensein von Tumor-infiltrierenden Entzündungszellen, besonders Makrophagen, mit einer Progression der Neoplasien und einer schlechten Prognose vergesellschaftet. Aus diesen Gründen wird ein  detailliertes Wissen über die Interaktion und die gegenseitige Beeinflussung zwischen Tumorzellen und dem lokalen Tumormikromilieu benötigt, um verbesserte Therapieoptionen zu schaffen. Ein Ziel kann daher die Modulation des Tumormikromilieus darstellen, bei der es durch therapeutische Interventionen zu einer Reversion der Tumor-induzierten Veränderungen der extrazellulären Matrix kommt. Ein möglicher Ansatzpunkt zur Verbesserung der Tumortherapie ist daher eine therapeutische Beeinflussung der Expression von MMPs und ihren Inhibitoren.

Das Ziel der vorliegenden Studie war es die Expression ausgewählter MMPs und ihrer Inhibitoren mittels Immunhistochemie zu analysieren. Dazu wurde bei spontan aufgetretenen kaninen histiozytären Sarkomen die Expression von MMP-2, -9 und -14 sowie von TIMP-1 im Zentrum und in der Peripherie der Neoplasien bestimmt. Die derart gewonnenen Daten wurden mit gleichartig ermittelten Resultaten xenotransplantierter HS verglichen. Die Ergebnisse zeigten, dass MMP-2, -9, -14 und TIMP-1 vorwiegend an der invasiven Front der Tumoren exprimiert wurden, wohingegen die Tumorzentren einen signifikant geringeren Prozentsatz immunoreaktiver Fläche aufwiesen. Vergleichbare Befunde wurden auch für die untersuchten MMPs und TIMP-1 bei subkutan xenotransplantierten HS erhoben.

Ein weiteres Ziel der Studie war es, die intratumorale Immunantwort spontaner HS zu analysieren und mit xenotransplantierten Neoplasien zu vergleichen. Dabei fand sich bei spontan entstandenen, kaninen HS eine Prädominanz von Makrophagen und T-Lymphozyten, wohingegen B-Lymphozyten nur in geringer Zahl nachgewiesen wurden. Xenotransplantierte HS enthielten gering- bis mittelgradig Entzündungszellinfiltrate, die vorwiegend aus Makrophagen bestanden. Interessanterweise zeigten die Tumor-assoziierten Makrophagen (TAM) eine starke Expression von MMP-2, -9, -14 und TIMP-1 bei xenotransplantierten HS. Darüber hinaus bestand eine starke Korrelation zwischen der MMP-14-Expression und der Gefäßdichte.

Zusammengefasst weisen die Ergebnisse der vorliegenden Studie darauf hin, dass die MMP- Expression zur Tumorprogression und –invasion beiträgt und TAM einen wesentlichen Faktor bei der Interaktion zwischen neoplastischen Zellen und dem lokalen Tumormikromilieu darstellen.

abstract (englisch)

Canine histiocytic sarcoma (HS) is a highly aggressive neoplastic disease causing death in more than approximately 15% of all Bernese mountain dogs and Flat-coated retrievers. Due to the high metastatic rate, the clinical course is often rapid and progressive. An essential step in forming metastasis is the degradation of the extracellular matrix allowing tumor cells to invade the tissue and form distant metastases. Matrix metalloproteinases (MMPs) produced by the tumor microenvironment or neoplastic cells are considered to be pivotal enzymes involved in this process. So far, the role of MMPs in invasion and metastasis of HS is largely unknown. Often, the tumor microenvironment contains inflammatory cells which vary in composition depending on the tumor type. However, many studies connected the presence of tumor infiltrating inflammatory cells, namely macrophages, with tumor progression and poor prognosis. Therefore a better understanding of the interaction and crosstalk between tumor cells and the local microenvironment might be critical for the development of an improved tumor therapy. An envisioned goal might include tumor microenvironment remodeling with the aim to reverse tumor induced changes of the extracellular matrix as a potential target for enhancing tumor therapy such as influencing the expression of MMPs and their inhibitors.

The purpose of this study was to analyze the expression of selected MMPs and their inhibitors using immunohistochemistry. In spontaneous canine HS, the expression of MMP-2, -9, -14 and TIMP-1 was measured in the tumor center and periphery. These results were compared to similarly obtained data from xenotransplanted HS. Results indicate that MMP-2, -9, -14 and TIMP-1 were mainly expressed at the invasive front of the tumor while the tumor centers exhibited a significantly smaller percentage of immunoreactive area. Similar findings were obtained for these MMPs and TIMP-1 in subcutaneously xenotransplanted HS. The second aim of this study was to analyze the intratumoral immune response in spontaneous HS and to compare it with xenotransplanted HS. In this context, an intratumoral predominance of macrophages and T lymphocytes was observed in spontaneous HS tumor while B lymphocytes were only found in low numbers. Xenotransplanted HS tumors were accompanied by mild to moderate inflammatory cell infiltrates composed mainly of macrophages. Interestingly, tumor associated macrophages (TAM) showed a strong expression of MMP-2, -9, -14 and TIMP-1 in xenotransplanted HS. In addition, MMP-14 displayed a strong correlation with microvessel density in xenotransplanted HS. These results indicate that MMP expression contributed to tumor progression and invasion and TAM seems to represent major factors in the interaction between neoplastic cells and the local microenvironment.

keywords

Canine histiocytic sarcoma, MMP, murine xenotransplantation model/ Kaninen Histiosarkomen, MMP, murine xenotransplantationsmodell

kb

5.165