Die Überexpression des Hypoxie-induzierbaren Transkriptionsfaktors 1 (HIF-1) ist ein zentrales Charakteristikum vieler Tumorentitäten. Eine Vielzahl von Studien lässt vermuten, dass HIF-1 eine funktionelle Bedeutung für das Wachstum und die Progression solider Tumoren zukommt. Der Transkriptionsfaktor HIF-1 scheint insbesondere auch an der Regulation der Metastasierung und der Vermittlung von Chemoresistenz beteiligt zu sein, wobei die zugrunde liegenden Mechanismen weitgehend unklar sind. Das humane Magenkarzinom ist durch eine sehr ungünstige Prognose gekennzeichnet. Der Verlauf der Erkrankung wird weitgehend durch das Ausmaß der Metastasierung und durch die Ausbildung von Therapieresistenzen bestimmt. Daher sollten in der vorliegenden Arbeit die Bedeutung des Transkriptionsfaktors HIF-1 für die Regulation der Metastasierung und die Vermittlung von Chemoresistenz im humanen Magenkarzinom untersucht und potentielle Wirkmechanismen identifiziert werden. Für diese Untersuchungen wurde eine funktionelle Inaktivierung der regulatorischen α-Untereinheit von HIF-1 (HIF-1α) in zwei humanen Magenkarzinomzelllinien mittels RNA-Interferenz erfolgreich etabliert. Erste Hinweise auf einen Einfluss von HIF-1 auf die Regulation der Metastasierung lieferte die Expressionsanalyse humaner Magenkarzinompräparate. Die immunhistochemische Untersuchung zeigte, dass HIF-1α vor allem in fortgeschrittenen Stadien der Magenkarzinogenese exprimiert wird, wobei invasiv wachsende Tumorbereiche eine verstärkte Expression aufwiesen. Die in vitro-Analyse verschiedener tumorrelevanter Parameter bestätigte die metastasierungsfördernde Wirkung von HIF-1: Die Inhibition von HIF-1α führte zu einer signifikanten Reduktion der Migration, der Invasion, der Anoikisresistenz und der Interaktion mit Endothelzellen. Als molekularer Mechanismus der HIF-1-bedingten Anoikisresistenz wurde eine Suppression des α5-Integrins identifiziert, das einen gut etablierten Vermittler der Anoikis darstellt. Durch diese umfangreiche Charakterisierung konnte HIF-1 erstmals als zentraler Regulator der Metastasierung beim humanen Magenkarzinom beschrieben werden. Des Weiteren führte die funktionelle Inaktivierung von HIF-1α zu einer Steigerung der antiproliferativen Wirkung des Chemotherapeutikums 5-Fluorouracil. Diese Daten legen nahe, dass HIF-1 eine zentrale Bedeutung bei der Resistenzvermittlung gegenüber der Chemotherapie im humanen Magenkarzinom zukommt. Die Analyse der verantwortlichen Mechanismen ergab, dass HIF-1 die Chemosensitivität der Magenkarzinomzellen einerseits durch Inhibition von p53 und andererseits durch Stimulation der NF-κB-Aktivität reguliert. Sowohl die Regulation der Anoikisresistenz durch Suppression des α5-Integrins als auch die Resistenzvermittlung durch Regulation von p53 beruhten zumindest teilweise auf einer HIF-1-abhängigen Hemmung reaktiver Sauerstoffspezies. Zusammengefasst zeigten sowohl deskriptive als auch funktionelle Untersuchungen der vorliegenden Arbeit, dass HIF-1 die systemische Metastasierung und die Therapiesensitivität des humanen Magenkarzinoms maßgeblich beeinflusst. In Anbetracht dieser Ergebnisse scheinen HIF-1-inhibierende Strategien eine innovative und sinnvolle Ergänzung der aktuellen Behandlungsverfahren für das humane Magenkarzinom darzustellen.
Overexpression of the hypoxia-inducible transcription factor 1 (HIF-1) is a common feature in a wide variety of human tumors. In several studies HIF-1 has been identified as a positive factor for growth and progression of solid tumors. HIF-1 appears to play a central role in determining metastasis and in mediating chemoresistance; however, the underlying molecular mechanisms are only beginning to emerge. Human gastric cancer is characterized by an unfavourable prognosis. The course of this often fatal disease is mainly determined by the metastatic spread and the occurrence of therapy resistance. Therefore, the aim of the present study was to characterize HIF-1’s role in regulating metastasis and in mediating chemoresistance in human gastric cancer as well as the identification of potential underlying mechanisms. To achieve this, a functional inactivation of the regulatory α-subunit of HIF-1 (HIF-1α) in two human gastric cancer cell lines was established via lentiviral mediated RNA interference. The expression analysis of HIF-1α in human gastric cancer tissues initially indicated a functional relevance of HIF-1 for the regulation of metastasis. Immunhistochemistry showed specific HIF-1α staining in advanced gastric adenocarcinoma and especially high HIF-1α expression levels at the invading tumor edge. The assumed metastasis promoting impact of HIF-1 was further supported by the analysis of different tumor-relevant aspects in vitro: the inactivation of HIF-1α significantly reduced migration, invasion, anoikis resistance and adhesion to endothelial cells. Interestingly, the induction of anoikis resistance by HIF-1 was attributed to the suppression of the α5 integrin, a well established mediator of anoikis. In this comprehensive study, HIF-1 was characterized for the first time as a central regulator of metastasis in human gastric cancer. Furthermore, functional inactivation of HIF-1α significantly increased the antiproliferative effect of the chemotherapeutic agent 5-fluorouracil. These findings strongly suggest a pivotal role for HIF-1 in mediating chemoresistance in human gastric cancer. With respect to the underlying molecular mechanisms, the present study could show that HIF-1 regulates chemosensitivity of gastric cancer cells by inhibition of p53 protein as well as stimulation of NF-κB activity. Both, the α5 integrin-mediated anoikis resistance and the p53-regulated chemoresistance were at least partly caused by a HIF-1-dependent inhibition of reactive oxygen species. Taken together, both descriptive and functional investigations of the present study revealed that HIF-1 holds the potential to affect systemic metastasis and therapy sensitivity in human gastric cancer. In consideration of these results, HIF-1-inhibiting treatment strategies might be an innovative and useful supplement of the current treatment options for human gastric cancer.
