Glioblastome sind mit einer Inzidenz von 3–4/100.000/Jahr die häufigste Entität unter den Gliomen und somit die häufigsten intrinsischen Hirntumore Hypoxie-regulierte Moleküle spielen eine wichtige Rolle im Zusammenhang mit vaskulären Resistenzmechanismen gegenüber antiangiogener und chemotherapeutischer Therapie. Zahlreiche Studien weisen darauf hin, dass das N-myc-downstream-regulierte Gen 1 (NDRG1) durch eine Reihe unterschiedlicher Faktoren wie zellulärer Stress, Hypoxie, DNA-Schäden, Onkogen und Tumorsuppressor-Gene reguliert wird. Ziel der vorliegenden Studie war es, die Rolle von NDRG1 in Hinsicht auf die Gliomangiogenese, die Tumorzellproliferation und Tumorgröße sowohl unter antiangiogener (Sunitinib) sowie chemotherapeutischer Behandlung (Temozolomid) zu evaluieren.
Material / Methoden
Methodisch wurde hierfür ein orthotopes Tumor-Mausmodell verwendet. Dabei wurden U87MG-Glioblastomzellen stereotaktisch intrakraniell NuNu-Mäusen implantiert. An den Tagen 14, 21 und 28 post operationem wurden MRT-Bilder erstellt zur Bestimmung der Tumorprogression in vivo. In einer zweiten Versuchsreihe wurden die Tiere zudem ab Tag 21 für sechs Tage mit Sunitinib (Su) beziehungsweise Temozolomid (TMZ) behandelt. An Tag 28 erfolgte in beiden Versuchsreihen die Tumorexplantation und nachfolgend die Anfertigung von Gefrierschnitten. Anhand der Schnitte wurden weiterführende Immunfluoreszenzfärbungen durchgeführt.
Ergebnisse
Die Ergebnisse unserer Studie zeigen, dass die Überexpression von NDRG1 zu einer signifikanten Reduktion des Tumorwachstums in vivo führt im Vergleich zu der Kontrollgruppe. Dies resultiert in einem Überlebensvorteil der Tiere. Zudem wiesen die Tumore aus den NDRG1-überexprimierenden Gliomzellen eine signifikant geringere Tumorzellproliferationsrate (PHH3) auf verglichen mit der Kontrollgruppe. Zusätzlich konnte auch eine signifikant erniedrigte Endothelzellproliferation (Ki-67) festgestellt werden. Darüber hinaus waren in NDRG1-überexprimierenden U87MG-Tumoren reduzierte Gefäßstrukturen nachweisbar bei aufrechterhaltender Endothelzell-Perizyten Interaktion. Zudem konnte in diesen Tumoren immunhistochemisch eine reduzierte Gefäßdichte dargestellt werden. Dieser antiangiogene Effekt von NDRG1 zeigt sich auch in Experimenten unter Therapie mit dem Tyrosinkinase-Inhibitor Sunitinib. So zeigt sich nur eine geringgradige Reduktion des Tumorwachstums und der Gefäßdichte, sodass man vielmehr von einer resistenten Reaktion gegenüber der antiangiogenen Therapie sprechen kann. Schließlich stellt sich in einer weiteren Versuchsreihe auch eine Resistenz der NDRG1-überexprimierenden Tumore gegenüber einer Therapie mit Temozolomid (TMZ) dar, wohingegen die TMZ-Therapie bei der Kontrollgruppe eine sehr gute Wirkung entfaltete.
Zusammenfassung
Die Ergebnisse dieser Studie deuten darauf hin, dass NDRG1 einen antiangiogenen Einfluss auf das sich entwickelnde mikrovaskuläre System im Gliom hat und beteiligt sein könnte an der Entwicklung von Resistenzmechanismen gegenüber antiangiogenen und alkylierenden Therapeutika.
With an incidence of 3–4/100,000/year glioblastomas are the most common entity among gliomas, and thus the most common intrinsic brain tumor. Hypoxia-regulated molecules play an important role in connection with vascular mechanisms of resistance to anti-angiogenic and chemotherapeutic therapy. Numerous studies indicate that N-myc downstream-regulated gene 1 (NDRG1) is regulated by a variety of factors including cellular stress, hypoxia, DNA damage, oncogenes, and tumor suppressor genes. The present study aimed to evaluate the role of NDRG1 in glioma angiogenesis, tumor cell proliferation, and tumor size as well as under antiangiogenic (Sunitinib) and chemotherapeutic treatment (Temozolomide).
Material / Methods
An orthotopic tumor mouse model was used for this purpose. U87MG glioblastoma cells were stereotactically intracranially implanted in NuNu mice. On days 14, 21, and 28 postoperative, MR images were performed to evaluate tumor progression in vivo. In the second series of experiments, mice were treated with Sunitinib (Su) respectively Temozolomide (TMZ) from day 21 for 6 days. On day 28, the tumor explantation was carried out followed by the preparation of frozen sections. Further immunofluorescent stainings were performed.
Results
The results of our study show that overexpression of NDRG1 leads to a significant reduction of tumor growth in vivo compared to the control group. This results in a survival advantage of the animals. In addition, the tumors from the NDRG1-overexpressing glioma cells had a significantly lower tumor cell proliferation rate (PHH3) compared to the control group. Further, a significantly reduced endothelial cell proliferation (Ki-67) was found. Moreover, in NDRG1 overexpressing U87MG tumors, reduced vascular structures were detectable with sustained endothelial cell-pericyte interaction. In addition, a reduced vascular density could be demonstrated immunohistochemically in these tumors. This anti-angiogenic effect of NDRG1 is also demonstrated in experiments under therapy with the tyrosine kinase inhibitor sunitinib. Thus, only a slight reduction of tumor growth and vascular density is observed, so that one can rather speak of a resistant reaction to anti-angiogenic therapy. Finally, in a further series of experiments, the resistance of the NDRG1-overexpressing tumors to therapy with temozolomide (TMZ) was also shown, whereas TMZ therapy had a good effect in the control group.
Conclusion
The results of this study suggest that NDRG1 has an antiangiogenic impact on the developing microvascular system in gliomas and may be involved in the development of resistance mechanisms to antiangiogenic and alkylating therapeutics.
