Untersuchung zur Expression des zellulären Retinsäure-bindenden Proteins 2 (CRABP2) und zur Wirkung von all-trans-Retinsäure (ATRA) in Neurofibromatose Typ 1-assoziierten Nervenscheidentumoren

Abstract

Die Neurofibromatose Typ 1 (NF1) gehört zu den häufigsten, genetisch bedingten Erkrankungen und ist mit der Manifestation von multiplen Nervenscheidentumoren, typischerweise kutanen und plexiformen Neurofibromen, verbunden. Die bei ca. 30% der Patienten vorkommenden, plexiformen Neurofibrome sind durch ein infiltratives Wachstum mit Nervenzerstörung gekennzeichnet, wodurch es zu schwerwiegenden neurologischen u.a. Defiziten kommen kann, des Weiteren können sie zu malignen peripheren Nervenscheidentumoren (MPNST) entarten. Es existiert zum heutigen Zeitpunkt keine systemische Therapie für plexiforme Neurofibrome. Unter aktuellen chemotherapeutischen Ansätzen zeigen die MPNST eine hohe Rezidivrate. In Voruntersuchungen der Arbeitsgruppe konnte eine niedrigere Expression des Retinsäure transportierenden Proteins CRABP2 (cellular retinoic acid binding protein 2) in plexiformen Neurofibromen im Vergleich zu kutanen Neurofibromen nachweisen werden. CRABP2 ist als Transporter und Mediator für Retinsäure bekannt. Retinsäure ist ein essentieller Regulator der Embryonalentwicklung und der neuronalen Differenzierung und hat antikanzerogene Eigenschaften. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es daher, Zellen benigner, NF1-assoziierter Nervenscheidentumoren, die eine Expression von CRABP2 aufweisen, immunzytochemisch zu identifizieren. Weiterhin sollte in einem Zellkulturmodell die Wirkung von Retinsäure auf das Wachstum von Nervenscheidentumoren, insbesondere von plexiformen Neurofibromen und MPNST, in funktionellen Assays untersucht werden. Die molekularen Zusammenhänge von Retinsäure-Metabolismus und Expression von CRABP2 sollten dabei demonstriert werden. Ziel des Vorhabens war es, Retinsäure als potentielles Therapeutikum für NF1-assoziierte Nervenscheidentumore zu testen. Im Rahmen dieser experimentellen Untersuchungen konnte nachgewiesen werden, dass eine in-vitro- Behandlung von primären Tumor-Schwannzellen aus NF1-assoziierten Neurofibromen sowie von humanen MPNST-Zelllinien mit all-trans-Retinsäure (ATRA) zu einer Hemmung der Proliferation führt. Diese antiproliferativen Therapieeffekte sind von einer Induktion von Apoptose und Differenzierung der Tumor-Schwannzellen in Richtung myelinisierender, reifer Schwannzellen sowie von morphologischen Veränderungen der Zellen begleitet. Die höhere antiproliferative Wirkung von ATRA in der primären Schwannzell-Kultur aus einem plexiformen Neurofibrom sowie der MPNST-Zelllinie NSF1 ist mit einer höheren CRABP2-Expression nach der ATRA-Gabe vergesellschaftet, so dass demonstriert wurde, dass CRABP2 durch ATRA hochreguliert wird und möglicherweise die antiproliferative Wirkung der ATRA vermittelt. Da nur NF1-defiziente Schwannzellen in Neurofibromen CRABP2 exprimieren, während die Schwannzellen der Haut keine Expression aufweisen, deuten die Ergebnisse auf eine Transformations-bedingte Überexpression von CRABP2 in Tumor-Schwannzellen hin. Zusammenfassend liegen erstmals viel versprechende Daten zur Rolle von CRABP2 in NF1-assoziierten Tumoren vor, die auf ein therapeutisches Potential von ATRA in diesen Tumoren hinweisen und die durch eine genauere Analyse von ATRA-vermittelten Signalwegen bei NF1 in tierexperimentellen Studien gefolgt werden sollten. Eine Therapie mit diesem, bereits bei anderen Krebserkrankungen erprobten Medikament, wäre eine wichtige Alternative zur chirurgischen Intervention von insbesondere plexiformen Neurofibromen, aber auch MPNST.

Neurofibromatosis type 1 (NF1) is a common genetic disorder with manifestation of multiple peripheral nerve sheath tumors. Cutaneous and plexiform neurofibromas represent the hallmark of this tumor syndrome. Approximately 30% of patients develop plexiform neurofibromas being characterized by infiltrative growth resulting in neurological deficits. These tumors are prone to malignant transformation giving rise to malignant peripheral nerve sheath tumors (MPNST). At present, no systemic therapy for plexiform neurofibromas does exist. Under current chemotherapeutic approaches MPNST show a high recurrence rate. Our preliminary experiments demonstrated a lower expression of CRABP2 (cellular retinoic acid binding protein 2) in plexiform neurofibromas compared to the cutaneous ones. CRABP2 is known to transport retinoic acid (RA) and to mediate cellular RA effects. RA serves as essential regulator of embryonic and neuronal differentiation and possesses anti- carcinogenic properties. The aim of the present work was to characterize CRABP2 expressing cells from NF1-associated peripheral nerve sheath tumors by immunocytochemistry in detail and to test RA as a potential therapeutic agent for NF1 associated peripheral nerve sheath tumors. Effects of all-trans RA (ATRA) were under focus to determine the impact on growth of tumor Schwann cells derived from plexiform neurofibromas and MPNST. Therefore functional assays were performed in a cell culture model. Molecular mechanisms of RA metabolism and expression of CRABP2 were to demonstrate. In-vitro-treatment of primary tumor Schwann cells from neurofibromas with ATRA caused inhibition of proliferation. This anti-proliferative effect of ATRA therapy was accompanied by morphological changes, induction of apoptosis and differentiation of Schwann cells towards mature, myelin producing Schwann cells. A higher anti- proliferative effect of ATRA on a primary Schwann cell culture from a plexiform neurofibroma and on MPNST cell line NSF1 was associated with higher CRABP2 expression mediated by ATRA. It was therefore demonstrated that CRABP2 is up-regulated by ATRA and is very probably mediating anti-proliferative effects of ATRA. We also described that only NF1-deficient Schwann cells in neurofibromas express CRABP2, whereas normal Schwann cells did not show expression. This finding corresponds to a transformation-induced up-regulation of CRABP2 in tumor Schwann cells. In summary, these promising data indicate a therapeutic potential of ATRA in NF1 associated peripheral nerve sheath tumors and a role of CRABP2 in these tumors. The experiments should be followed by further analysis of ATRA-mediated signaling pathways in Schwann cells and by animal studies. Treatment with ATRA being already applied in other tumor disorders points to an important alternative to surgical intervention of plexiform neurofibromas and MPNST.