Die Bedeutung der Polycomb-Proteine bei urologischen Tumorerkrankungen: Epigenetische Regulatoren und Tumormarker mit prognostischer Relevanz

Abstract

Die durch Polycomb-Proteine induzierten Formationsänderungen in der Chromatin- Architektur führen zur Inaktivierung zahlreicher Gene, von denen ein Großteil Regulatorgene des Zellzyklus sowie der Apoptose darstellen. Passend dazu weisen verschiedene Studien darauf hin, dass einer gestörten Expression von Mitgliedern dieser Proteinfamilie eine Bedeutung im Rahmen der Entstehung und Progression maligner Tumoren zukommt. Bisherige Untersuchungen zur Expression und biologischen Bedeutung von Polycomb-Proteinen in urologischen Tumorentitäten waren auf das Prostatakarzinom fokussiert. Die vorliegenden Arbeiten liefern neue Erkenntnisse über das Expressionsprofil ausgewählter PcG-Familienmitglieder, in Urothelkarzinomen der Harnblase, klarzelligen Nierenzellkarzinomen und testikulären Keimzelltumoren. Hierbei wurde der Schwerpunkt auf die Expression des Polycomb-Proteins EZH2 gelegt, die zusätzlich auch in Hodenbiopsien mit Spermatogenesestörungen untersucht wurde. Im Urothelkarzinom der Harnblase korrelierte eine Zunahme der EZH2-Expression sowohl mit einer Progression des pathologischen Tumorstadiums als auch mit einer zunehmenden Entdifferenzierung. Weiterführende Untersuchungen gaben zudem erste Hinweise darauf, dass EZH2 sein „onkogenes“ Potential im Urothelkarzinom möglicherweise über die Regulation der Promotormethylierung des APAF-1-Gens ausübt. Für CBX7 fand sich hingegen eine inverse Korrelation der Expressionshöhe mit dem Fortschreiten des Tumorstadiums und des Differenzierungsgrades. Weder für EZH2 noch für CBX7 konnte ein unabhängiger prognostischer Stellenwert nachgewiesen werden. BMI1, SUZ12 und RING1 waren in Urothelkarzinomen ebenfalls regelmäßig exprimiert, die Höhe ihrer Expression zeigte jedoch keine Assoziationen mit histopathologischen Parametern oder der Patientenprognose. In klarzelligen Nierenzellkarzinomen war EZH2 deutlich stärker exprimiert als in korrespondierenden Normalgeweben. Assoziationen zwischen der Expressionshöhe von EZH2 und pathologischen Tumorcharakteristika fanden sich nicht, jedoch konnte EZH2 als ein vom T- und G-Stadium unabhängiger prognostischer Parameter für das rezidivfreie Überleben identifiziert werden. Eine niedrige Expression von EZH2 war dabei mit einem signifikant erhöhten Rezidivrisiko assoziiert. In Keimzelltumoren des Hodens war EZH2 signifikant niedriger exprimiert als im normalen Hodenparenchym, wobei zwischen Seminomen und Nichtseminomen sowie zwischen den unterschiedlichen klinischen Tumorstadien keine signifikanten Expressionsunterschiede bestanden. Auch in Hodenbiopsien mit Störungen der Spermatogenese zeigte sich eine gegenüber normalem Hodenparenchym reduzierte EZH2-Expression. Darüber hinaus korrelierte die Abnahme der Expression von EZH2 mit einer Zunahme des Schweregrades der spermatogentischen Dysfunktion, so dass EZH2 möglicherweise einen attraktiven Marker zur molekularen Charakterisierung von Spermatogenesestörungen unterschiedlicher Ausprägung darstellt. Die Ergebnisse der in dieser Habilitationsschrift integrierten Arbeiten liefern erstmals eine Übersicht über das Potential diverser PcG- Familienmitglieder als Progressions- und Prognosemarker in verschiedenen urologischen Tumorentitäten. Zudem deuten unsere Daten erstmals auf eine physiologische Schlüsselrolle von EZH2 im Rahmen der humanen Spermatogenese hin. Diese Erkenntnisse bilden somit eine wichtige Basis für weiterführende Untersuchungen zur funktionellen Bedeutung von PcGs in der Pathogenese dieser Erkrankungen und zeigen interessante Ansatzpunkte für die Entwicklung innovativer Therapiekonzepte auf.

Die induction of formation alterations in chromatin architecture by Polycomb- Proteins (PcP) leads to an inactivation of numerous genes, of which the majority is involved in the regulation of cell cycle and apoptosis. In this context, it has been shown that an altered expression of member of this protein family could play an essential role in the development and progression of cancer. Thus far, investigations of expression and biological function of PcPs has been limited to prostate cancer in the field of urology. The current thesis yield new findings on the expression profile of several PcG members in urothelial, renal, and testicular cancer. The main focus was on the expression levels of the PcP EZH2. Additionally to the investigations in the field of cancer, the impact of EZH2 on spermatogenesis was explored. In bladder cancer, the expression of EZH2 correlated with progression of the pathological stage and de-differentiation. Further analyses showed that EZH2 could harbor oncogenic properties in bladder cancer through the regulation of pro- methylation of the APAF-1-gene. For CBX7, another PcP, there was an inverse correlation with tumor stage and tumor grade, i.e. lower levels of CBX7 expression were associated with higher tumor stage and grade. Neither EZH2 nor CBX7 had an independent prognostic value in multivariable analysis. BMI1, SUZ12, and RING 1 were expressed in the majority of urothelial cancers, however, expression levels did not correlate with histopathological patient characteristics and prognosis. In clear cell renal cancer, EZH2 expression levels were significantly higher than in adjacent benign tissue. Although there was no association of EZH2 expression levels and pathological tumor stage, EZH2 acted as a strong independent predictor of recurrence-free survival. Lower EZH2 expression was associated with a significant higher risk of disease recurrence. In testicular cancer, EZH2 expression was significantly lower than in adjacent benign tissue. There was no difference of EZH2 expression levels between different testicular tumor types and tumor stages. In testicular biopsies with histologically proven impaired sperm production, there was a significantly lower EZH2 expression compared to biopsies with sufficient spermatogenesis. Furthermore, the decrease of EZH2 expression in these samples correlated with the degree of spermatogenic dysfunction. The results of this thesis yield a broad overview over the role of PcG members as biological markers for disease progression and patient prognosis in a number of urological cancers. Additionally, our data indicates a potential key role of EZH2 in human spermatogenesis. These findings represent the foundation for further investigations on the impact of PcGs on cancer biology and could yield potential new targets for innovative therapeutic concepts.