Charakterisierung der Mikroglia im Glioblastom und deren Interaktion mit Tumorblutgefäßen

Abstract

Glioblastoma multiforme (GBM) ist ein primärer bösartiger Hirntumor bei Erwachsenen. Das Tumorparenchym enthält verschiedene Zelltypen, darunter ein Drittel Mikroglia/Makrophagen. In den Untersuchungen haben wir uns mit der Interaktion von Mikroglia/Makrophagen mit Blutgefäßen befasst und die Lokalisierung von Mikroglia/Makrophagen in bestimmten Bereichen des Tumors angeschaut, um ihre mögliche Rolle in der Tumorvaskularisation zu definieren. Wir verwendeten ein syngenes Tumor – Mausmodell vom Glioblastoma multiforme. Dabei wurden GL261 – Tumorzellen in die Gehirne von C57/BL6-Mäusen implantiert. Dann wurden die Gehirnschnitte bezüglich der Interaktion der Mikroglia/Makrophagen mit Endothelzellen und/oder Perizyten mit Hilfe von Immunfluoreszenzfärbungen analysiert. Weiterhin wurden TUNEL – und Hif1α – positive Zellen analysiert, um die apoptotische Aktivität von Mikroglia/Makrophagen und ihr Verhalten in den hypoxischen Tumorarealen zu beschreiben. Wir fanden, dass bis zu 30% der Blutgefäße von Tumoren mit zwei oder mehr Mikroglia/Makrophagen assoziiert sind. Diese Iba1 – positive Zellen befanden sich überwiegend in Kontakt mit Endothelzellen im Tumorbereich. Außerdem stellten wir auch die Interaktion der Mikroglia/Makrophagen mit Perizyten fest (ca. 20% im Tumorareal). Darüber hinaus zeigten Mikroglia/Makrophagen im hypoxischen Tumorbereich teilweise die Expression von Hif1α. Überraschenderweise zeigten die Analysen der TUNEL – Färbung nur wenige apoptotische Zellen im Tumor an. Die meisten dieser apoptotischen Zellen waren dabei Mikroglia/Makrophagen, die keine Hif1α – Expression zeigten. Desmin zeigte sich als nur schwer zu verwendender Marker für die Perizytenanalyse, da auch Desmin+ - Zellen detektiert wurden, die keinen Kontakt zu den Endothelzellen der Tumorblutgefäße aufwiesen. Zudem waren diese Zellen zum Teil auch Iba-1+. Dabei wurde die zelluläre Transformation von Perizyten in Mikroglia/Makrophagen postuliert. Ferner wurden im Tumor Gliomzellen entdeckt, welche das Protein mesenchymalen Ursprunges Desmin exprimierten. Darüber hinaus erwiesen einige der Gliomzellen die mikroglialen Eigenschaften, wie z.B. die Iba-1 – Expression, was die neue Hypothese der zellulären Fusion zwischen Tumorzellen und Mikroglia/Makrophagen unterstützen würde. In zukünftigen Studien könnte die detaillierte Untersuchung der Mikroglia/Makrophagen – Gefäß – Interaktion zu einem besseren Verständnis der Rolle der Mikroglia/Makrophagen in der Tumorangiogenese und damit auch für die Progression des Glioms führen.

Glioblastoma multiforme (GBM) is the most malignant primary brain tumor in adults. The tumor compartment contains various cell types, with about one third of microglia/macrophages. In our investigations, we analyzed the interaction of microglia/macrophages with blood vessels and at the localization of microglia/macrophages in specific areas of the tumor to define their putative role for tumor vascularisation. We used a syngenic tumor mouse model of glioblastoma multiforme. Therefore, we implanted GL261 tumor cells into brains of C57/BL6 mice. Then, we evaluated brain sections for the interaction of microglia/macrophages with endothelial cells and/or pericytes by immunofluorescence stainings. Furthermore, we analyzed TUNEL and Hif1α positive cells to clarify the apoptotic activity of microglia/macrophages and their appearance in hypoxic areas of the tumor. We found that up to 30% of the tumor blood vessels are associated with two or more microglia/macrophages. These Iba1 positive cells are predominantly contacting endothelial cells but in the intratumoral area we detected also interaction of microglia/macrophages and pericytes (approx. 20%). In addition, microglia/macrophages in the hypoxic tumor area partly showed expression of Hif1α. Most of the hypoxic microglia/macrophages are located in the perivascular niche or around Hif1α positive tumor cells. Surprisingly, the analyses of TUNEL staining showed only a few apoptotic cells in the tumor area. And most of these apoptotic cells were microglia/macrophages, which did not express Hif1α. Desmin proved to be a difficult-to-use marker for analysis of pericytes, as well as desmin+ - cells were detected which had no contact with the endothelial cells of tumor blood vessels. In addition, these cells were also partly Iba-1+. The cellular transformation of pericytes in microglia / macrophages has been postulated. Furthermore, glioma cells were detected in the tumor expressing the protein of mesenchymal origin desmin. Some of the glioma cells demonstrated the microglial characteristics, such as the Iba-1 - expression, which would support the new hypothesis of cellular fusion between tumor cells and microglia / macrophages. In future studies, the detailed investigation of the microglia/macrophages and vessel interaction could lead to a better understanding of the role of microglia/macrophages on tumor angiogenesis.