Differenzielle Expression von Topoisomerase II alpha (TOP2A) in Tumorzellen und tumor-assoziierte Stromazellen von malignen Ovarialtumoren

Abstract

Diese Studie analysierte die Überexpression von TOP2A in den Tumorzellen und dem tumorassoziierten Stroma beim fortgeschrittenen Ovarialkarzinom. Die TOP2A Expression wurde mittels nichtradioaktive in-situ Hybridisierung, TaqMan RT- PCR an mikrodissezierten Ovarialkarzinomproben und Immunhistochemie untersucht. Die Daten aus den Expressionsanalysen wurden deskriptiv evaluiert und den Zusammenhang mit etablierten prognostischen Faktoren analysiert. Die TOP2A-mRNA Amplifikation wurde in der mRNA in-situ Hybridisierung und in der TaqMan-PCR in allen Ovarialkarzinomproben nachgewiesen, mit einem stärkeren Amplifikationssignal in den Tumorzellen verglichen zu den assoziierten Stromazellen. Ähnliche Expressionsstärken zeigten sich auch in der immunhistochemischen Untersuchungsreihe. Unsere Ergebnisse beschreiben zum ersten Mal eine präzise qualitative und quantitative Validierung der TOP2A- Geneamplifikation und Proteinexpression auf der Zellebene. Die stärkste TOP2A Expression wurde innerhalb der Tumorzellen von Patientinnen mit primärem Ovarialkarzinom (Platin-naïv) erfasst. Interessanterweise zeigte sich ein charakteristischer Wandel unter den rezidivierten Ovarialkarzinomen nach Platin-basierter Chemotherapie: die TOP2A Expression verzeichnete einen Abfall in den Tumorzellen der Rezidivkarzinome verglichen zu der Gruppe der Frauen mit Primärerkrankung. Andererseits war die TOP2A Expression in den tumor- assoziierten Stromazellen nach Carboplatin Vorbehandlung signifikant höher als in den Stromazellen der primären Ovarialkarzinomen. Unsere Beobachtungen repräsentieren signifikante Unterschiede in der Regulation der TOP2A- Genaktivität auf mRNA- und Proteinebene im Verlauf der Tumorerkrankung in Abhängigkeit vom Erkrankungsstatus und in Bezug zur Chemotherapie. Der Expressionsanstieg von TOP2A in den Stromazellen scheint viel enger mit der Chemotherapieresistenzentwicklung assoziiert, möglicherweise resultierend aus einer ansteigenden Zytokin-vermittelten Aktivierung der assoziierten Stroma. Eindeutig kommt es zu einer massiven Ausbreitung der TOP2A Genaktivität innerhalb der heterogenen Zellgruppen des Ovarialkarzinomgewebe. Die erhöhte TOP2A-Genaktivität zeigte eine breite Amplifikation innerhalb der Tumor- und tumor-assoziierten Stromazellen der heterogenen Karzinomgeweben. Allerdings war der Anstieg der Stroma-assoziierten TOP2A-Expression nicht ubiquitär in allen Karzinomen, sondern als spezifische Charakteristik einer Subgruppe von Patientinnen evaluierbar, was eher auf die Diversifizierung des Expressionsverhaltens nur innerhalb bestimmter Karzinomgruppen i. S. einer Subgruppeneigenschaft auf molekularer Ebene hindeuten soll. Die zelluläre TOP2A-Genexpression zeigte keine Assoziation weder mit den bedeutendsten klinisch-pathologischen Prognosefaktoren, noch mit dem Überleben. Nur der optimale postoperative Tumorrest und wenig intraoperativer Aszites (< 500 ml) zeigten eine unabhängige prognostische Bedeutung in der Multivarianzanalyse. Zusammenfassend liefern unsere systematischen Analysen in allen drei unabhängig eingesetzten Methoden einen deutlichen Nachweis der zellulären Überexpression des TOP2A-Gens auch in den tumor-assoziierten Stromazellen. Die differentielle Modifikation der TOP2A mRNA- und Proteinexpression von gewebsheterogenen Ovarialkarzinomen scheint in Assoziation zu einer Platin- basierten Chemotherapiebehandlung zu stehen. Unsere Daten bestätigen die Bedeutung der tumor-assoziierten Stroma für die Resistenzentwicklung und Aggressivität der Rezidiverkrankung. Eine detaillierte molekularbiologische Charakterisierung fortgeschrittener Ovarialkarzinome erleichtert unser Verständnis über die Zusammenhänge im Verlauf der Tumorigenese und über potentielle therapeutische Effekte in der Behandlung des Ovarialkarzinoms durch Identifizierung von Karzinomsubgruppen.

The aim of this prospective study was to evaluate the expression of Topoisomerase II alpha (TOP2A) in normal ovary and in tumor epithelial and adjacent stromal cells of advanced ovarian cancer. Expression analysis was performed using non-radioactive in-situ hybridization, quantitative real-time reverse transcription-polymerase chain reaction (RT-PCR) after laser microdissection and immunohistochemistry with monoclonal antibodies. The expression data were interpreted descriptive on the mRNA and protein level and correlated to established prognostic factors. TOP2A mRNA was detected by RNA in situ hybridization and TaqMan RT-PCR in all ovarian cancer samples, with stronger hybridization signals in tumor epithelial cells compared to adjacent stromal cells. The same expression pattern was found by immunohistochemistry. Our results described for the first time precise qualitative and quantitative validation of the TOP2A-geneamplification and protein expression on the cellular level. The strongest TOP2A expression was evaluated in the tumor cells of patients with primary ovarian cancer (platinum-naïve). Interestingly, specific change was found in recurrent ovarian cancer after platinum-based chemotherapy: TOP2A expression decreased in tumor epithelial cells of recurrent cancers compared to primary ovarian cancer, whereas it increased in tumor-adjacent stromal cells in Carboplatin pre-treated recurrent tumors compared to primary ovarian cancer. These findings were validated on both the mRNA and protein level and suggest that modified enhancement of the TOP2A-gene regulation correlates with disease status and response to standard chemotherapy. The expression of TOP2A suggests much closely relationship with development of chemotherapy resistance possibly resulting of increased cytokine mediated activation of parts of the stromal compartment. Nevertheless the increased TOP2A-geneexpression was disseminated in relevant parts of the tumor epithelial but also in the stroma of heterogeneous ovarian cancer tissues. Although the enhancement of specific stromal expression of TOP2A was detected only partially, but not ubiquitous in all cancer samples. Thus differential expression of TOP2A supposed to be a characteristic feature of subgroup of ovarian cancer patients. Furthermore the cellular TOP2A- geneexpression patterns were associated neither with important clinical and pathological factors nor with patient survival. Only tumor residual and intraoperatively finding of ascites (< 500 ml) presented independent factors for survival and were associated with poor clinical outcome. Summarising TOP2A mRNA and protein expression in ovarian cancer exhibits specific patterns in tumor epithelial and adjacent stromal cells, which are differentially modulated after platinum-based chemotherapy. These data support the recently discovered importance of the stromal compartment in tumor progression and suggest that tumor stromal cells might be relevant to the development of chemotherapy resistance in ovarian cancer.