Adenovirusvermittelte Überexpression von tissue inhibitor of metalloproteinases-1 (TIMP-1) in der Leber: Wirksamer Schutz vor hepatischen Manifestationen eines T-Zell Lymphoms und eines Kolonkarzinoms

Abstract

Matrixmetalloproteinasen (MMPs) sind für die Metastasierung von Tumorzellen unerlässlich. Tissue inhibitor of metalloproteinases-1 (TIMP-1), ein natürlicher MMPinhibitor besitzt antimetastatische Wirkung in unterschiedlichen Modellsystemen,proproliferatorische Eigenschaften sind jedoch unentwirrbar damit verknüpft. Wir untersuchten, ob adenoviraler Gentransfer Lebermetastasen in zwei unabhängigen Tiermodellen zu inhibieren vermag. TIMP-1 wurde hierzu mit Erstgenerationsadenoviren in die Leber von Balb/c und DBA/2-Mäusen transferiert. Anschließend wurden die Tiere mit experimentellen Metastasen der kolorektalen Karzinomzelllinie CT-26 oder der T -Zell-Lymphom Zellinie LCI.5s konfrontiert. Eine erhöhte MMP-9-Expression in der Leber wurde durch Metastasen beider Zelllinien induziert. Durch Expression des Reportergens lacZ in etwa 60% der Hepatozyten wurde eine hohe Effizienz des Gentransfers gezeigt. TIMP-1 ein wichtiger Inhibitor von MMP-9 wurde im Vergleich mit der Überexpression durch transgene Tiere in bis zu 10^5-facher Konzentration nachgewiesen. Kolorektale Metastasen wurden um 73% reduziert, Lymphommanifestationen wurden um 94% reduziert. Aufgrund des Unvermögens transgener Tiere, experimentellen Metastasen von L-CI.5s zu begegnen haben wir auf eine Konzentrationsabhängigkeit der TIMP-1- Effekte geschlossen. Wir denken, dass TIMP-1 einen adäquaten Schutzmechanismus vor Lebermetastasen ausbilden kann.

Matrix metalloproteinases (MMPs) are critical for metastasis of tumor cells. Tissue inhibitor of metalloproteinases-1 (TIMP-1), a natural MMP inhibitor, was shown to reduce metastasis in different models. However increasing evidence speaks of its growth promoting effects. Here, we investigated whether increased TIMP-1 levels in the liver achieved by adenoviral gene transfer will effectively inhibit liver metastasis in two independent animal models TIMP-1 was transferred with adenoviral vectors into the livers of DBA/2 and Balb/c mice, which were subsequently challenged by hematogenous experimental metastases of the T-cell lymphoma cell line L-CI.5s or the colorectal carcinoma cell line CT-26, respectively. MMP-9 expression in the liver was induced upon metastasis in both tumor types. Adenoviral gene transfer led to high transduction efficacy as indicated by lacZ expression in 60% of hepatocytes. TIMP-1, a key inhibitor of MMP-9, was expressed at 10^5-fold higher levels by adenoviral gene transfer as compared with levels achieved in TIMP-1 transgenic mice, previously shown to be inefficient to reduce T-cell lymphoma metastasis. High local and systemic (serum) levels of TIMP-1 led to substantial (94%) reduction of T-cell lymphoma and colorectal carcinoma (73%) experimental liver metastasis. Adenoviral gene transfer led to systemic and local TIMP-1 levels sufficient to inhibit metastasis of a highly aggressive T-cell lymphoma, pointing at the requirement of threshold levels for effective anti-metastatic efficacy. This approach was also efficient in a colon carcinoma solid tumor model. We propose that viral gene transfer of TIMP-1 can provide a suitable defense strategy to prevent metastatic spread to the liver.