Molekulare Biomarker des primären Osteosarkoms von Hund und Katze

Mehr als 85% der Skeletttumoren bei Hunden sind Osteosarkome. Immer noch ist die Amputation das Mittel der Wahl bei Behandlung primärer appendikulärer Knochentumore, obwohl sich die Langzeit-Überlebensrate bei Hunden dadurch nicht signifikant verändert. Die Osteosarkome der Katze stellen hier eine Ausnahme dar. Obwohl diese Spezies durchaus von Osteosarkomen betroffen ist, entwickeln sich, ganz im Gegensatz zum Hund, in seltenen Fällen Metastasen. Aufgrund dieser auffälligen biologischen Differenz bei zwei verwandten Spezies, erwarten wir einen Unterschied in den Biomarker-Profilen von Knochentumoren bei Hund und Katze. In der geplanten Studie werden die Tumorproben auf das Vorhandensein von Matrixmetalloproteinasen (MMPs), Ezrin, Wachstumshormon (GR) and Wachstumshormonrezeptor (GRR), Insulin-like Growth Factor (IGF), Insulin-like Growth Factor Binding Protein (IGFBP), Vascular Endothelial Growth Factors (VEGF), Platelet-derived Growth Factor (PDGF) sowohl auf Proteinebene mittels Immunhistochemie, Western Blotting und Zymographie und auf mRNA-Ebene untersucht. MicroRNAs, die in der post-transkriptionalen Genexpression eine bedeutenden Rolle spielen, stehen im Verdacht bei iher Deregulierung auch in die Krebsentstehung involviert zu sein. Um ihre mögliche Rolle in der Entstehung des Osteosarkoms zu erforschen, haben wir geplant die mRNA und microRNA Profile von gesundem Knochengewebe und Tumorgewebe mittels "next generation sequencing" zu vergleichen. Darüberhinaus wird in dieser Studie das Proteinmuster der verschiedenen Tumoren, des gesunden Knochengewebes und der Osteosarkomzelllinien analysiert (MALDI-TOF). Wir hoffen durch Anwendung dieser Methoden Kandidatengene/Proteine die im Metastasierungsprozess eine Rolle spielen, zu identifizieren. Die Ergebnisse dieser Studie sollen dazu beitragen in der Zukunft den Patienten eine individuellere ("personalized medicine"), gezieltere Therapie anbieten zu können. Die VetBioBank, welche als "Core Facility" Einrichtung der Veterinärmedizinischen Universität dieser Studie zur Verfügung steht, ist mit der standardisierten Probensammlung und -archivierung befaßt. Durch die Lagerung von Formalin-fixierten Gewebeproben in Paraffinblöcken und Gewebeproben in flüssigem Stickstoff sind alle histologischen und molekularbiologischen Methoden anwendbar. Neben den Untersuchungen an Tumorproben von Patienten werden gleichzeitig dieselben Biomarker auch an gängigen Osteosarkom-Zelllinien untersucht. Diese Zelllinien werden häufig für experimentelle Anwendungen herangezogen, ein Vergleich iher Biomarker mit in vivo Osteosarkomzellen ist daher für deren Aussagekraft von großer Bedeutung. Das Osteosarkom des Hundes ist auch ein anerkanntes Modell für diese Erkrankung beim Menschen, die Ergebnisse dieser Studie sind also auch für die Humanmedizin interessant und können wichtige Informationen für diagnostische, prognostische und therapeutische Anwendungen in der klinischen Onkologie bringen.

Primäre Knochentumore (Osteosarkome) sind die häufigsten malignen Knochentumoren beim Menschen, beim Hund und bei der Katze. Da der Knochentumor des Hundes dem des Menschen sehr ähnlich ist, gilt der Hund als wichtiges komparatives Modell für die Humanmedizin. Wie beim Hund ist das Osteosarkom bei Kindern bzw. bei jungen Erwachsenen äußerst aggressiv und die Prognose in metastasierten Fällen noch immer schlecht. Die Ausbreitung der Tumorzellen erfolgt vorwiegend auf dem Blutweg hauptsächlich in die Lunge, aber auch in andere Knochen Der Großteil der Hunde stirbt an den sich rasch entwickelnden Fernmetastasen. Dieser Verlauf beim Hund steht in starkem Kontrast zu der felinen Spezies. Bei der Katze kommt es erstaunlicherweise nur selten zur Bildung von Metastasen. Der Grund für diesen bedeutenden Unterschied ist unbekannt und wurde bisher nicht untersucht. Ziel dieses Projektes war es, eine Reihe von Biomarkern an Osteosarkomen von Hund und Katze zu testen und herauszufinden, ob sich einer dieser Biomarker bei den beiden Tierarten signifikant unterscheidet. Solche Biomarker könnten für die unterschiedliche Aggressivität der Osteosarkome verantwortlich sein und einen Ansatz für neue Therapiemöglichkeiten ergeben. Wir haben die Biomarker auf Protein- und RNA Ebene untersucht und bei folgenden Faktoren haben sich Unterschiede ergeben: Matrixmetalloproteinase-2 (MMP-2), ERM Proteinfamilie (Ezrin/Radixin/Moesin), Erythropoetin (EPO)-Rezeptor und KIT (stem cell factor receptor). Die Matrixmetalloproteinasen sind für die Migration von Tumorzellen notwendig, da sie zum Beispiel die Basalmembran abbauen können um in den Blutweg zu gelangen und sich so ausbreiten können. Wir haben mittels Zymographie herausgefunden, dass beim Hund im Vergleich zur Katze signifikant mehr aktives MMP-2 vorhanden ist. Weiters hat sich gezeigt, die Osteosarkome des Hundes durch einen höheren Anteil an phosphorylierten Proteinen der ERM-Proteinfamilie gekennzeichnet sind. ERM Proteine verbinden bei Aktivierung das Aktin-Zytoskelett mit der Zellmembran und begünstigen so die Migration und das Überleben von metastasierenden Zellen. Die Rolle dieser aktivierten ERM Proteine in der Metastasierung des Osteosarkoms wurde bei Mensch und Hund bereits nachgewiesen, für die Katze gab es bisher keine Daten. KIT mRNA konnten wir in höherer Menge im Osteosarkom des Hundes im Vergleich zur Katze nachweisen, mittels Immunhistochemie war KIT in felinen Tumorzellen nicht nachweisbar. Der EPO-Rezeptor war in Osteosarkomen der Katze höher exprimiert als in Hunden, interessanterweise war das auch in allen felinen Kontrollorganen (Niere, Knochenmark) der Fall. Die Bedeutung dieses Befundes muss noch näher analysiert werden. Die in dieser Studie identifizierten Biomarker könnten eine signifikante Rolle für das unterschiedliche Metastasierungsverhalten der Osteosarkome von Hund und Katze haben und einen therapeutischen Ansatz eröffnen der auch humanmedizinisch interessant sein könnte, da das Hundeosteosarkom als Modell für diese Krankheit beim Menschen anerkannt ist.