Ausgewählte MMPs und TIMPs

Im Folgenden soll ein Überblick über die Publikationen über 7, 11, MMP-12 und TIMP-3 im Allgemeinen, bei Brusttumoren des Menschen und bei Untersuchungen zu Hunden gegeben werden.

2.3.5.1 MMP-7-Allgemeines

MMP-7, auch Matrilysin genannt, ist das kleinste MMP und besitzt nur eine Propeptid- und eine katalytische Domäne. Es wurde erstmalig von SELLERS und WOESSNER (1980) im Uterus der Ratte während der Involution post partum identifiziert. Sequenziert und charakterisiert wurde es 1988 (MULLER et al., 1988;

WOESSNER, Jr. und TAPLIN, 1988). Weitere Bezeichnungen des humanen Enzyms sind „putatives MMP“ oder „Pump-1“ und es erwies sich, dass die Eigenschaften dieser Protease sehr ähnlich zum Rattenenzym sind (QUANTIN et al., 1989).

Die Aufgaben von MMP-7 sind vielfältig. So spaltet es beispielsweise Vorstufen von an der Zelloberfläche gelegenen Wachstumsfaktoren der EGF-Familie, vor allem HB-EGF. Dies führt zu Zellproliferationen (YU et al., 2002). E-Cadherin, ein Proteoglykan, wird ebenfalls durch MMP-7 gespalten (NOE et al., 2001). Das nun lösliche Molekül begünstigt die Invasion von Tumorzellen in umliegendes Gewebe.

Auch Integrine, wie z.B. β4-Integrin gehören zu den Substraten von MMP-7 (VON

Literaturübersicht 25

BREDOW et al., 1997). Matrilysin spaltet weiterhin das Proteoglykan Syndecan-1 (LI et al., 2002). Die Spaltung von FasL an der membrangebundenen Ektodomäne von Nicht-Tumor- und Tumorzellen führt zur Bildung von sFasL (lösliches Fas) und dessen Aktivierung (POWELL et al., 1999; VARGO-GOGOLA et al., 2002). Der nun löslich vorliegende Faktor scheint für die Apoptose der umliegenden Zellen, zum Beispiel während der Involution der Prostata wichtig zu sein (MITSIADES et al., 2001; POWELL et al., 1999). Auch die Apoptose von zytotoxischen T-Zellen ist Fas-induziert und wird durch Tumorzellen durch die Freisetzung von MMP-7 und damit verbundene Spaltung von Fas vermittelt (MASANORI et al., 2005).

Die Produktion von MMP-7 durch Makrophagen führt zur Freisetzung von TNF-α durch Unterbrechen der Adhäsion an der Zelloberfläche (MCCAWLEY und MATRISIAN, 2001). Dies stimuliert die MMP-3 –Produktion, z. B. bei entzündlichen Prozessen der Bandscheibe (HARO et al., 2000). Die Spaltung von TNF-α-Vorstufen führt zur Freisetzung von löslichem TNF-α; dies erhöht die Apoptose-Rate (GEARING et al., 1994; MOHAN et al., 2002).

MMP-7 ist ebenfalls in der Lage, das „C-type lectin domain family member A“

(CLEC3A), ein Protein, das im Knorpel, in der Zellmembran, in der EZM, im Kulturmedium von CLEC 3A-exprimierenden Zellen, aber auch im normalen Brustgewebe und bei Brusttumoren aufgefunden wurde, zu spalten und dadurch vermutlich die Adhäsion von (Tumor-) Zellen abzuschwächen und die Migration in umliegendes Gewebe zu erleichtern (TSUNEZUMI et al., 2009).

In einem in vitro-Modell untersuchten HARREL et al. (2005) die Matrilysin-Expression am polarisierten Epithel von „Madin-Darby-canine-kidney“ (MDCK)- Zellkulturen, die mit humanem MMP-7 transfiziert wurden. Latentes MMP-7 wurde im basolateralen Kompartiment sezerniert, jedoch war im apikalen Bereich der Zelle eine wesentlich höhere Matrilysin-Aktivität zu beobachten, was vermutlich auf die apikale Co-Freisetzung von Matrilysin-Aktivatoren zurückzuführen ist. Apikale MMP-7-Aktivität führte zu erhöhter Proliferation. MMP-7 seinerseits fungiert ebenfalls als Aktivator anderer MMPs. So zeigte eine in vitro-Studie, dass MMP-8 ein Substrat von MMP-7 darstellt und die Bioverfügbarkeit von MMP-13 verringert. MMP-8-Vorstufen scheinen auch in vivo durch Matrilysin in die aktive Form überführt zu werden (DOZIER et al., 2006).

Obwohl MMP-7 an einer Vielzahl von physiologischen Prozessen beteiligt ist, ist der Körper in der Lage, es bei Überexpression als Antigen zu erkennen. Eine Unterart zytotoxischer T-Zellen lysiert in diesem Fall die entsprechenden Zellen (YOKOYAMA et al., 2008). Neben den TIMPs fungiert auch die „human leucozyte elastase“ aus polynukleären Leukozyten als natürlicher Inaktivator (ALLA et al., 2008).

2.3.5.2 MMP-7 in physiologischem und tumorösem Mammagewebe des Menschen

MMP-7 spielt bei der Regulation des physiologischen Gewebs- „Remodellings“ eine wichtige Rolle. Durch Komplexbildung mit der Vorstufe des „heparin-binding epidermal growth factor“ (pro-HB-EGF) unter Einfluss von CD44 sorgt Matrilysin für höhere Überlebenszeit der Epithelzellen der Mamma (YU et al., 2002). MMP-7 und CD44 wurden im luminalen Kompartiment des lobuloalveolären Epithels und in den myoepithelialen Zellen aufgefunden. Dies könnte bei der Kontrolle des physiologischen „Remodellings“ der reproduktiven Organe helfen und vor ungerichteter EZM-Degradierung schützen (YU et al., 2002).

Während des Alterungsprozesses durchlaufen „human mammary epithelial cells“

(HMEC)-Zellkulturen sowohl morphologische, als auch funktionelle Veränderungen.

Dabei sinken die MMP-7-Expressionslevel mit steigendem Zellalter, wohingegen die MMP-1-, MMP-2- und MMP-9-Expression unverändert bleibt. Dies weist auf eine mögliche Rolle von MMP-7 beim Zellalterungsprozess hin (BERTRAM und HASS, 2008).

Grundsätzlich sind 4 Klassen von Proteinasen bekannt, die durch Degradierung der extrazellulären Matrix ein Tumorfortschreiten ermöglichen, nämlich die Serinproteinasen, die Aspartatproteinasen, die Zysteinproteinasen und die Matrixmetalloproteinasen (NAGASE et al., 2006; PAGE-MCCAW et al., 2007).

Matrilysin-mRNA ist jedoch, im Gegensatz zu einer Vielzahl anderer MMPs bei Brusttumoren schwächer exprimiert als in gesundem Mammagewebe. Die Proteinlevels von MMP-7 sind allerdings erhöht. Dies kann mit einer Regulierung der Translation zusammenhängen, welche den mRNA-Level von Matrilysin in den Tumorzellen senkt und aufgrund höherer Translationsraten eine verstärkte Proteinexpression im Tumorgewebe zur Folge hat (KOHRMANN et al., 2009).

Allerdings bleibt die Rolle von MMP-7 weitgehend undurchsichtig. Einige Untersuchungen befassten sich bis jetzt ausgiebig mit Matrilysin im Zusammenhang

Literaturübersicht 27

mit Mammatumoren. Das Enzym war bei Androgenrezeptor-positiven humanen Brusttumoren erhöht. Diese Rezeptoren scheinen in der Lage zu sein, MMP-7 aufzuregulieren. Dies führte zu gesteigertem Invasionspotential der Tumorzellen (GONZALEZ et al., 2008). Erhöhte Expression korrelierte mit verringerter rückfallfreier Zeitspanne bei Brusttumorpatienten. Ebenso konnte eine Assoziation der Expression von MMP-7 in Fibroblasten und in mononukleären Entzündungszellen mit einer höheren Metastasierungsrate nachgewiesen werden (VIZOSO et al., 2007).

Einer neuen Studie zufolge wiesen intratumorale Fibroblasten unter anderem eine höhere Expression von MMP-7 auf als die invasive Front des Tumors (DEL CASAR et al., 2009). Eine stark vermehrte MMP-7-Produktion durch Fibroblasten korrelierte mit dem Auftreten von entfernten Metastasen, geringe Fibroblastenexpression dagegen war mit geringem Risiko für Metastasen korreliert (DEL CASAR et al., 2009). Eine andere Untersuchung von GONZALEZ et al (2010a) zeigte eine höhere MMP-7-Expression (neben anderen MMPs) in stromalen Fibroblasten der invasiven Front im Vergleich zu den neoplastisch veränderten Dukti von gemischt invasiven Karzinomen und dem Carcinoma in situ. MYLONA et al. wiesen 2005 einen Anteil von 54,2% der MMP-7 exprimierenden Zellen im Zytoplasma von Brusttumorzellen und 47,5% in tumoralen Stromazellen nach. Matrilysin schien mit gesteigerter Invasivität der neoplastischen Zellen assoziiert zu sein. Es scheint möglich, dass ein Proto-Onkogen, das ACTR/AIB1, MMP-7 aufreguliert und über Reduzierung der Zelladhäsion von Tumorzellen an spezifischen extrazellulären Matrixproteinen die Invasivität dieser Zellen begünstigt (LI et al., 2008). Demgegenüber wirkt ein Rezeptor, EphB6, der bei invasiven humanen Brusttumoren nicht mehr nachweisbar ist, reduzierend auf die Transkriptionslevel von MMP-7 und verringert so die Invasivität der Neoplasie (FOX und KANDPAL, 2009).

Eine Elimination von MMP-7 in humanen Brusttumorzelllinien (MDA-MB-231) war mit geringerer Invasivität und langsamerem Tumorwachstum assoziiert (JIANG et al., 2005). Die Überexpression von Matrilysin in “Michigan-Cancer-Foundation-7“ (MCF-7)-Zelllinien, einer Brusttumorzellkultur des Menschen, erhöhte die zelluläre Invasivität und aktivierte proMMP-2 und MMP-9 (WANG et al., 2006). Chronische Expression von Matrilysin in Vorläuferzellen mammärer Neoplasien führt zur Selektion einer Zellpopulation mit reduzierter apoptotischer Sensitivität (FINGLETON et al., 2001). Diese Zellen sind in der Lage, die Lymphozyten-vermittelte Immunabwehr zu unterlaufen. Genetische Polymorphismen, sogenannte „single

nucleotid polymorphisms“ (SNPs) von MMP-7 sind signifikant für die Überlebensrate und somit für die Prognose (BEEGHLY-FADIEL et al., 2009). Frauen mit dem homozygoten G-Allel hatten eine signifikant schlechtere Prognose, als Frauen mit dem homozygoten A-Allel. Eine längere Überlebenszeit zeigten Patientinnen mit dem AA-SNP.

2.3.5.3 MMP-7-Untersuchungen bei Hunden

Eine Untersuchung bei Hunden mit dem renalen Alport-Syndrom (AS), einer genetisch bedingten Erkrankung, bei der das Typ IV Kollagen mutiert ist und keine ursächlichen Behandlungsmethoden möglich sind, zeigt sowohl eine Erhöhung der m-RNA, als auch der Aktivität des vorhandenen MMP-7, was eine Beteiligung von Matrilysin bei der Pathogenese dieser renalen Erkrankung nahelegt (RAO et al., 2005). Die Behandlung von vorgefallenem Bandscheibengewebe mit rekombinanten humanen MMP-7 (rhMMP-7) führte zu signifikant geringerem Gewicht und einem Proteoglykanabbau im behandelten Gewebe bei Hunden. Die Behandlung mit rhMMP-7 könnte die Abbauvorgänge bei Bandscheibenvorfällen beschleunigen (HARO et al., 2005). Matrilysin ist eines der wenigen MMPs, das in polarisiertem Epithel von MDCK-Zellen exprimiert wird (HARRELL et al., 2005). Latentes MMP-7 wurde sowohl im apikalen, als auch im basolateralen Kompartiment der MDCK-Zellen sezerniert, jedoch in viel größerem Ausmaß im basolateralen Bereich. Die Aktivität von Matrilysin jedoch war im apikalen Bereich zweifach höher, als im Basolateralen, was zu einer erhöhten Zellproliferation führte. Dies könnte durch die apikale Freisetzung eines MMP-7-Aktivators erklärt werden. Die gesteigerte Proliferation ist auf die Spaltung eines apikal vorhandenen Substrats und auf die Bindung an Heparansulfat-Proteoglykan zurückzuführen, nicht auf die Entstehung eines löslichen Faktors, der die Zellvermehrung auslösen würde. Bislang wurden keine Untersuchungen zur Matrilysin-Expression bei Mammatumoren der Hündin durchgeführt.

2.3.5.4 MMP-11-Allgemeines

MMP-11, auch Stromelysin-3 (ST3) genannt, besitzt, ähnlich den MT-MMPs, einen Spaltungsbereich für intrazelluläre furinähnliche Konvertasen. Dieser Bereich ist zwischen der Pro-Domäne und der katalytischen Domäne lokalisiert (MOTRESCU und RIO, 2008). Stromelysin-3 wird im Gegensatz zu den meisten anderen Matrixmetalloproteinasen nicht extrazellulär, sondern intrazellulär umgebaut und in

Literaturübersicht 29

aktiver Form sezerniert (PEI und WEISS, 1995; SANTAVICCA et al., 1996). Neben Furin zählt auch das „furin/paired basic amino-acid-cleaving enzyme“ (PACE4), eine Proprotein-Konvertase, zu den Aktivatoren von MMP-11 (BASSI et al., 2000). ST3 ist transient in postlaktatischen Involutionsvorgängen, embryonaler Implantation, Organogenese und bei der amphibischen Metamorphose exprimiert (RIO et al., 1996). Bei Fröschen ist Stromelysin-3 für die intestinale Metamorphose notwendig (SHI et al., 2007). Diese Thyroid-abhängigen Umbauvorgänge schließen die Degenerierung des gesamten Schwanzes und die Apoptose des larvalen Epithels mit ein und führen zur Entstehung adulten Epithels. Die Untersuchung ist ein Modell für die Rolle von ST3 während der postembryonalen Entwicklung.

Doch obwohl die proteolytische Aktivität im Tiermodell mit Tumorgenese in Zusammenhang gebracht wurde (NOEL et al., 2000), ist MMP-11 nicht in der Lage, Hauptkomponenten der EZM zu spalten und die Substrate bleiben unbekannt (AMANO et al., 2004; RIO, 2005).

Das Enzym nimmt Einfluss auf die Fettgewebshomöostase, indem es die Differenzierung von Präadipozyten limitiert, oder reife Fettzellen verändert. MMP-11 wird von Adipozyten nahe der invasiven Front von Karzinomen, jedoch nicht in davon weiter entfernten Fettzellen exprimiert, was den Schluss zulässt, dass invasive Tumorzellen die Expression von MMP-11 in benachbarten Adipozyten induzieren (ANDARAWEWA et al., 2005). Das ST3-Gen wird ebenfalls von stromalen Zellen bei inflammatorischen Prozessen bei der Wundheilung produziert, vermutlich durch Faktorenfreisetzung von Entzündungszellen (BASSET et al., 1993).

Neben den TIMPS, die als Inhibitoren dienen, zählt auch die Proteinkinase D1 (PKD1) zu den Hemmern von Stromelysin-3. PKD1 ist bei invasiven Karzinomen stark vermindert und gilt als Marker für invasive Tumoren (EISELER et al., 2009).

2.3.5.5 MMP-11 in physiologischem und tumorösem Mammagewebe des Menschen

In adulten Organen unter normalen physiologischen Bedingungen ist MMP-11 nur in geringem Maße exprimiert (SHI et al., 2007). Während der Embryogenese ist es bei zahlreichen Prozessen aufzufinden, darunter Zellmigration, Gewebsdifferenzierung und apoptotischen Vorgängen (ALEXANDER et al., 1996; BASSET et al., 1990).

MMP-11 wurde erstmals in Mammatumoren, exprimiert von nicht-malignen fibroblastenähnlichen Zellen, entdeckt (BASSET et al., 1990). Tumorassoziierte oder

reaktive Stromazellen setzen sich aus endothelialen und inflammatorischen Zellen, sowie aus Spindelzellen wie Fibroblasten und Myofibroblasten zusammen. Sie tragen aktiv zu Tumorernährung und –progression mittels Neoangiogenese und der Produktion einer Vielzahl von Proteasen, darunter MMP-11, bei (TETU et al., 2006).

Das Enzym wird nicht von epithelialen Tumorzellen exprimiert (KOSSAKOWSKA et al., 1996; MOTRESCU und RIO, 2008), ist in umgebenden stromalen Zellen bei nahezu allen invasiven humanen Karzinomen und dem Hauptteil der zugehörigen Metastasen aufzufinden (BASSET et al., 1993; WOLF et al., 1993) und mit einem ungünstigen klinischen Verlauf und schlechter Prognose assoziiert (BASSET et al., 1997; RIO, 2005; TETU et al., 2006). Ein signifikanter Anstieg von MMP-11-mRNA, -Propeptiden und -Peptiden wurde mittels Western Blot in Brusttumorgewebe ermittelt (KOHRMANN et al., 2009). Brusttumorgewebe zeigte eine höhere Expression als umliegendes nichtkanzerogenes Gewebe. Diese erhöhte MMP-11-Expression korrelierte mit dem Auftreten von schlecht differenzierten Tumoren und Lymphknotenmetastasen. Zusätzlich verstärkte ein Mangel an Progesteronrezeptoren nochmals die MMP-11-Expression (CHENG et al., 2010).

Auch der „basic fibroblast growth factor“ (bFGF) scheint in die Induktion von Stromelysin-3-mRNA Expression in stromalen Zellen von Mammatumoren involviert zu sein (LINDER et al., 1998). In einer vergleichbaren Untersuchung konnte jedoch kein Einfluss des Wachstumsfaktors bFGF festgestellt werden (WANG und TETU, 2002). Diese Untersuchung mit Brusttumorzelllinien (MDA-MB-231, SK-BR-3, MCF-7) und Zellkulturen aus physiologischen epithelialen Zellen der humanen Brust (NME, 184A1) ergab einen höheren ST3-Anteil bei Induktion von MMP-11 durch direkten Zell-zu-Zell-Kontakt in den Tumorzellkulturen, verglichen mit indirekter Stimulation der Zellkulturen durch Zugabe von isolierten tumorassoziierten Fibroblasten. Die Stromelysin-3-Expression war schwach oder fehlte bei isolierten, unstimulierten tumorassoziierten Stromazellen, sowie bei den physiologischen Mammaepithelien (WANG und TETU, 2002). Nach der Behandlung von Mäusefibroblasten mit Zytokinen ( IL-1β, TGF-β) und Matrixbestandteilen (Kollagen IV, Fibronektin) konnte eine Stimulation von MMP-11 nachgewiesen werden (SELVEY et al., 2004).

Urokinase und ST3-Gene zeigten ein sehr ähnliches Expressionsmuster in Brusttumoren, so dass möglicherweise deren Produkte bei der Tumorprogression kooperieren (WOLF et al., 1993). Stromelysin-3 verringert die Apoptose- und Nekroserate von Tumorzellen (WU et al., 2001) und erhöht in Zellkultur die

Literaturübersicht 31

Überlebenszeit von MCF-7 Zellen durch die p42/p44 MAP-Kinase (FROMIGUE et al., 2003). Eine erhöhte Expression von MMP-11 korrelierte mit einer gesteigerten Metastasierungsrate (KOSSAKOWSKA et al., 1996; VIZOSO et al., 2007). Oxytozin induzierte die Proliferation und Migration von tumorassoziierten endothelialen Zellen in humanen Mammatumoren mittels Erhöhung der Genexpression von MMP-11 und Integrinβ6 (CASSONI et al., 2006).

Zusätzlich dient MMP-11 als Tumor-Promotor bei in vivo Maus-Tumormodellen, einschließlich chemisch induzierten (MASSON et al., 1998) und ras-oncogen-induzierten Tumoren (ANDARAWEWA et al., 2003), sowie bei subkutanen Tumorzellinjektionen (DENG et al., 2005; NOEL et al., 2000). Fibroblasten von Mäusen, die MMP-11 exprimierten, führten zu gesteigertem Tumorzellwachstum, wohingegen Stromelysin-defiziente Fibroblasten dies nicht vermögen (MASSON et al., 1998). In MDA-MB-231 Zellen, die von menschlichen Brusttumoren stammen, wirkte MMP-11 invasivitätsfördernd und der MMP-11-Level stieg nach Depletion von MMP-17 kontinuierlich an, was auf eine Herabregulierung von Stromelysin durch MMP-17 schließen lässt (HEGEDUS et al., 2008). Bei MMP-11-defizienten Mäusen wurde ein signifikanter Anstieg von infiltrierenden neutrophilen Granulozyten und Makrophagen festgestellt. Dies könnte auf die Fähigkeit von MMP-11, die Apoptose von Tumorzellen zu unterdrücken, zurückzuführen sein (BOULAY et al., 2001). Durch die erhöhte Anzahl sterbender epithelialer Zellen werden vermutlich Entzündungszellen angelockt, die in der Lage sind, Zellreste zu phagozytieren.

2.3.5.6 MMP-11-Untersuchungen bei Hunden

Wenige Untersuchungen beschäftigten sich bislang mit MMP-11 im kaninen Gewebe.

Bei einer Untersuchung von Hunden mit spontaner demyelinisierender Staupeenzephalitis auf die Expression verschiedener MMPs und TIMPs, darunter MMP-11, wurde eine Aufregulierung aller untersuchter MMPs und TIMPs bei akuten und subakuten nicht-entzündlichen Krankheitsverläufen beobachtet. Bei subakuten entzündlichen und chronischen Plaques konnte eine Verminderung der MMP-und TIMP-Level festgestellt werden, wobei MMP-11 noch in moderaten Mengen vorhanden war (MIAO et al., 2003). Es scheint eine phasenabhängige Expression von einer Vielzahl von MMPs, darunter MMP-11, und auch TIMPs bei der Ausprägung der demyelinisierenden kaninen Staupeenzephalitis zu bestehen, und eine Imbalance zwischen MMPs und TIMPs könnte für den Krankheitsverlauf

entscheidend sein (ALLDINGER et al., 2006; MIAO et al., 2003). Zu Mammatumoren der Hündin wurden bislang keine Untersuchungen durchgeführt.

2.3.5.7 MMP-12-Allgemeines

Einige der bisher bekannten MMPs, darunter auch MMP-12, werden von Makrophagen produziert. Die sogenannte Makrophagen-Elastase wurde erstmals von Werb und Gordon bei der Maus entdeckt (1975). Die humane Entsprechung der Makrophagen-Elastase wurde dann aus den alveolären Makrophagen eines Zigarettenrauchers geklont (SHAPIRO et al., 1993). MMP-12 ähnelt in Vielem anderen bekannten MMPs, einschließlich seiner Domänenstruktur, seiner Lokalisation auf dem humanen Chromosom 11q22, und seiner Kapazität, die extrazelluläre Matrix zu degradieren. Es unterscheidet sich durch seine vorherrschend Makrophagen-spezifische Expression und die Fähigkeit, die carboxylterminale Domäne während seines Umbaus abzuspalten (SHAPIRO, 1999).

Das Enzym ist in der Lage, ein breites Spektrum extrazellulärer Matrixkomponenten zu hydrolysieren, zum Beispiel lösliches und unlösliches Elastin. Zusätzlich spaltet es zahlreiche Nicht-Matrixbestandteile, wie zum Beispiel Plasminogen (CORNELIUS et al., 1998), sowie latenten „tumor necrosis factor α“ (TNF-α), wobei Angiostatin und aktiver TNF-α entstehen (CHANDLER et al., 1996). Von allen bekannten MMPs hat MMP-12 die größte katalytische Kapazität, Angiostatin aus Plasminogen zu generieren (SHAPIRO, 1999). Es ist in der Lage, den „ urokinase-type plasminogen activator receptor“ (u-PAR), der in die Angiogenese involviert ist, zu spalten (KOOLWIJK et al., 2001). Physiologisch ist MMP-12 bei Prozessen der embryonalen Entwicklung, der Reproduktion und dem Gewebs-„Remodelling“ beteiligt. Aber auch bei pathologischen Erscheinungen, wie Arthritis, Aneurysmenbildung, Emphysementstehung, Metastasierung und Angiogenese von Tumoren ist MMP-12 ein Einflussfaktor (NENAN et al., 2005). Die Makrophagen-Elastase gilt als pro-inflammatorischer Mediator bei Lungenfibrose und „chronic obstructive pulmonary disease“ (COPD) (NENAN et al., 2005). Eine deutliche Überexpression von MMP-12 wurde im Zusammenhang mit destruktiven, emphysematösen Lungenerkrankungen bei Mäusen und einem assoziierten EZM-Abbau beobachtet (WANG et al., 2005).

Literaturübersicht 33

2.3.5.8 MMP-12 in physiologischem und tumorösem Mammagewebe des Menschen

MMP-12 wird hauptsächlich von Makrophagen produziert. Diese sind Bestandteil von Entzündungsprozessen, die auch zur Bildung von Tumoren und deren Vaskularisierung führen können (ALLAVENA et al., 2008; ONO, 2008). Makrophagen infiltrieren nach Ausschüttung inflammatorischer Zytokine umgebendes Gewebe und produzieren Chemokine, Angiogenese-Faktoren wie VEGF A, Interleukin-8 (IL-8) und Matrixmetalloproteinasen. Diese sogenannten „tumor associated macrophages“

(TAMs) entstehen aus Monozyten und werden in Tumorunterdrückende (mikrobizid wirkend, immunstimulierend, tumorzellzytotoxisch) und Tumorunterstützende (immunsuppressiv, tumorwachstumsfördernd) unterteilt. Klinische Studien zeigten, dass ein Zusammenhang zwischen TAMs und einer schlechten Prognose bei Mammatumoren besteht (ONO, 2008). Die „Makrophagen-Balance-Hypothese“

beschreibt die Interaktion zwischen TAMs und neoplastischen Zellen. Häufig sind die durch Chemokine tumoröser Zellen angelockten Makrophagen an der Grenze zwischen Tumor und gesundem Gewebe aufzufinden. Dies korreliert mit geringem Sauerstoffgehalt im Gewebe und reguliert den funktionellen Phänotyp der TAMs (SICA et al., 2002). Die Kokultivierung von Tumorzellen, Makrophagen und inflammatorischen Stimuli beeinflusst die Entstehung und das klinische Auftreten von malignen Entartungen, die Angiogenese in vivo, die Migration von vaskulären endothelialen Zellen in vitro und die Expression von „monocyte chemotactic protein 1“ (MCP-1) , VEGF und IL-8. Blockiert werden die TAMs durch „NF-kappaB“ (NF-κB),

„APETALA1“ (AP-1) und „Cyclooxygenase-2“ (COX-2) -Inhibitoren (ONO, 2008). Es wurden SNPs in den Promotorgenen von MMP-12 untersucht. Obwohl bei Brusttumoren keine signifikante Beziehung zwischen auftretendem Genotyp von MMP-12 und Krankheitsverläufen mit Metastasierungsneigung festgestellt wurde (HUGHES et al., 2007), konnte ein Zusammenhang mit schlechterer Prognose jedoch für Blasentumoren (KADER et al., 2006), nicht-kleinzellige Lungentumoren (HEIST et al., 2006) und ovarielle maligne Entartungen (LI et al., 2009) nachgewiesen werden. Serotonin ist in der Lage, MMP-12 in tumorinfiltrierenden Makrophagen herabzuregulieren. Damit wird auch der Angiostatin-Level gesenkt, der als Inhibitor der Angiogenese fungiert. Serotonin-Mangel führt demnach zu geringerem Tumorwachstum, jedoch auch zu Hypoxie und spontaner Nekrose (NOCITO et al., 2008; O'REILLY et al., 1997; SANG, 1998). MMP-12 gilt, gemeinsam

mit weiteren MMPs, zudem als invasivitätsfördernd in Brusttumor-Zelllinien (HEGEDUS et al., 2008). Eine Inkubation von Brustkrebszellen mit Monozyten oder auch Makrophagen induziert eine höhere Expression von Faktoren, die auf die Invasivität der Tumorzellen Einfluss nehmen und die Monozyten-Funktion gegenüber entarteten Zellen modifizieren (BLOT et al., 2003; PUKROP et al., 2006). Eine Hypothese ist, dass tumorsezernierte Faktoren eine Wundheilungsreaktion durch tumorassoziierte und tumorinfiltrierende inflammatorische Zellen auslösen können, diese Antwort jedoch irrtümlicherweise die Tumorprogression stimuliert (QUEEN et al., 2005).

2.3.5.9 MMP-12-Untersuchungen bei Hunden

Es gibt wenige Untersuchungen zu MMP-12 bei Hunden. Ein Beispiel ist das renale Alport Syndrom (AS) bei Hunden. Hier war die MMP-12-Expression in den Glomeruli deutlich heraufreguliert (RAO et al., 2006). Die Dicke der glomerulären Basalmembran nahm unter Einfluss von der Makrophagen-Elastase kontinuierlich ab.

Bei Behandlung mit einem Breitspektrum-MMP-Inhibitor waren die Effekte auf die Basalmembran nahezu reversibel, bei einem weiteren Breitspektrum-Inhibitor, der MMP-12 jedoch nicht hemmt, konnte keine Verbesserung festgestellt werden, so dass die Vermutung naheliegt, MMP-12 spiele bei der glomerulären Dysregulation eine entscheidende Rolle. Bei der Monopolysaccharidose I und VII, die unter Anderem die Akkumulation von Glykosaminoglykanen und die Dilatation der Aorta hervorruft, wurde ein erhöhter Level der MMP-12-mRNA festgestellt. MMP-12 könnte ein Mitverursacher der Elastindegradation sein und so zur Pathogenese der Aortendilatation beitragen (METCALF et al., 2010). Bei der demyelinisierenden Staupeenzephalitis wurden für MMP-12 ähnliche Expressionsmuster festgestellt, wie für das bereits beschriebene MMP-11. Im akuten Krankheitsgeschehen war MMP-12 heraufreguliert, während in subakuten entzündlichen und chronischen Plaques die Makrophagen-Elastase moderat exprimiert war (ALLDINGER et al., 2006; MIAO et al., 2003). Bislang sind keine Untersuchungen zur MMP-12-Expression bei verschiedenen kaninen Mammatumoren bekannt.

2.3.5.10 TIMP-3-Allgemeines

2.3.5.10 TIMP-3-Allgemeines