Wenn die Tumordicke des Melanoms eine Tiefe von 0,75mm übersteigt, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass Melanomzellen metastasieren, da sie beginnen den abgrenzenden Bereich der Basalmembran zu überschreiten. Für die Metastasierung des Melanoms, d.h. die Ablösung einzelner Melanomzellen vom Primärtumor, Migration dieser Zellen durch die Basalmembran, Blut- und Lymphgefäße bis hin zur Bildung von Fernmetastasen in Lunge, Leber und Gehirn, ist ein komplexes Zusammenspiel von Melanomzellen, extrazellulärer Matrix (ECM) und den tumorumgebenden Bindegewebszellen notwendig. Eine wichtige Rolle für den Tumor übernehmen proteolytische Enzyme, wie Aspartyl-, Cystein-, Serin- und Matrixmetalloproteinasen. Weitere Gruppen von Matrix degradierenden Proteinen sind BMP (bone morphogenetic proteins)-Typ-1 Metalloproteinasen und Heparanasen.
Diese werden von Melanomzellen selbst oder durch ortsständige Fibroblasten des peritumoralen Bindegewebes gebildet und verbleiben membranständig oder werden sezerniert. Matrix-degradierende Enzyme sind an zahlreichen physiologischen Prozessen wie Embryogenese und Wundheilung sowie pathologischen Prozessen, u.a.
Tumorzellinvasion und Angiogenese beteiligt (Hofmann et al., 2000b).
Von den Cysteinproteinasen sind insbesondere Cathepsin B und L beim Abbau von ECM beteiligt. Sie werden als Proenzyme synthetisiert und nachfolgend zu ihrer aktiven Form prozessiert. In der aktiven Form bauen sie fibrilläres Kollagen TypI und II, Aggrekane sowie Kollagen IX und XI ab. Cathepsin L ermöglicht zusätzlich den Abbau intakter Basalmembranstrukturen, wodurch diese als physiologische Barriere von Tumorzellen durchbrochen werden. Es konnte gezeigt werden, dass die Expression und Aktivität von Cathepsin D, einer Aspartylproteinase, und Cathepsin B, H sowie L, dabei handelt es sich um Cysteinproteinasen, mit dem fortschreitenden Krankheisverlauf des Melanoms kontinuierlich ansteigt (Frohlich et al., 1995).
Zu den Serinproteinasen gehören neben Plasmin und Thrombin das Plasminogenaktivierungssystem mit dem Urokinasetyp (uPA) und dem Gewebetyp (tissuetyp=tPA) Plasminogenaktivatoren. tPA wird von Endothelzellen, Fibroblasten und Tumorzellen sezerniert (Andreasen et al., 1997). Es bindet sowohl an Laminin, Fibronektin, Thrombospondin als auch an der Zelloberfläche von Endothelzellen. uPA wird auf der Zelloberfläche von Fibroblasten, Makrophagen und Tumorzellen präsentiert. Über die Bindung von uPA an den uPA-Rezeptor, der in der Zellmembran
welches eine breite Substratspezifität aufweist. Es spaltet eine Vielzahl von Matrix-assoziierten Glykoproteinen wie Aggrekan, Fibronektin, Typ-IV-Kollagen, Laminin, Fibrin und aktiviert einige Pro-Metalloproteinasen. Untersuchungen an humanen Melanomzelllinien zeigten, dass der Abbau der ECM in aggressiv wachsenden Zelllinien durch uPA vermittelt wird, wohingegen dieser in weniger aggressiven Zelllinien tPA kontrolliert ist. Auch das Metastasierungsverhalten in vivo stimmt mit diesen in vitro Daten überein (Quax et al., 1991). Neben den Plasminogenaktivatoren uPA und tPA waren in fortgeschrittenen Melanomen und Metastasen zusätzlich spezifische Inhibitoren PAI-1 und PAI-2 sowie der uPA-Rezeptor (uPAR) nachweisbar.
Ein Ungleichgewicht in der Expression der Proteinasen und ihrer spezifischen Inhibitoren ist für die Aggressivität der Tumorzellen entscheidend (de Vries et al., 1994). Die Bindung von Plasmin(ogen) und uPA an der Zelloberfläche reguliert auch die Aktivität der Metalloproteinasen MMP-2 und MMP-9. Außerdem stimulieren uPA und Plasmin das Tumorwachstum, weil sie die Wachstumsfaktoren SF/HGF, bFGF und TGF-beta proteolytisch aktivieren.
Die Familie der Matrixmetalloproteinasen umfasst derzeit ca. 20 Mitglieder, die in fünf Untergruppen unterteilt werden können. Die 1. Gruppe besteht aus 3 interstitiellen Kollagenasen (MMP-1, MMP-8 und MMP-13), die überwiegend fibrilläres Kollagen abbauen. Der 2. Gruppe gehören die Gelatinasen MMP-2 (GelatinaseA) und MMP-9 (GelatinaseB), die besonders Kollagen, Gelatin und Elastin der Basalmembran abbauen, an. Von allen bisher bekannten MMP besitzen die zur 3. Gruppe zählenden Stromelysine (MMP-3, MMP-10, MMP-11) das vielfältigste Substratspektrum. Die 4.
Gruppe beinhaltet die membranständigen Proteinasen (MT1-MMP/MMP-14, MT2-MMP/MMP-15, MT3-MMP/MMP-16, MT4-MMP/MMP-17, MT5-MMP/MMP-24, MT6-MMP/MMP-25), die aufgrund ihrer transmembranen Domäne auf der Zelloberfläche lokalisiert sind und ebenfalls eine Reihe von Proteinen der ECM abbauen können (d'Ortho et al., 1997). Die 5. Gruppe umfasst weitere MMP, die sich keiner der oben genannten Gruppen zuordnen lassen. Zu diesen gehören u.a. MMP-19, MMP-23 und MMP-20. Die Matrixmetalloproteinasen und ihre spezifischen Inhibitoren (TIMP) haben eine wichtige Rolle bei der Progression von Tumorzellen. MMP-1, MMP-2, MMP-9, MMP-13 und MT1-MMP werden von Melanomzellen hauptsächlich exprimiert (Hofmann et al., 2000b). MMP-2 und MT1-MMP positive Tumorzellen fanden sich überwiegend im Bereich der Tumorinvasionsfront, was auf eine zellvermittelte, direkte Proteolyse schließen lässt. Auch die Induktion von MMP-1 korreliert mit der Progression von Melanomen (Wandel et al., 2000). Zu bemerken ist, dass UV-B-Strahlen eine erhöhte Expression von MMP-1, MMP-3 und MMP-9 in humanen Fibroblasten zur Folge hat (Fisher et al., 1999).
Heparansulfat-Proteoglykane sind Makromoleküle, die Barrierefunktion besitzen. So ist dieses Proteoglykan auch am Aufbau der Basalmembran, den Blutgefäßen und der Befestigung von vielen Molekülen an der Zelloberfläche beteiligt. Heparanase baut diese Makromoleküle vor allem aus metastasierenden Zellen proteolytisch ab, was zur Zerstörung der Gewebeintegrität führt und den Zellen die Metastasierung erleichtert.
Neben Prostatakarzinomen, Pankreaskarzinom, Kolon- und Mammakarzinom exprimiert auch das maligne Melanom Heparanasen (Hulett et al., 1999).
Die wichtigsten proteolytischen Enzyme des Melanoms und ihre Inhibitoren sind in der Tabelle 2 aufgeführt.
Enzyme kDa Ursprung Inhibitoren
Aspartylproteinasen
CathepsinD 52/34a Melanomzellen, Makrophagen Pepstatin Fibroblasten
Cysteinproteinasen
CathepsinB 25 Melanomzellen, Endothelzellen, Cystatin Fibroblasten
CathepsinL 24 Cystatin CathepsinH 24 Cystatin Serinproteinasen
Plasmin 94 Fibroblasten, Endothelzellen Aprotinin tPA 70 Chondrozyten, Endothel- PAI-1, PAI-2 Melanomzellen
uPA 55 Chondrozyten, Fibroblasten PAI-1; PAI-2 Melanomzellen PN-1
Metalloproteinasen
MMP-1 52/43a Fibroblasten, Melanomzellen TIMPs Chondrozyten
GelatinaseA 72/62a Fibroblasten, Melanomzellen TIMPs (MMP-2) Chondrozyten, Leukozyten,
Makrophagen
GelatinaseB 92/86a Fibroblasten, Melanomzellen TIMPs (MMP-9) Chondrozyten, Makrophagen
Kollagenase3 52/42a Fibroblasten, Melanomzellen TIMPs (MMP-13) Chondrozyten
MT1-MMP 66/54a Fibroblasten, Leukozyten Melanomzellen
Tabelle 2: Darstellung der wichtigsten proteolytischen Enzyme und Proteinaseinhibitoren des malignen Melanoms. akDa der aktivierten Proteinasen. (TIMP, tissue inhibitor of matrixmetalloproteinase; PAI, Plasminogenaktivatorinhibitor; PN, Proteasen Nexin). Tabelle