Epitheliale Zellverbände grenzen eine Vielzahl von Organen und Geweben gegen die äußere Umgebung ab. Die geordnete Struktur epithelialer Gewebe beruht zum einen auf sehr engen Kontaktstellen zwischen zwei Epithelzellen unter Aneinaderlagerung der beiden Membranen und zum anderen auf adhärente Verbindungen (adherens junctions), die sich zwischen zwei Epithelzellen oder einer Epithelzelle und der extrazellulären Matrix ausbilden. Dabei stellen adhärente Oberflächenmoleküle einen Kontakt zwischen Aktinfilamenten in der Zelle und der spezifischen Oberfläche oder der Membran einer anderen Zelle her. Sie bestimmen ferner die Gewebs- und Organarchitektur multizellulärer Organismen. Außerdem regulieren
nAbbildung 4: 1: Äußere Signale induzieren den Rezeptor, was zur Dimerisierung der Rezeptortyrosinkinase und zu der Autophosphorylierung von Tyrosinen des Rezeptors führt.
Diese Phosphotyrosine fungieren als Anheftungsstellen für den Komplex aus den Signalmolekülen GRB2 und SOS, der das G-Protein Ras stimuliert. Ras-Guanindiphosphat (Ras-GDP) wird zu Ras-Guanintriphosphat (Ras-GTP) aktiviert. Das bewirkt eine Konformationsveränderung von Ras. Ras wird es dadurch möglich an Raf-1 zu binden und rekrutiert dieses aus dem Zytoplasma an die Zellmembran. An der Zellmembran werden Raf-1 Dimere aktiviert. Diese Aktivierung besteht aus einem komplexen, mehrschrittigen Prozess, an dem die Proteinphosphatase 2A (PP2A), PAK (p21-activated kinase), Src Kinase und weitere Kinasen beteiligt sind. Ras-GTP wird dabei zu Ras-GDP. Aktiviertes Raf-1 phosphoryliert und aktiviert MEK, MEK phosphoryliert ERK.
ERK hat Zielmoleküle im Zytoplasma, kann im Zellkern aber auch, durch Phosphorylierung von Transkriptionsfaktoren, die Regulation weiterer Zielgene übernehmen. MMPs, Integrin- und E-Cadherin Expression werden durch diesen Signalweg reguliert. Mutiertes Raf ist nicht an ein aktives Ras-GTP gebunden, sondert agiert allein. Abbildung verändert nach www.
oregonstate.edu.
Zelladhäsionsmoleküle die dynamischen Prozesse der Morphogenese im Verlauf der Embryonalentwicklung, der Regeneration von Organen und den generellen Ablauf des Zellverhaltens (Wagener et al., 1999).
1.2.5.1 Integrine
An adhärenten Kontaktstellen zwischen Epithelzellen und extrazellulärer Matrix sind Integrine wichtige Zellmembranrezeptoren. Während der Tumorzellausbreitung ist die Adhäsion durch Integrine an umliegende Strukturen ein entscheidender Schritt.
Integrine sind Heterodimere, in denen eine alpha- und eine beta-Kette nicht kovalent miteinander assoziiert sind. Erst diese Verbindung ergibt einen funktionsfähigen Transmembranrezeptor. Bisher wurden 18 unterschiedliche alpha- und 8 unterschiedliche beta-Untereinheiten identifiziert (Seftor et al., 1999). Erkannt werden kurze Peptidsequenzen in den Matrixproteinen, wie z.B. ein Tripeptid aus Arg-Gly-Asp (die sogenannte RGD-Sequenz), welche in Fibronektin, Vitronektin usw. vorkommen.
Integrine sind multifunktionell, d.h. sie regulieren nicht nur die Adhäsion an Substrate der ECM, sondern ermöglichen auch die Expression von Genen und die Unterdrückung von Apoptose. In fokalen Adhäsionskontakten interagieren Integrine mit den Aktinfilamenten des Zytoskeletts über Bindung an Talin, Vinkulin, Tensin und alpha-Aktinin und darüber mit Elementen der Signaltransduktion, wie z.B.
Tyrosinkinasen der src-Familie oder FAK (focal adhesion kinases). Die Phosphorylierung von FAK ist wichtig, um die Funktion von Adhäsion und Migration zu gewährleisten und um Integrinsignale an die Kinasen Ras/Raf/MEK/ERK weiter zu leiten (Eliceiri et al., 2002; Liotta und Kohn, 2001; Stupack et al., 2000).
Integrine wie alpha2 beta1, das die Bindung an Typ-I und –II Kollagen, den Hauptbestandteilen des Bindegewebes, und alpha3 beta1, alpha6 beta1 sowie alpha7 beta1, die die Bindung an Laminin, Typ-IV-Kollagen, den Hauptbestandteilen der Basalmembran, mediieren, haben bei der Migration und Invasion von Melanomzellen eine wichtige Bedeutung (Friedl et al., 1998). Die verstärkte Expression von alpha4 beta1 ist ein interessantes Phänomen, da dieses Integrin nicht nur die Bindung an Fibronektin, sondern auch an VCAM-1 (vascular cell adhesion molecule-1) vermittelt. VCAM-1 wird von Interleukin-1 stimulierten Endothelzellen exprimiert. Diese Wechselwirkung könnte die Interaktion von Melanomzellen mit Endothelzellen stimulieren und so die Extravasation der Melanomzellen aus den Blutgefäßen fördern (Rice und Bevilacqua, 1989). Dem Vitronektinrezeptor alphaV beta3 kommt ebenso eine zentrale Bedeutung bei der Melanomentstehung zu. Weder in dysplastischen Nävi
noch in Primärtumoren ist alphaV beta3 zu finden, dagegen exprimieren VGP Melanome und metastasierende Melanome dieses Integrin (Albelda et al., 1990).
Neben der Matrixanheftung kann das Integrin alphav beta3 aktive MMP-2 an der Zelloberfläche von invadierenden Melanomzellen und angiogenetischen Blutgefäßen binden (Hofmann et al., 2000a). Durch diesen über Adhäsionsrezeptoren vermittelten Mechanismus existiert eine weitere Zell-Matrix-Interaktion, die den gezielten Abbau der ECM begünstigt.
Diese Kolokalisation trifft auch für andere MMP`s und Adhäsionsfaktoren, z.B. dem Hyaluronsäurerezeptor CD44 und MMP-9 zu. CD44, welches in Melanomzellen in seiner Expression unverändert bleibt, ist sogar in der Lage in Melanomzellen die Expression von MMP-9 zu induzieren (Asai et al., 1999; Takahashi et al., 1999).
Weitere wichtige Integrine des Melanoms, die entweder stark hochreguliert sein können oder schwach exprimiert werden, sind in Tabelle 3 aufgeführt.
Integrin Synonym ECM Liganden Regulation
CD51/CD61 Vitronektin, Fibronektin, Laminin,Thrombospondin Tenascin, Del-1, MMP2, bFGF, Osteopontin reguliert; +: mäßig hochreguliert; -: vermindert exprimiert. Tabelle verändert nach Kuphal et al., 2004, im Druck.
1.2.5.2 Immunoglobulin Familie
Mitglieder der Immunoglobulin (Ig) Familie wie Mel-CAM/MUC18 (melanocytic cell adhesion molecule; CD146) und ICAM-1 (intercellular cell adhesion molecule-1) stellen eine weitere wichtige Gruppe an Oberflächenmolekülen dar, die im Gegensatz zu Integrinen und Cadherinen, eine Kationen unabhängige Zelladhäsion ermöglichen. Ihre Expression ist während der Melanomentstehung bei 80% der Melanome hochreguliert und geht mit der Trennung von Nävuszellen und Keratinozyten und dem Übergang von der radialen Wachstumsphase in die vertikale Wachstumsphase einher (Bogenrieder und Herlyn, 2003). Mit Hilfe dieser Moleküle können sich Zellen zu Gruppen zusammen schließen. Sie ermöglichen aber auch durch Interaktion ihres zytoplasmatischen Teils mit Kinasen eine direkte Zellkommunikation und Regulation von Wachstum und Differenzierung. Mel-CAM/MUC18 agiert auch als Korezeptor für die N-Cadherin abhängige Ausbildung von "gap junctions". Wichtige Adhäsionsmoleküle, die an der Melanomprogression beteiligt sind, sind in Abbildung 5 zusammengefasst.
Abbildung 5: Regulation wichtiger Adhäsionsmoleküle, die bei der Entstehung des Melanoms entweder verstärkt oder vermindert exprimiert werden. Verändert nach www.upenn.edu/herlyn/homeostasis.htm
1.2.5.3
Cadherine
In der menschlichen Epidermis existiert eine geordnete Struktur des Gewebes durch Ausbildung spezifischer Adhäsion zwischen zwei Zelltypen. Es besteht eine Balance zwischen Keratinozyten und Melanozyten, die mit Hilfe verschiedener Membranmoleküle aufrecht erhalten wird.
Ein wichtiges Beispiel einer Zellmembranmolekül-Gruppe, die für die Adhäsion zwischen Zellen sorgt, ist die Superfamilie der Cadherine. Die Cadherin Superfamilie besteht für Invertebraten und Vertebraten mittlerweile aus mehr als 100 Mitgliedern (Nollet et al., 2000). Diese Superfamilie wird in fünf verschiedene Unterfamilien gruppiert: (1) klassische Cadherine (Typ 1), die in adhärenten Verbindungen lokalisiert sind, dazu zählen E-, N-, P- und R-Cadherine. (2) Dieser Gruppe sehr ähnlich sind die klassischen Cadherine des Types 2, die VE-, K- und H-Cadherine beinhaltet. (3) Desmosomale Cadherine formen desmosomale Verbindungen, dazu gehören Desmocollin und Desmoglein. (4) Protocadherine sind vor allen Dingen an der Entwicklung des Nervensystems beteiligt (5) und es existieren Cadherin-verwandte Proteine, die die Zellmembran sieben mal passieren, wie das Protein Flamingo.
Außerdem gibt es Cadherine, die keiner Unterfamilie exakt zugeordnet werden können, wie Fat und Dachsous. (Nollet et al., 2000; Peinado et al., 2004). Generell ist die Struktur der Cadherin-Superfamilie sehr konserviert, lediglich die extrazelluläre Domäne setzt sich bei den Unterfamilien aus einer unterschiedlichen Anzahl Cadherindomänen zusammen (Takeichi, 1995).
Erwähnt sei an dieser Stelle das VE-Cadherin. Mary Hendrix und Mitarbeiter konnten zeigen, dass aggresive Melanomzellen endothelassoziierte Gene exprimieren und endothelähnliche Funktionen ausüben können, um dreidimensionale Kanäle aus Laminin zu formen, die einen Flüssigkeitsstrom ermöglichen. Diese Eigenschaft bezeichnet man als "vasculogenic mimicry". Es bedeutet genauer, dass Krebszellen ihre Nährstoff- und Sauerstoffversorgung sichern können, indem de novo gefäßartige Netzwerke aufgebaut werden, obwohl keine Endothelzellen oder Fibroblasten an dem Ort vorhanden sind. VE-Cadherin ist in aggresiven Melanomen besonders an dieser vaskulären Nachahmung beteiligt (Maniotis et al., 1999).
Tabelle 4: Aufstellung wichtiger Cadherine der embryonalen Entwicklung.