Bibliografische Informationen der Deutschen Bibliothek
Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie;
Detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.ddb.de abrufbar.
1. Auflage 2006
© 2006 by Verlag: Deutsche Veterinärmedizinische Gesellschaft Service GmbH, Gießen Printed in Germany
ISBN 3-938026-78-2
Verlag: DVG Service GmbH Frankfurter Straße 89
35392 Gießen 0641/24466 geschaeftsstelle@dvg.net
www.dvg.net
Immunhistologische Untersuchungen zur Expression von CD44, Matrix-Metalloproteinasen und ihren Inhibitoren in
Mammatumoren von Hunden
INAUGURAL-DISSERTATION zur Erlangung des Grades einer Doktorin der Veterinärmedizin
(Dr. med. vet.)
durch die Tierärztliche Hochschule Hannover
Vorgelegt von Vanja Paltian aus Zell /Mosel
Hannover 2006
Wissenschaftliche Betreuung: Univ.-Prof. Dr. Wolfgang Baumgärtner, PhD
1. Gutachter: Univ.-Prof. Dr. Wolfgang Baumgärtner, PhD 2. Gutachter: Univ.-Prof. Dr. Andrea Meyer-Lindenberg
Tag der mündlichen Prüfung: 23. Mai 2006
Die Anfertigung dieser Arbeit wurde gefördert durch ein
Forschungsstipendium der Akademie für Tiergesundheit e. V.
Meinen Eltern
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung...1
2 Literaturübersicht ...3
2.1 Kanine Mammatumoren ...3
2.1.1 Morphologischer Aufbau der Mamma beim Hund ...3
2.1.2 Epidemiologie kaniner Mammatumoren...4
2.1.3 Ätiologie und Pathogenese kaniner Mammatumoren ...5
2.1.4 Pathologie der kaninen Mammatumoren ...6
2.1.4.1 Maligne Tumoren des Mammadrüsengewebes...7
2.1.4.2 Benigne Tumoren des Mammadrüsengewebes...10
2.1.4.3 Unklassifizierte Tumoren des Mammadrüsengewebes...10
2.1.4.4 Hyperplasien und Dysplasien des Mammadrüsengewebes...11
2.2 Extrazelluläre Matrix (EZM) ...11
2.3 CD44 ...12
2.3.1 Allgemeines...12
2.3.2 Funktionen...13
2.3.3 Expression ...15
2.3.3.1 Allgemeines zur Expression...15
2.3.3.2 Allgemeines zur Expression bei Tumoren ...16
2.3.3.3 CD44 in gesundem und tumorös verändertem Mammadrüsengewebe des Menschen ...17
2.3.3.4 CD44 in gesundem und tumorös verändertem Gewebe von Hunden ...21
2.4 Matrixmetalloproteinasen (MMPs) und ihre Inhibitoren (TIMPs) ...22
2.4.1 Klassifikation, Funktionen und Aufbau ...22
2.4.2 Klassifikation, Funktionen und Aufbau der TIMPs ...26
2.4.3 Aktivierung und Regulation der MMPs und TIMPs ...27
2.4.4 Physiologie und Pathophysiologie der MMPs und TIMPs ...29
2.4.5 Ausgewählte MMPs und TIMPs in gesundem und tumorös verändertem Mammagewebe des Menschen...30
2.4.5.1 MMP-2 in menschlichem Mammagewebe ...30
2.4.5.2 MMP-9 in menschlichem Mammagewebe ...32
2.4.5.3 MT1-MMP (MMP-14) in menschlichem Mammagewebe ...33
2.4.5.4 TIMP-1 in menschlichem Mammagewebe ...34
2.4.5.5 TIMP-2 in menschlichem Mammagewebe ...34
2.4.6 MMPs und TIMPs bei Hunden ...35
2.4.6.1 MMP-2 Allgemeines ...35
2.4.6.2 MMP-2 in Tumoren von Hunden...35
2.4.6.3 MMP-9 Allgemeines ...36
2.4.6.4 MMP-9 in Tumoren von Hunden...37
2.4.6.5 MT1-MMP (MMP-14) Allgemeines...37
2.4.6.6 MT1-MMP (MMP-14) in Tumoren von Hunden ...37
2.4.6.7 TIMP-1 Allgemeines...38
2.4.6.8 TIMP-1 in Tumoren von Hunden ...38
2.4.6.9 TIMP-2 Allgemeines...38
2.4.6.10 TIMP-2 in Tumoren von Hunden ...38
II Inhaltsverzeichnis
3 Material und Methoden...39
3.1 Untersuchte Hunde ...39
3.2 Gewebeproben für die histologische und immunhistologische Untersuchung.40 3.2.1 Schnittherstellung...40
3.2.2 HE-Übersichtsfärbung...40
3.3 Immunhistologie...40
3.3.1 Antikörper und Seren ...40
3.3.1.1 Blocking-Seren...42
3.3.1.2 Sekundäre Antikörper ...43
3.3.1.3 Detektionssystem ...43
3.3.2 Protokoll der immunhistochemischen Färbungen (ABC-Methode) ...43
3.3.3 Kontrollen...45
3.3.3.1 Positivkontrollen ...45
3.3.3.2 Negativkontrollen...45
3.4 Befunderhebung, Auswertung und Statistik ...46
4 Ergebnisse...53
4.1 Ergebnisse der histologischen Untersuchung ...53
4.2 Ergebnisse der immunhistologischen Untersuchungen...54
4.2.1 CD44 ...55
4.2.1.1 CD44 in den Kontrollen ...55
4.2.1.2 CD44 in unverändertem Milchdrüsengewebe...55
4.2.1.3 CD44 in hyperplastischem Milchdrüsengewebe...56
4.2.1.4 CD44 in einfachen Adenomen ...56
4.2.1.5 CD44 in komplexen Adenomen...58
4.2.1.6 CD44 in benignen Mischtumoren ...59
4.2.1.7 CD44 in einfachen Mammakarzinomen ...61
4.2.1.8 CD44 in komplexen Mammakarzinomen ...63
4.2.1.9 Statistische Auswertung der CD44-Expression ...65
4.2.2 MMP-2 ...70
4.2.2.1 MMP-2 in den Kontrollen ...70
4.2.2.2 MMP-2 in unverändertem Milchdrüsengewebe...70
4.2.2.3 MMP-2 in hyperplastischem Milchdrüsengewebe...71
4.2.2.4 MMP-2 in einfachen Adenomen ...71
4.2.2.5 MMP-2 in komplexen Adenomen...72
4.2.2.6 MMP-2 in benignen Mischtumoren ...74
4.2.2.7 MMP-2 in einfachen Mammakarzinomen ...75
4.2.2.8 MMP-2 in komplexen Mammakarzinomen ...77
4.2.2.9 Statistische Auswertung der MMP-2-Expression ...78
4.2.3 MMP-9 ...83
4.2.3.1 MMP-9 in den Kontrollen ...83
4.2.3.2 MMP-9 in unverändertem Milchdrüsengewebe...83
4.2.3.3 MMP-9 in hyperplastischem Milchdrüsengewebe...84
4.2.3.4 MMP-9 in einfachen Adenomen ...84
4.2.3.5 MMP-9 in komplexen Adenomen...86
4.2.3.6 MMP-9 in benignen Mischtumoren ...87
4.2.3.7 MMP-9 in einfachen Mammakarzinomen ...90
4.2.3.8 MMP-9 in komplexen Mammakarzinomen ...92
4.2.3.9 Statistische Auswertung der MMP-9-Expression ...94
4.2.4 MT1-MMP (MMP-14) ...100
4.2.4.1 MT1-MMP (MMP-14) in den Kontrollen...100
4.2.4.2 MT1-MMP (MMP-14) in unverändertem Milchdrüsengewebe ...100
4.2.4.3 MT1-MMP (MMP-14) in hyperplastischem Milchdrüsengewebe ...101
4.2.4.4 MT1-MMP (MMP-14) in einfachen Adenomen...102
4.2.4.5 MT1-MMP (MMP-14) in komplexen Adenomen ...103
4.2.4.6 MT1-MMP in benignen Mischtumoren ...105
4.2.4.7 MT1-MMP (MMP-14) in einfachen Mammakarzinomen ...107
4.2.4.8 MT1-MMP (MMP-14) in komplexen Mammakarzinomen...109
4.2.4.9 Statistische Auswertung der MMP-14-Expression ...111
4.2.5 TIMP-1 ...117
4.2.5.1 TIMP-1 in den Kontrollen...117
4.2.5.2 TIMP-1 in unverändertem Milchdrüsengewebe ...117
4.2.5.3 TIMP-1 in hyperplastischem Milchdrüsengewebe ...118
4.2.5.4 TIMP-1 in einfachen Adenomen...119
4.2.5.5 TIMP-1 in komplexen Adenomen ...120
4.2.5.6 TIMP-1 in benignen Mischtumoren...122
4.2.5.7 TIMP-1 in einfachen Mammakarzinomen ...124
4.2.5.8 TIMP-1 in komplexen Mammakarzinomen...126
4.2.5.9 Statistische Auswertung der TIMP-1-Expression ...128
4.2.6 TIMP-2 ...134
4.2.6.1 TIMP-2 in den Kontrollen...134
4.2.6.2 TIMP-2 in unverändertem Milchdrüsengewebe ...134
4.2.6.3 TIMP-2 in hyperplastischem Milchdrüsengewebe ...135
4.2.6.4 TIMP-2 in einfachen Adenomen...135
4.2.6.5 TIMP-2 in komplexen Adenomen ...136
4.2.6.6 TIMP-2 in benignen Mischtumoren...137
4.2.6.7 TIMP-2 in einfachen Mammakarzinomen ...138
4.2.6.8 TIMP-2 in komplexen Mammakarzinomen...140
4.2.6.9 Statistische Auswertung der TIMP-2-Expression ...141
4.3 Fotografische Dokumentation der Ergebnisse ...144
5 Diskussion ...155
5.1 Immunhistologischer Nachweis von CD44 ...155
5.2 Immunhistologischer Nachweis von MMP-2...160
5.3 Immunhistologischer Nachweis von MMP-9...164
5.4 Immunhistologischer Nachweis von MT1-MMP (MMP-14) ...166
5.5 Immunhistologischer Nachweis von TIMP-1 ...168
5.6 Immunhistologischer Nachweis von TIMP-2 ...171
5.7 Schlussfolgerung...172
6 Zusammenfassung ...175
7 Summary...177
8 Literaturverzeichnis ...179
9 Anhang...205
IV Inhaltsverzeichnis
9.1 Untersuchtes Tiermaterial ...205
9.2 Immunhistologische „Scores“ aller untersuchten Antikörper...209
9.2.1 CD44-„Scores“ in den Untersuchungsgruppen...209
9.2.2 MMP-2-„Scores“ in den Untersuchungsgruppen...213
9.2.3 MMP-9-„Scores“ in den Untersuchungsgruppen...216
9.2.4 MMP-14-„Scores“ in den Unteruchungsgruppen ...219
9.2.5 TIMP-1-„Scores“ in den Untersuchungsgruppen ...222
9.2.6 TIMP-2-„Scores“ in den Untersuchungsgruppen ...225
9.3 Wilcoxon-U-Test p-Wert-Tabellen ...228
9.4 Lösungen und Puffer ...235
9.5 Bezugsquellen für Chemikalien und Antikörper ...236
9.5.1 Antikörper und Seren ...236
9.5.2 Chemikalien ...238
9.7 Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen...241
1 Einleitung
Tumoren des Mammadrüsengewebes gehören zu den häufigsten neoplastischen Erkrankungen des Hundes (BRODEY et al., 1983; BOSTOCK, 1986; BOSTEDT und TAMMER, 1995;
BOMHARD, 2001), die in einer großen morphologischen Vielfalt und mit unterschiedlicher Dignität auftreten können. Die Diagnosestellung und die Bewertung ihrer Dignität erfordert eine histologische Untersuchung von exzidiertem Tumorgewebe. Die Pathogenese der Tumorentstehung und die Mechanismen der Tumorprogression, -invasion und –meta- stasierung sind beim Hund noch weitgehend ungeklärt. Markermoleküle zur Beurteilung des biologischen Verhaltens und zur prognostischen Beurteilung von Mammatumoren sind beim Hund noch weitgehend unbekannt.
Demgegenüber wurden beim Menschen schon zahlreiche Untersuchungen zur Identifikation von Proteinen durchgeführt, die an der Pathogenese der Tumorentstehung, ihrer -progression, -invasion und –metastasierung beteiligt sind. Zu diesen Proteinen zählen beim Menschen das Zelladhäsionsmolekül CD44 und seine Isoformen sowie verschiedene Matrixmetallo- proteinasen (MMPs) und ihre Inhibitoren, die „Tissue Inhibitors of Matrix Metallo- proteinases“ (TIMPs). Diesen Molekülen wird beim Menschen aufgrund zahlreicher Korrelationen mit klinisch-pathologischen Parametern, beispielsweise Tumordifferenzierung oder Gesamtüberlebenszeit, eine mögliche Bedeutung hinsichtlich der prognostischen Bewertung von Mammatumoren beigemessen (BOURGUIGNON, 2001; STAMENKOVIC, 2003).
CD44 gehört zu einer großen Familie von transmembranösen Zelladhäsionsmolekülen.
Funktionell stellt es vor allem einen Oberflächenrezeptor für Hyaluronsäure dar, einem Hauptbestandteil der extrazellulären Matrix (EZM). Invasiv wachsende Tumorzellen können auf diese Weise über CD44 mit der EZM interagieren. Eine reduzierte oder fehlende Expression von CD44 würde mit einem Verlust des Bindungspotentials für Hyaluronsäure einhergehen. Eine Aufregulierung führt beim Menschen zur Aktivierung intrazellulärer Signaltransduktionswege, die in einer Tumorprogression resultiert.
MMPs sind Zink-abhängige Enzymsysteme, die in Tumor- und Stromazellen nachgewiesen werden und nahezu alle Moleküle der EZM spalten. MMPs und/oder ihren TIMPs wird in
2 Einleitung
Mammatumoren des Menschen eine besondere Bedeutung für das Invasions- und Metastasierungsverhalten beigemessen.
In dieser Dissertation soll das Expressionsverhalten von CD44, verschiedenen MMPs und TIMPs in hyperplastischem Milchdrüsengewebe sowie benignen und malignen, kaninen Mammatumoren im Vergleich zu nicht-tumorös verändertem Mammagewebe untersucht werden. Die einzelnen Marker sollen innerhalb jeder Tumorgruppe miteinander verglichen werden, um so eine Aussage über mögliche Zusammenhänge der Expressionsmuster zu erhalten. Durch Korrelation mit der Dignität bzw. dem Wachstumsverhalten der Tumoren sollen Hinweise auf eine mögliche pathogenetische und prognostische Bedeutung dieser Proteine aufgezeigt werden.
2 Literaturübersicht
2.1 Kanine Mammatumoren
2.1.1 Morphologischer Aufbau der Mamma beim Hund Anatomie und Histologie der Mamma
Die Milchdrüse des Hundes besteht aus zwei Gesäugeleisten entlang der ventralen Bauchwand mit bilateral je fünf, seltener vier oder sechs Drüsenkomplexen, die median durch den Sulcus intermammarius voneinander getrennt sind. Von kranial nach kaudal werden die Drüsenkomplexe wie folgt bezeichnet: kranialer thorakaler (T1), kaudaler thorakaler (T2), kranialer abdominaler (A1), kaudaler abdominaler (A2) und inguinaler (I) Mammarkomplex.
Die Milchdrüse ist eine zusammengesetzte, modifizierte, apokrine Hautanhangsdrüse mit tubulo-alveolärem Aufbau, die in ein fibrovaskuläres Stroma und Fettgewebe eingebettet ist.
Sie besteht aus einem Drüsenkörper (Corpus mammae) und der als sogenannte Eversionszitze ausgebildeten Papilla mammae. Das lobulär aufgebaute Drüsenparenchym setzt sich aus milchproduzierenden und milchableitenden Teilen zusammen. Die in die Alveolen sezernierte Milch gelangt in interlobuläre Ausführungsgänge (Ductus lactiferi), die sich zu größeren Milchgängen vereinigen und im Bereich der Zitze in die Milchzisternen (Sinus lactiferi) münden. Je Zitze können zwischen 6 und 20 Strichkanäle (Ductuli lactiferi) vorkommen, deren Öffnungen (Ostia papillaria) auf der Zitzenkuppe lokalisiert sind.
Die Alveolen sind von einem einschichtigen Epithel ausgekleidet, das in Abhängigkeit vom Füllungszustand der Alveole eine abgeflachte oder kubische und nach dem Milchentzug sogar eine hochprismatische Gestalt annehmen kann. Peripher werden die alveolären Epithelzellen korbartig von einer Schicht Myoepithelien umgeben, die nach Stimulation ihrer kontraktilen Myofilamente durch Oxytocin eine Lichtungseinengung der Alveole bewirken können. Den Myoepithelien liegt außen eine Basalmembran an. Die Milchgänge sind ebenfalls peripher von einem lockeren Geflecht aus Myoepithelien umgeben, um den intramammären Milchfluß zu gewährleisten (CHRISTENSEN, 1979; MANN, 1984; HABERMEHL, 1996).
4 Literaturübersicht
Blut- und Lymphgefäßversorgung
Der arterielle Blutzufluß erfolgt über die Rami mammarii der A. thoracica interna und der Aa.
intercostales (T1 und T2), der A. epigastrica cranialis superficialis (T2 und A1), der A.
epigastrica caudalis superficialis, der A. abdominalis cranialis sowie dem Ramus labialis ventralis der A. pudenda externa (A1, A2 und I). Das venöse Blut der drei kranialen Komplexe wird über die Vv. perforantes oder die V. epigastrica cranialis superficialis in die V. thoracica interna und von dieser in die V. cava cranialis geleitet. Die drei kaudalen Komplexe führen ihr Blut über die V. epigastrica caudalis superficialis in die V. pudenda externa ab, von der es über die V. pudendopigastrica, die V. iliaca externa und die V. iliaca communis in die V. cava caudalis gelangt (MICHEL, 1994; WAIBL et al., 1996).
Die bilateral symmetrisch ausgebildete Lymphdrainage führt die Lymphe aus den zwei kranialen Komplexen über das Lymphocentrum axillare (Nl. axillaris proprius, Nl. axillaris accessorius) in den Truncus jugularis, den Ductus thoracicus oder direkt in den Venenwinkel und in den kranialen Sternallymphknoten (Nl. sternalis cranialis). Die beiden kaudalen Mammarkomplexe führen ihre Lymphe über das Lymphocentrum inguinale superficiale (Nll.
inguinales superficiales) in die Nll. iliaci mediales und die Nll. lumbales aortici ab, von wo sie über den Truncus lumbalis in die Cysterna chyli und den Ductus thoracicus gelangt. Der Lymphabfluß des dritten Komplexes kann an die beiden kranialen oder kaudalen Komplexe angeschlossen sein. Zwischen den beiden Abflußsystemen sind Anastomosen ausgebildet (CHRISTENSEN, 1979; MICHEL, 1994; VOLLMERHAUS, 1996).
2.1.2 Epidemiologie kaniner Mammatumoren
Mammatumoren gehören mit den Hauttumoren zu den häufigsten Tumorerkrankungen der Hündin (BRODEY et al., 1983; MANN, 1984; BOSTOCK, 1986; BOSTEDT und TAMMER, 1995; GUTBERLET et al., 1998; RAVIKUMAR et al., 2000; BOMHARD, 2001). Die tatsächliche Häufigkeit ist aufgrund unterschiedlich zusammengesetzter Unter- suchungskollektive und der morphologischen Untersuchung nur eines Teils der exzidierten Tumoren schwer einzuschätzen (RUTTEMAN, 2005). Das Auftreten von Mammatumoren bei Rüden ist extrem selten und wird mit einer Inzidenz zwischen 0,4 und 2,7% angegeben (ESKENS, 1983; FRESE et al., 1989; BOSTEDT, 1994; RUTTEMAN, 2005).
Am häufigsten treten Mammatumoren zwischen dem 7. und 13. Lebensjahr bei der Hündin mit einem Durchschnittsalter von 9,5 Jahren auf (DAHME und WEISS, 1958; BOSTEDT und TAMMER, 1995; SIMON et al., 2001; GUTBERLET et al., 1998; BOMHARD, 2001). Die Ursache für das gehäufte Auftreten ab dem 5. Lebensjahr liegt wahrscheinlich in der hormonellen Steuerung des Zyklus mit langen Östrogen-, Progesteron- und Prolaktinphasen.
In Abhängigkeit vom Rezeptorstatus des Milchdrüsengewebes und der jeweiligen Hormonlage können Proliferationsvorgänge beeinflußt und Tumorbildungen begünstigt werden (BOSTEDT und TAMMER, 1995).
Eindeutige Rassedispositionen für Mammatumoren sind nicht beschrieben, jedoch erkranken bevorzugt kleine Rassen, beispielsweise Dackel, Pudel, Spaniels und Terrier (RUTTEMAN, 2005). Großwüchsige Rassen sind seltener betroffen und die Angaben in der Literatur über Deutsche Schäferhunde, Boxer und Mischlinge sind heterogen (DAHME und WEISS, 1958, BOMHARD und DREIACK, 1977, SIMON et al., 2001; MacEWEN und WITHROW, 1996;
GUTBERLET et al., 1998; BOMHARD, 2001).
2.1.3 Ätiologie und Pathogenese kaniner Mammatumoren
Die Ursache kaniner Mammatumoren ist nicht eindeutig geklärt. Zahlreiche Faktoren haben auf die Tumorgenese einen Einfluß, aber vor allem sind hormonelle Faktoren bedeutsam (MISDORP, 2002; RUTTEMAN, 2005). Endogenes, aber auch exogenes Progesteron spielt wahrscheinlich die wichtigste Rolle. Das Auftreten von gutartigen Mammatumoren wurde nach der Anwendung von Progesteronpräparaten in Abhängigkeit von dem jeweiligen Wirk- stoff, der Dosis und der Behandlungsdauer beobachtet. Die Ursachen der Entstehung maligner Tumoren werden in der Literatur kontrovers diskutiert (GUTBERLET et al., 1998; NOLTE und NOLTE, 2000). Neben Progesteron wird auch dem Prolaktin und dem Somatotropin eine Bedeutung für die Genese von Mammatumoren beigemessen. Durch Prolaktinhemmer können sich manifeste Mammatumoren verkleinern (GUTBERLET et al., 1998).
Während der ersten Geschlechtszyklen sollen kleine Klone von präneoplastischen, epithelialen Zellen entstehen, die sich nach Jahren unter dem Einfluß geeigneter Stimuli zu Tumoren transformieren können (BOSTOCK, 1986). Daher vermindert eine Ovariektomie vor dem ersten Zyklus das Risiko einer Mammatumorentstehung auf 0,5% und nach dem ersten Zyklus auf 8%. Wird die Kastration erst nach dem zweiten Zyklus durchgeführt,
6 Literaturübersicht
vermindert sich das Risiko nur noch auf 26%. Bei Ovariektomien ab 2,5 Jahren ist kein Unterschied in der Mammatumorinzidenz zwischen kastrierten und intakten Hündinnen festzustellen (BRODEY et al., 1983; MANN, 1984; BOSTOCK, 1986; GUTBERLET et al., 1998; RUTTEMAN, 2005). Als weitere Faktoren in der Genese von Mammatumoren werden virale, immunologische, diätetische und umweltbedingte Einflüsse und kanzerogene Stimuli anderer Natur genannt (MANN, 1984, GUTBERLET et al., 1998; MISDORP, 2002).
Pathogenetisch liegt der Tumorentstehung eine spontane oder induzierte Genmutation zugrunde, die wahrscheinlich ein sog. Proto-Onkogen betrifft, das normalerweise ein für die Zellteilung und Zelldifferenzierung wichtiges Signalprotein kodiert. Ist das Proto-Onkogen einmal aktiviert, kann es nicht mehr deaktiviert werden. Die Hemmung der Onkogenwirkung in mutierten Zellen erfolgt durch sog. Tumorsuppressorgene, die nach Aktivierung unkontrollierte Zellteilungen verhindern oder die Apoptose einleiten. Sollte die Wirkung der Tumorsuppressorgene auch durch Mutation beeinträchtigt sein, so kann eine Transformation in eine Tumorzelle kaum mehr verhindert werden (MEURER, 1999; SUTER, 2001).
Etablierte Marker für die prognostische Beurteilung kaniner Mammatumoren gibt es nicht.
Die Gene BRCA1 und BRCA2 sind Tumorsuppressorgene des Menschen, deren Mutationen eine hohe Empfänglichkeit für Brustkrebs disponieren. Ihre Genprodukte stellen nukleäre Phosphoproteine dar, die an der Regulation des Zellzyklus beteiligt sind (KUMAR et al., 2005). In malignen Mammatumoren des Hundes wurde ein Verlust und eine aberrante Verteilung dieses Regulationsproteins festgestellt und als Indiz für das bösartige, biologische Verhalten dieser Tumoren interpretiert (NIETO et al., 2003).
2.1.4 Pathologie der kaninen Mammatumoren
Die Neoplasien in der Mamma des Hundes können solitär (ca. 75%) oder multipel (ca. 25%) auftreten. Sie besitzen eine variable Größe und eine weiche, teils fluktuierende Konsistenz bei zystischen Veränderungen. Häufiger haben sie aber eine derbe Beschaffenheit mit glatter oder unregelmäßig höckeriger Oberfläche (MacEWEN und WITHROW, 1996; GUTBERLET et al., 1998; ARNOLD, 2001; SIMON et al., 2001; RUTTEMAN, 2005).
Über 80% der Tumoren treten in den letzten drei, über 60% in den letzten beiden Komplexen auf. Die vermehrte Betroffenheit kaudaler Komplexe könnte mit dem höheren Gewicht und den größeren, morphologischen Umbauprozessen während des Zyklus zusammenhängen
(KÄLIN et al., 1985; GUTBERLET et al., 1998; SIMON et al., 2001). In den kranialen Komplexen sind die Neoplasien kleiner und meist gutartig, oder es handelt sich um hyperplastische Proliferationen (ZANINOVIC und SMICIC, 1994).
Eine Metastasenbildung wird bei Karzinomen oder epithelialen Anteilen maligner Misch- tumoren beobachtet (ARNOLD, 2001). Die Metastasierung von malignen Mammatumoren kann hämatogen, lymphogen oder lympho-hämatogen erfolgen. Eine Auswertung verschiede- ner Kasuistiken ergab eine unterschiedlich hohe Häufigkeit von Metastasen in verschiedenen Organen, nämlich 64% in regionären Lymphknoten, 53% in der Lunge, 15% im Gehirn, 13%
in der Leber, 11% in der Niere, 11% im Herzen und 10% im Skelettknochen (MOULTON, 1990). Rezidive werden in ca. 20% der operierten Fälle beobachtet (KÄLIN et al., 1985), von denen etwa die Hälfte als benigne eingestuft wird, so dass eine erneute Exzision empfohlen wird (ARNOLD, 2001).
Die pathomorphologische Einteilung der Mammatumoren des Hundes ist in der neu gefassten Auflage des WHO-Faszikels (World Health Organisation) „Histologische Klassifikation von Mammatumoren bei Hund und Katze“ (MISDORP et al., 1999) niedergelegt. Sie orientiert sich an morphologischen Kriterien unter Berücksichtigung einer prognostischen Wertung. Die wesentlichen Typen kaniner Mammatumoren werden nachfolgend kurz dargestellt.
2.1.4.1 Maligne Tumoren des Mammadrüsengewebes
Die malignen Mammatumoren enthalten insgesamt sieben verschiedene Gruppen epithelialer, mesenchymaler und gemischter Tumoren (MISDORP et al., 1999). Die epithelialen Tumoren sind entsprechend der WHO-Klassifikation in ansteigender Malignität aufgeführt:
Epitheliale Tumoren: - nicht-infiltrativ wachsendes Karzinom (Carcinoma in situ) - Komplexes Karzinom
- Einfaches Karzinom: Tubulo-papillärer Subtyp Solider Subtyp
Anaplastischer Subtyp - Besondere Varianten: Spindelzellkarzinom
Plattenepithelkarzinom Muzinöses Karzinom Lipidreiches Karzinom
8 Literaturübersicht
Mesenchymale Tumoren: - Sarkome: Fibrosarkom Osteosarkom Andere Sarkome Mischtumoren: - Karzinosarkom
- Karzinom oder andere Sarkome in benignen Tumoren
Das nicht-infiltrativ wachsende Karzinom (Carcinoma in situ) besitzt zytologisch Merkmale eines malignen Tumors in Form von Zellatypien, -pleomorphie und erhöhter Proliferation.
Eine Invasion von Tumorzellen durch die Basalmembran ist aber bei dieser Neoplasie nicht zu beobachten. Dieser Tumortyp tritt oftmals multizentrisch auf.
Das komplexe Karzinom zeichnet sich durch die Proliferation epithelialer und myoepithelialer Anteile aus. Die luminalen Epithelzellen zeigen entweder eine tubulo-papilläre oder solide Formation. Die Myoepithelien besitzen meist eine spindelförmige Gestalt, die ein retikuläres, netzartiges oder sternförmiges Wachstumsmuster bilden und in eine faserarme, extrazelluläre Matrix eingebettet sind. Plattenepithelmetaplasien werden gelegentlich beobachtet. Komplexe Karzinome wachsen meist expansiv und Lymphgefäßeinbrüche sind selten.
Einfache Karzinome sind durch die Proliferation nur eines Zelltyps charakterisiert, bei dem es sich entweder um eine dem alveolären Epithel oder dem Myoepithel ähnliche Zellpopulation handelt. Meist läßt sich peri- und intratumorös eine lymphozytäre Infiltration nachweisen. Die einfachen Karzinome wachsen lokal invasiv und eine lympho-hämatogene Metastasierung dieser Tumoren ist häufig (bis zu 50%). Aufgrund morphologischer Merkmale und steigender Malignität werden die einfachen Karzinome in drei Subtypen unterteilt:
Das tubulo-papilläre Karzinom bildet tubuläre oder papilläre Formationen. Die erstgenannte Vaiante ist meist von einer ausgeprägten Proliferation stromaler Fibroblasten begleitet, während der papilläre Typ eher innerhalb eines spärlichen Stromas wächst.
Das solide Karzinom bildet kompakte, flächige Tumorzellareale, Stränge oder Nester. Der Stromagehalt ist variabel.
Das anaplastische Karzinom setzt sich aus pleomorphen Epithelzellen zusammen, die ein hohes Invasionspotential besitzen. Die Tumorzellen proliferieren solitär oder in kleinen Nestern und sind durch eine atypische Kern- und Zellmorphologie mit Ausbildung
mehrkerniger Zellen gekennzeichnet. Meist finden sich unterschiedlich große Nekroseareale und reichlich kollagenfaserreiches Stroma.
Zu den besonderen Varianten bösartiger, epithelialer Mammatumoren wird das spindelzellige Karzinom gezählt, das solide oder in lobulären Formationen wächst. Histogenetisch ist es wahrscheinlich myoepithelialen Ursprungs.
Plattenepithelkarzinome sind durch eine squamöse Differenzierung des Epithels charak- terisiert. Sie zeigen ein ausgeprägtes, lokales Invasionsverhalten mit Einbruch in Lymph- gefäße. Im Tumor finden sich Hornperlen und/oder Nekroseareale. Oft besteht eine ausge- prägte, eitrige Begleitentzündung. Als Variante treten auch adeno-squamöse Karzinome auf.
Das muzinöse Karzinom kann als einfacher oder komplexer Typ auftreten und ist durch eine exzessive Muzinproduktion gekennzeichnet.
Eine große Zahl von neutralfett-speichernden Zellen stellt das histologische Kriterium des lipid-reichen Karzinoms dar.
Die malignen, mesenchymalen Mammatumoren beinhalten das Fibrosarkom, das durch Proliferation fibroblastoider Zellen in einer mehr oder weniger kollagen- und/oder retikulin- faserreichen Matrix mit variabel ausgebildeten Nekrosen und Blutungen gekennzeichnet ist.
Osteosarkome treten entweder als reine knochenbildende oder gemischte, mit Knorpelbildung einhergehende Neoplasien auf. Es können auch maligne, entartete Binde- und Fettgewebskomponenten vorhanden sein.
Andere Sarkome, beispielsweise Liposarkome oder Chondrosarkome, sind selten.
Die aus malignen, epithelialen (alveolären und/oder myoepithelialen) und mesenchymalen Anteilen zusammengesetzten Tumoren werden als Karzinosarkome bezeichnet und sind durch eine erhebliche, morphologische Vielfalt ausgezeichnet.
Die Karzinome/Sarkome in einem gutartigen Tumor sind durch das Vorkommen einer malignen Neoplasie innerhalb eines gutartigen Tumors gekennzeichnet, beispielsweise eines Osteosarkoms in einem komplexen Adenom. Im Einzelfall ist es allerdings schwer festzustellen, ob der maligne Anteil aus dem benignen entstanden oder im Rahmen einer Kollision in diesen eingebrochen ist.
10 Literaturübersicht
2.1.4.2 Benigne Tumoren des Mammadrüsengewebes
Die benignen Mammatumoren des Hundes können als epitheliale oder gemischte Neoplasien auftreten und werden in vier Gruppen unterteilt (MISDORP et al., 1999):
Epitheliale Tumoren: - Adenome: Einfaches Adenom Komplexes Adenom Basaloides Adenom - Duktpapillome
Mischtumoren: - Fibroadenome: Zellarmes Fibroadenom Zellreiches Fibroadenom - Benigne Mischtumoren
Die einfachen Adenome sind durch gut differenzierte, luminale oder myoepitheliale Zellen mit tubulärer Wuchsform charakterisiert. Solide Neoplasien aus gut differenzierten Spindel- zellen werden als Myoepitheliome bezeichnet. Die komplexen Adenome setzen sich aus proliferierten luminalen und myoepithelialen Zellen zusammen. Sie zeichnen sich als meist demarkierte, gut differenzierte Neoplasien ohne zelluläre Atypien und Nekrosen aus und stellen oft Übergangsformen zu benignen Mischtumoren dar. Das basaloide Adenom besteht aus Nestern monomorpher, epithelialer Zellen, die sich peripher an einer Basalmembran orientieren, in einigen Fällen sogar eine palisadenartige Ausrichtung aufweisen, und zentral eine squamöse Differenzierung zeigen können. Fibroadenome sind durch die Proliferation von luminalen Epithelzellen und stromalen Zellen gekennzeichnet, die von einer myo- epithelialen Tumorzellpopulation begleitet sein kann. Sie werden in zellreiche und zellarme Varianten unterteilt. Der gutartige Mischtumor setzt sich aus epithelialen (luminalen und/oder myoepithelialen Zellen) und mesenchymalen Tumorzellkomponenten zusammen, nämlich Knorpel und/oder Knochen und/oder Fettgewebe in Kombination mit Bindegewebe. Die duktalen Papillome bestehen aus einfachen oder komplexen, benignen Tumoren innerhalb eines dilatierten Milchgangs.
2.1.4.3 Unklassifizierte Tumoren des Mammadrüsengewebes
In dieser Gruppe werden diejenigen Tumoren zusammengefasst, die sich nicht in eine der oben genannten Kategorien einteilen lassen.
2.1.4.4 Hyperplasien und Dysplasien des Mammadrüsengewebes
Als letzte Gruppe in der aktuellen WHO-Klassifikation finden sich die folgenden Formen von Hyperplasien und Dysplasien des Milchdrüsengewebes (MISDORP et al., 1999):
- Duktale Hyperplasien - Lobuläre Hyperplasien - Zysten
- Gangektasien - Fokale Fibrosen - Gynäkomastie
Die duktale Hyperplasie, auch Papillomatose oder Epitheliosis genannt, besteht aus einer Proliferation epithelialer Zellen in extralobulären Gangstrukturen, die zu einer Einengung oder sogar totalen Verlegung des duktalen Lumens führen kann. Sie kann diffus oder multifokal auftreten. Die lobuläre Hyperplasie kommt entweder als epitheliale Hyperplasie vor, die durch eine nicht-neoplastische Proliferation von epithelialen Zellen in intralobulären Gängen gekennzeichnet ist und dem Bild der Papillomatose oder Epitheliosis extralobulärer Gänge entspricht, oder als Adenosis, die aus variablen Anteilen proliferierter duktulärer Epithelien, Myoepithelien und Bindegewebe besteht. Zysten des Mammadrüsengewebes treten meist multipel auf. Das Epithel kann entweder atrophisch oder hyperplastisch sein.
Gangektasien sind durch eine progressive Dilatation von Gangsystemen gekennzeichnet, bei denen in vielen Fällen eine Ruptur des Epithels vorkommt, die in einer granulomatösen Entzündung resultiert. Fokale Fibrosen (Fibrosklerosen) treten bei lobulären Hyperplasien und in duktalen Proliferaten auf. Die Gynäkomastie wird bei männlichen Hunden beobachtet und ist durch Hyperplasie des Gänge und des Stromas charakterisiert. Die Gynäkomastie wird unter anderem bei Rüden mit einem hormonell aktiven Sertolizelltumor beobachtet.
2.2 Extrazelluläre Matrix (EZM)
Die extrazelluläre Matrix (EZM) ist für die Aufrechterhaltung der Gewebeintegrität, -form und –architektur, die Sequestrierung von Gewebswasser durch Bindung an Proteine sowie die Vermittlung von Zell-zu-Zell-Kontakten und Interaktionen von Zellen mit der perizellulären
12 Literaturübersicht
Umgebung von besonderer Bedeutung (KUMAR et al., 2005). Darüber hinaus spielt sie eine Rolle bei der interzellulären Signalübertragung, der Zellmigration und bildet ein Reservoir für Wachstumsfaktoren und Zytokine. Sie besteht organabhängig aus unterschiedlichen Komponenten, die von zahlreichen Zellen synthetisiert und sezerniert werden. Drei Gruppen von Makromolekülen sind am Aufbau der EZM wesentlich beteiligt: a) Fibröse Struktur- proteine, vor allem Kollagene und Elastine; b) Diverse adhäsive Glykoproteine; und c) Proteoglykane und Hyaluronsäure. Diese Makromoleküle führen einerseits zum Aufbau der interstitiellen Matrix andererseits zum Aufbau von Basalmembranen.
Die einzelnen Komponenten der EZM unterliegen einem dynamischen und ausbalancierten Prozess von Aufbau und Abbau. Die physiologische Homöostase von Struktur und Zusammensetzung der EZM kann durch Entzündungen oder maligne Tumoren erhebliche Änderungen in der Zusammensetzung und Struktur erfahren (STAMENKOVIC, 2003).
2.3 CD44
2.3.1 Allgemeines
Die Standardform von CD44 (CD44s) gehört zum Typ I von transmembranösen Glykoproteinen. Sie besteht aus einer einzigen Polypeptidkette mit insgesamt 341 Amino- säuren, von denen 248 die extrazelluläre Domäne, 21 Aminosäuren die transmembranöse Domäne und 72 Aminosäuren den zytoplasmatischen Anteil bilden (STAMENKOVIC et al., 1989). Als deduzierte Aminosäurensequenz wurden von GOLDSTEIN et al. (1989) 23 Aminosäuren für die transmembranöse und 70 Aminosäuren für die zytoplasmatische Domäne angegeben. Der intrazelluläre Anteil bindet an Zytoskelettstrukturen, beispielsweise Ankyrin und Moleküle der Ezrin/Radixin/Moesin-(ERM)-Familie, und vermittelt so eine morphologische Kopplung der transmembranösen mit den intrazellulären CD44-Strukturen (BOURGUIGNON et al., 1995; TURLEY et al., 2002). Die im normalen menschlichen Gewebe dominierende, sogenannte Standard-Isoform (CD44s), auch als hämatopoietisches CD44 (CD44H) bezeichnet, besitzt ein Molekulargewicht von ca. 37 kDa für das
„Coreprotein“ und ein Molekulargewicht von ca. 80 - 95 kDa für das Gesamtprotein infolge einer ausgeprägten Glykosilierung der extrazellulären Domäne (BORLAND et al., 1998).
CD44 wird von einem einzigen Gen mit mindestens 20 Exons (Exons 1 bis 19 und 6a) kodiert
(SCREATON et al., 1992; UNDERHILL, 1992; BORLAND et al., 1998). Die Exons 1 bis 5, 15 bis 17 und 19 kodieren für die Standardform von CD44 (CD44s), in dem keine Exons mit alternativem Splicing auftreten. CD44-Isoformen entstehen, wenn die Exons 6a - 14 durch alternatives Splicing während der mRNS-Bearbeitung modifiziert werden und die Kom- bination verschiedener Exons zur Generierung von 10 distinkten Isoformen (CD44v1 bis CD44v10) führt (BORLAND et al., 1998; SCREATON et al., 1992). Ein weiteres Exon (CD44v9a), das zwischen CD44v9 und v10 lokalisiert ist, besitzt ein sehr eingeschränktes Expressionsmuster und führt zur Bildung einer löslichen, niedermolekularen Isoform („soluble CD44“: sCD44; BORLAND et al., 1998; YU und TOOLE, 1996), der eine Bedeutung bei der Immunantwort und Tumorprogression beigemessen wird (CICHY et al., 2002). Die molekulare Heterogenität der Isoformen wird weiterhin durch eine unter- schiedliche, posttranslationale Glykosilierung der extrazellulären Domäne potenziert und je nach chemischer Bindung (N- oder O-Glykosilierung) funktionell modifiziert (BORLAND et al., 1998). Dadurch wird die Multifunktionalität von CD44 gewährleistet, die sich unter den jeweiligen physiologischen und pathologischen Bedingungen in einer variablen Expression äußert.
2.3.2 Funktionen
Funktionell gehört CD44 (syn. Hermes-Antigen, Extrazellulärer Matrixrezeptor Typ III [ECMR III], Hutch-1, muriner Ly-24, In[Lu]related p80, p85) beim Menschen zu einer großen Familie von Zelladhäsionsmolekülen und dient vor allem als wichtigster Ligand für Hyaluronsäure (ARUFFO et al., 1990), einem Glykosaminoglykan und Hauptbestandteil der EZM. Die Bindung an Hyaluronsäure kann dabei passiv oder durch gesteuerte Regulations- mechanismen erfolgen (PONTA et al., 2003) und beeinflusst die Zelladhäsion an Moleküle der EZM. Dadurch besteht eine Steuerungsmöglichkeit für die Stimulation von Zellaggregation, -proliferation, -migration und Angiogenese (TURLEY et al., 2002).
Die Interaktion von CD44 und seinen Isoformen mit Hyaluronsäure kann im Rahmen von Ko- rezeptorfunktionen zur Aktivierung zahlreicher intrazellulärer Signaltransduktionswege, unter anderen c-Src Kinase, Rho-artige GTPasen (RhoA und Rac1) Tiam-1, führen, die in Abb. 1 schematisch dargestellt sind. Auch wird zwischen der Zellmembran und dem Zytoskelett eine morphologische Kopplung durch selektive Bindung der intrazellulären Domäne von CD44 an
14 Literaturübersicht
Zytoskelettproteine, beispielsweise Ankyrin oder Molekülen der ERM-Familie, vermittelt.
Dadurch werden bestimmte zelluläre Funktionen induziert, aber auch Tumorzellwachstum, Migration und Invasion, und die Tumorprogression vorangetrieben (BOURGUIGNON et al., 1995; BOURGUIGNON, 2001; TURLEY et al., 2002; PONTA et al., 2003).
Abb. 1 Die Interaktion von CD44 mit Hyaluronsäure (HA) aktiviert die Tyrosin- kinase (TK) von HER2 und die Rezeptor-Kinase c-Src, die Cortactin phosphoryliert und auch RhoA und Rac1. Durch Hyaluronsäure kommt es zu einer Bindung von CD44 an Tiam1 und Vav2 sowie an Zytoskelettproteine, vor allem Ankyrin und ERM-Moleküle.
Die Aktivierung dieser Signalwege kann zu Tumorzellmigration und –invasion führen.
Die engen Assoziationen zwischen CD44 und selektiven Bindungspartnern sind für die interaktive Koordinierung verschiedener intrazellulärer Signalwege von erheblicher Bedeutung. MLC = Myosin light chain (modifiziert aus TURLEY et al., 2002).
Darüber hinaus kann CD44 allgemeine Funktionen bei der Zellproliferation und –migration wahrnehmen (BOURGUIGNON, 2001). Durch die Bindung von Wachstumsfaktoren kann CD44 einerseits die Proliferation und Invasivität von Zellen erhöhen, andererseits kann es bei bestimmten Liganden über die Bindung des Proteins Merlin proliferationshemmende und somit auch tumorsuppressive Funktionen ausüben (HERRLICH et al., 2000). CD44 stellt
auch einen Rezeptor für andere Komponenten der EZM, beispielsweise Osteopontin, Kollagen, Fibronektin, Laminin und Chondoitinsulfat (NAOT et al., 1997; GOODISON et al., 1999). Über diese Zell-Matrix-Interaktion können durch unterschiedliche Liganden die Funktionen von CD44 modifiziert (LESLEY et al., 1993; HERRLICH et al., 2000) und während der embryonalen Entwicklung und postnatalen Erhaltung der Organ- und Gewebe- textur umgesetzt werden (GOODISON et al., 1999). CD44 ist ein wichtiges Differenzierungsantigen während der Lymphopoese und Angiogenese (TROCHON et al., 1996) und die CD44-vermittelte Bindung zwischen Lymphozyten und den „high endothelial venules“ im Rahmen des „homings“ wurde als erste Funktion beschrieben (JALKANEN et al., 1986, 1987; ARUFFO et al., 1990). Bei Entzündungen ist CD44 an der Aktivierung und Expression von Zytokinen sowie an der Chemokinbindung und –präsentation beteiligt (BAJORATH et al., 1998; PURÉ und CUFF, 2001). CD44 besitzt eine Bedeutung bei regenerativen Krankheitsprozessen, zum Beispiel der Regeneration von Nervengewebe (JONES et al., 1997), und es ist auch an der Induktion der Apoptose bei verschiedenen Krankheiten beteiligt (CHEN et al., 2001; FUJII et al., 2001; WITTIG et al., 2000).
2.3.3 Expression
2.3.3.1 Allgemeines zur Expression
Die Expression unterliegt einer komplexen, genetischen und hormonellen Regulation (HEBBARD et al., 2000). Die meisten Isoformen sind in ihrer Expression im gesunden, menschlichen Gewebe stark restringiert (MORRIS et al., 2001); einige Isoformen wurden nur auf neoplastischen Zellen oder deren Zelllinien nachgewiesen (BORLAND et al., 1998). Bei gesunden Menschen wird CD44s von vielen mesodermalen und hämatopoietischen Zellen im Organismus exprimiert, unter anderen von T-Lymphozyten, insbesondere von T-Gedächtnis- zellen, B-Lymphozyten, Monozyten, Granulozyten, Zellen des Thymusgewebes und der Tonsillen, Endothelzellen, fibrösen Astrozyten (GIRGRAH et al., 1991), Fibroblasten und Erythrozyten (STAMENKOVIC et al., 1989). Isoformvarianten werden prinzipiell von Epithelzellen exprimiert (MACKAY et al., 1994; BOURGUIGNON et al., 1995). CD44v9 und in geringerem Maße auch CD44v4 und v6 fanden sich in Keratinozyten, Darmepithel, Duktepithelien des Pankreas, Gallengängen, Bronchialepithelien, Speichel-, Prostata- und
16 Literaturübersicht
Milchdrüsengewebe, Schilddrüsengewebe, Endometrium und in Epithelien der Harnwege (MACKAY et al., 1994). Darüber hinaus wurde CD44s auch in myoepithelialen Zellen der kutanen Adnexe lokalisiert (SEELENTAG et al., 1996). Der löslichen, niedermolekularen Isoform (sCD44) wird eine besondere Bedeutung im fetalen Gewebe-Remodeling zugeschrieben (YU und TOOLE, 1996), weil es für die Organisation der EZM und der Verankerung von Wachstumsfaktoren und Chemokinen eine Rolle spielt.
2.3.3.2 Allgemeines zur Expression bei Tumoren
Die zahlreichen, normalen Interaktionen von CD44 mit Molekülen der EZM sind bei malignen Tumoren gestört, weil es aufgrund genetischer Fehlregulationen und fehlerhafter Synthese von Genprodukten zu einem Verlust und/oder einer Expression anderer Varianten von Adhäsionsmolekülen kommt (BOURGUIGNON et al., 1995). Die funktionellen Eigenschaften von CD44s- und CD44v-Molekülen auf Tumorzellen unterliegen zahlreichen Faktoren und werden vor allem durch die Expression bestimmter Isoformen, dem Grad der Expression, der Anwesenheit und Lokalisation von Oligosaccharidbausteinen und dem zellulären Mikromilieu, in dem sich CD44 befindet, beeinflußt (BORLAND et al., 1998).
Für die Invasion von malignen metastasierenden Mammakarzinomen ist eine Kopplung von CD44 und Matrix-degradierenden Enzymen bedeutungsvoll. Untersuchungen in vitro und in vivo haben ergeben, dass die Isoform CD44v3, 8-10 spezifisch an bestimmte Zytoskelett- proteine, vor allem Ankyrin, und das kontraktile Actomyosinsystem bindet. Dadurch wird die Formation von spezialisierten Membranprotrusionen, sogenannter „Invadopodien“, ermög- licht, die auf ihrer Oberfläche mit „Matrixdegradierenden Aktivitäten“, insbesondere MMP-9, ausgestattet sind. Erst dadurch erhalten Tumorzellen das Potential der EZM-Degradation und Migration während der Mammakarzinomprogression (BOURGUIGNON et al., 1998). Des Weiteren ist es für die Invasion von malignen Tumoren bedeutsam, dass die extrazelluläre Domäne von CD44 durch die Matrixmetalloproteinase MT1-MMP (MMP-14) abgespalten und in die EZM freigesetzt wird (EGEBLAD und WERB, 2002). Die über einen „docking receptor“ an die Zelloberfläche gebundene MMP-9 spaltet gemeinsam mit MMP-2 auch latentes TGF-β, das durch Stimulation der Angiogenese, Desmoplasie und Modulation der Immunantwort Tumorwachstum fördert (YU und STAMENKOVIC, 2000; EGEBLAD und WERB, 2002).
Da CD44-Proteine in Abhängigkeit ihres Liganden sowohl fördernd als auch hemmend, im Sinne eines Tumor-Suppressors, auf den Zellzyklus wirken können, wird in ihnen auch ein möglicher Ansatzpunkt für die Therapie bestimmter Neoplasien gesehen (HERRLICH et al., 2000; PONTA et al., 2003).
2.3.3.3 CD44 in gesundem und tumorös verändertem Mammadrüsengewebe des Menschen
Die Angaben über das Expressionsverhalten von CD44 und seinen Isoformen in gesundem Milchdrüsengewebe des Menschen sind sehr unterschiedlich. So beschrieben HEBBARD und Mitabeiter (2000), dass beim Menschen die Isoform CD44v6 erstmals während der Pubertät in duktalen Epithelzellen und Myoepithelien der Mamma exprimiert wird. Die Epitop- expression variiert jedoch hinsichtlich Lokalisation und Intensität während des Zyklus.
Während der Laktation ist das Molekül nicht nachweisbar, während es in der Involution der Milchdrüse wieder heraufreguliert wird, so dass die Expression offensichtlich einer hormonellen Regulation unterliegt (HEBBARD et al., 2000). Dieser hormonelle Einfluß wurde auch in vitro unter dem Einfluß von Hormonen und Wachstumsfaktoren verifiziert (HEBBARD et al., 2000). Neben CD44s gelang auch der Nachweis von verschiedenen Isoformen (CD44v3, v4, v5, v6 v9) in Myoepithelien von normalem Milchdrüsengewebe (FOX et al., 1994; DALL et al., 1995; GURIEC et al., 1997; BANKFALVI et al., 1998), jedoch verlief der Nachweis von CD44s und den Isoformen v3, v5 und v6 in Duktepithelien negativ (FOX et al., 1994; KAUFMANN et al., 1995). Andere wiesen jedoch CD44v6 immunhistologisch in Duktepithelien gesunder Mamma nach (TERPE et al., 1994). Alveoläre Epithelien normalen Mammadrüsengewebes exprimierten CD44s nicht (DALL et al,. 1995;
SINN, 1995; BANKFALVI et al., 1998). CD44s fand sich aber auch in stromalen Fibroblasten, kapillären Endothelzellen und extravaskulären Lymphozyten (BANKFALVI et al., 1998).
In Mammatumoren gelten für CD44 prinzipiell die gleichen molekularen Mechanismen, die im Kapitel 2.3.2 dargestellt wurden. Als wesentlicher pathogenetischer Schritt der Mamma- tumorinvasion und -migration wurde festgestellt, dass bestimmte angiogenetische Faktoren, u.
a. VEGF und FGF-2, und MMPs mit bestimmten CD44-Isoformen komplexiert werden, die eine Kasakade intrazellulärer Signaltransduktionswege aktivieren (BOURGUIGNON, 2001;
18 Literaturübersicht
TURLEY et al., 2002). Allerdings wurde an kultivierten, humanen Mammaepithelzellen zwar eine Korrelation zwischen der Aufregulierung der CD44-Expression mit der proliferativen Aktivität, jedoch nicht mit neoplastischer Transformation festgestellt (COOPER et al., 1998).
Zahlreiche immunhistologische Untersuchungen widmeten sich der Topographie und dem Expressionsprofil von CD44 und seinen Isoformen in humanen Mammatumoren unter- schiedlicher Dignität, um mögliche Korrelationen zwischen der Isoformexpression und verschiedenen, klinisch-pathologischen Parametern zu ermitteln. Allerdings weisen die Unter- suchungen über die Expression von CD44v in humanen Mammatumoren erhebliche Diskrepanzen in den Ergebnissen auf. So rangierte der Nachweis von CD44v6 in primären Mammakarzinomen in Abhängigkeit vom verwendeten Antikörper zwischen 24% und 85%
der untersuchten Fälle (KAUFMANN et al., 1995, SINN et al., 1995, FRIEDRICHS et al., 1995, TEMPFER et al., 1996, JANSEN et al., 1998, TOKUE et al., 1998, FOEKENS et al., 1999), während in metastatischen Zellen CD44v6 in 92% (TEMPFER et al., 1996) bis 100%
nachgewiesen wurde (KAUFMANN et al., 1995, SINN et al., 1995).
Während in nicht-neoplastischen Epithelzellen CD44 membranständig lokalisiert war, wurde in neoplastischen Zellen eine membranöse und zytoplasmatische Lokalisation festgestellt, die vor allem in invasiven Bereichen des Karzinoms lokalisiert war (FOX et al., 1994).
In gutartigen, epithelialen Neubildungen der humanen Mamma wurde in einigen Studien eine Expression von CD44 nicht nachgewiesen (KAUFMANN et al., 1995; FOEKENS et al., 1999). Dieser Befund wurde dahingehend interpretiert, dass CD44 nur für die Progression von Mammatumoren eine Rolle spielt. Andererseits wurde aber auch ein Nachweis von CD44 in gutartigen Neubildungen der Mamma geführt und eine Beteiligung von CD44 an normalen Zellfunktionen postuliert (FRIEDRICHS et al., 1995; BANKFALVI et al., 1998). So wurde in duktalen Hyperplasien und benignen Tumoren vereinzelt oder fokal in luminalen Epithelzellen eine Expression von CD44v5, CD44v6 und CD44v7 sowie eine deutliche Expression von CD44s und CD44v9 festgestellt, während CD44v3 und CD44v4 nicht nachweisbar waren (BANKFALVI et al., 1998). Das Markierungsmuster in den Myo- epithelien war mit dem in unverändertem Milchdrüsengewebe identisch und bestand in einer Expression von CD44s und den Isoformen CD44v3, v5, v6 und v9 vor allem in Milchgängen (FRIEDRICHS et al., 1995; BANKFALVI et al., 1998; AUVINEN et al., 2005), während CD44s nur fokal vorhanden war (AUVINEN et al., 2005). Dieser Befund wurde als
Beteiligung von CD44 an den normalen Funktionen duktaler Epithelzellen interpretiert.
CD44s wurde auch in stromalen Lymphozyten und Fibroblasten von Neoplasien der Mamma nachgewiesen, während die CD44v3 und v6 nicht feststellbar waren (AUVINEN et al., 2005).
In malignen Neoplasien der Mamma bestand eine stärkere Expression von CD44s und bestimmten Isoformen als in nicht-neoplastisch veränderten oder gutartigen Mammadrüsen- läsionen (AUVINEN et al., 2005). In Mammakarzinomen wurden immunhistochemisch oder mittels PCR CD44s und verschiedene Isoformen, CD44v5, CD44v6 und CD44v3-v10, nachgewiesen (KAUFMANN et al., 1995; GURIEC et al., 1997; BERNER et al., 2003;
AUVINEN et al., 2005). 85% der Primärtumoren und 100% der Lymphknotenmetastasen waren für CD44v6 positiv (KAUFMANN et al., 1995). BANKFALVI et al. (1998) stellten fest, dass die CD44-Expression zum größten Teil vom Differenzierungsgrad und Tumortyp abhängig ist, während andere keine Unterschiede zwischen verschiedenen Tumortypen nach- weisen konnten (AUVINEN et al., 2005). So wurden bei invasiven, duktalen Mammakarzinomen alle untersuchten CD44-Antigene mit ansteigendem Tumorgrad, d. h.
geringerer zellulärer Differenzierung, eine stärkere Expression von CD44s und v4, eine verminderte Expression von CD44v3 und v6, eine Neo-Expression von Cd44v7, eine unveränderte Expression von CD44v5 und eine variable Expression von Cd44v9 beobachtet.
(BANKFALVI et al., 1998). RUIBAL und Mitarbeiter (2000) stellten eine signifikant höhere Expression von CD44v6 bei invasiven duktalen Karzinomen im Vergleich zu normalem Mammadrüsengewebe fest. Die CD44-Isoformen wurden besonders entlang der Peripherie invasiver Anteile von duktalen Karzinomen lokalisiert (FOX et al., 1994, FRIEDRICHS et al., 1995). In invasiven lobulären Karzinomen wurde im Vergleich zum unveränderten Drüsengewebe eine Neo-Expression von CD44s, v5, v6, v7 und v9 nachgewiesen, während CD44v4 in dieser Tumorart im Gegensatz zum invasiven, duktalen Karzinom nicht exprimiert wurde (BANKFALVI et al., 1998). Allerdings ist auch eine reduzierte CD44v6–Expression in der Mamma während der Tumorprogression beschrieben (HEBBARD et al., 2000).
CD44v6-exprimierende Myoepithelien wurden in Mammatumoren niedrigerer Malignität gefunden und in Metastasen von Mammakarzinomen wurde in nahezu allen Studien eine Expression von CD44v6 festgestellt (KAUFMANN et al., 1995; SINN et al., 1995;
TEMPFER et al., 1996), so dass CD44v6 möglicherweise für die metastatische Ausbreitung von Mammakarzinomen eine Bedeutung zukommt (HEBBARD et al., 2000).
20 Literaturübersicht
Zwischen der Expression von CD44 und seinen Isoformen und klinisch-pathologischen Parametern wurden zahlreiche, teils widersprüchliche Korrelationen gefunden, die in einer unterschiedlichen Bewertung der prognostischen Bedeutung resultierten. Karzinome mit hoher Expression von CD44-Isoformen zeigten ein stärkeres malignes Verhalten als solche mit niedriger CD44-Expression (DALL et al., 1995; IIDA und BOURGUIGNON, 1995, KAUFMANN et al., 1995; SY et al., 1997; KALISH et al., 1999; BOURGUIGNON, 2001).
Zellen mit starker CD44-Expression besitzen eine hohe Kapazität, Hyaluronsäure zu binden und erhalten so eine höhere Migrationsfähigkeit (BOURGUIGNON et al., 1999, 2000, 2001).
Eine Assoziation bestand zwischen der CD44-Expression und der Zahl der Mitosen und dem Invasionsverhalten (JOENSUU et al., 1993; HERRERA-GAYOL und JOTHY, 1999).
AUVINEN et al. (2005) fanden keine Korrelation zwischen der Expression von CD44s, CD44v3 und CD44v6 und dem Differenzierungstyp von Mammakarzinomen.
Einige Untersucher fanden eine Assoziation zwischen der Expression von CD44s, insbesondere von CD44v3 v4 v6 und v9, und dem Tumorgrad (JOENSUU et al., 1993;
FRIEDRICHS et al., 1995; SINN et al., 1995; TEMPFER et al., 1996; BANKFALVI et al., 1998; HEBBARD et al., 2000; BERNER et al., 2003; MA et al., 2005). Daher könnte bei Patienten mit CD44v-negativen Tumoren die Prognose günstiger sein als in Patienten mit CD44v-positiven Karzinomen (BANKFALVI et al., 1998; HEBBARD et al., 2000).
Korrelationen zwischen der CD44-Expression und der Tumorgröße wurden für CD44s, v6 und v9 in verschiedenen Studien nachgewiesen (FRIEDRICHS et al., 1995; MA et al., 2005).
Des Weiteren bestand eine positive Korrelation zwischen dem Nachweis von CD44v6 und der Expression von Steroidhormonrezeptoren in Mammakarzinomen (FRIEDRICHS et al., 1995), insbesondere Östrogenrezeptoren (JOENSUU et al., 1993). Bei invasiven, duktalen Mamma- karzinomen waren signifikant höhere Konzentrationen von Östrogen, Progesteron und Cathepsin D sowie niedrigere Gehalte an epidermalem Wachstumsfaktor (EGFR) im Serum betroffener Patientinnen nachweisbar, die als Hinweise auf eine hormonelle Regulation der CD44v6-Expression interpretiert wurden (RUIBAL et al., 2000).
Das Auftreten von Mammakarzinommetastasen in den Lymphknoten war signifikant mit dem Auftreten von Isoformvarianten, insbesondere von CD44v4, v6 und v7 (BANKFALVI et al., 1998; MA et al., 2005) korreliert. Hingegen wurde von anderen keine Korrelation zwischen der Expression bestimmter Isoformvarianten, CD44v6, v4/5, und dem Metastasierungs-
potential nachgewiesen (REGIDOR et al., 1996). Mittels PCR wurde eine Korrelation zwischen der Expression von CD44-Isoformvarianten, jedoch nicht CD44v6, und dem Auftre- ten von Lymphknotenmetastasen festgestellt (GURIEC et al., 1997).
Eine Korrelation der Expression von CD44, unter anderen CD44v6, v7-v8, mit einer geringen Überlebensrate oder einem kürzeren, erkrankungsfreien Intervall wurde in mehreren Studien nachgewiesen (KAUFMANN et al., 1995; SINN et al., 1995; TEMPFER et al., 1996; MA et al., 2005; WATANABE et al., 2005).
Demgegenüber wurden auch positive Korrelationen zwischen dem CD44v6-Nachweis und einer längeren Überlebensrate oder einem längeren, rezidivfreien Intervall nachgewiesen (FRIEDRICHS et al., 1995; SCHUMACHER et al., 1996; BANKFALVI et al., 1998;
FOEKENS et al., 1999). Andere Isoformen, CD44v3, v4, v7 und v9, zeigten allerdings keine Korrelationen (BANKFALVI et al., 1998). Jedoch war auch die Expression von CD44s bei metastasenfreien Patientinnen mit Mammakarzinomen signifikant mit einer höheren Über- lebensrate korreliert, während keine Korrelation für CD44v6 festgestellt wurde (DIAZ et al., 2005), so dass CD44 als günstiger prognostischer Faktor angesehen wird.
Andere Studien hingegen stellten keine signifikanten Korrelationen zwischen der Expression von CD44s oder bestimmten Isoformvarianten, insbesondere CD44v6 und v9, und dem Alter der Patientinnen, der Tumorgröße, dem histologischen Subtyp, dem histopathologischen Grad, dem Steroidhormonrezeptorstatus, dem Lymphknotenstatus, dem rezidivfreien Intervall und der Gesamtüberlebensrate fest (FRIEDRICHS et al., 1995; CHARPIN et al., 1997;
JANSEN et al., 1998, TOKUE et al., 1998; MORRIS et al., 2001; BERNER et al,. 2003).
Diese Ergebnisse ergaben, dass CD44 keinen verlässlichen, prognostischen Marker darstellt.
Aus den dargestellten Untersuchungen wird deutlich, dass die prognostische Bedeutung von CD44 für Mammatumoren des Menschen letzendlich noch unklar ist.
2.3.3.4 CD44 in gesundem und tumorös verändertem Gewebe von Hunden
Über die CD44-Expression bei Tumoren von Hunden liegen nur wenige Angaben vor. Das Protein wird in normalem Lymphknotengewebe exprimiert (MILDE et al. 1994;
ALLDINGER et al., 1999). Bei Transplantationen wurde CD44 auf verschiedenen Immun- zellen immunhistochemisch nachgewiesen (SANDMAIER et al., 1990; SCHUENING et al., 1987; COBBOLD und METCALFE, 1994). Ein monoklonaler Antikörper, der sich gegen
22 Literaturübersicht
eine Makrophagen-/Monozyten-Zelllinie eines Hundes mit maligner Histiozytose richtet, die eine nicht näher charakterisierte mRNS von CD44s oder einer oder mehrerer Isoformen exprimiert, erkennt eine Vielzahl von Zellpopulationen: Zellen in der Marginalzone und in den periarteriolären Lymphozytenscheiden sowie vereinzelt in der Mantelzone, den Keim- zentren und der roten Pulpa der Milz, Zellen des Thymusmarkes, Zellen des Knochenmarkes, Kupffersche Sternzellen der Leber, sowie die weiße Substanz des Hirngewebes, Gefäßendo- thelien, einzelne, nicht näher definierte Zellen der Leptomeninx und Zellfortsätze in der zerebellären Molekularschicht, Einzelzellen des darmassoziierten, lymphatischen Gewebes und stromale Zellen intramuraler Ganglien (ALLDINGER et al., 1999). In granulomatösen Entzündungsherden zeigen Makrophagen, Plasmazellen und Lymphozyten eine immunhisto- logische Markierung. In verschiedenen anderen Organen und Geweben, u. a. Lunge, Niere, Pankreas, Nebenniere, Thyreoidea, Herz und Skelettmuskulatur, werden nur vereinzelt markierte Zellen entdeckt (ALLDINGER et al., 1999).
Eine deutliche Immunmarkierung wiesen alle Tumorzellen einer malignen Histiozytose und ca. 50% der Tumorzellen eines kaninen kutanen Histiozytoms auf (MOORE et al. 1996;
ALLDINGER et al., 1999). Eine Expression dieses Adhäsionsmoleküls in normalen resi- denten Langerhanszellen ist nicht nachweisbar (MOORE et al. 1996). In kaninen, benignen und malignen Melanomen sowie melanozytären Zelllinien wird CD44 exprimiert. In malignen Melanomen ist die Expression signifikant stärker als in den gutartigen Tumoren und zeigt sich vornehmlich in der Tumorperipherie, während in benignen Melanomen eine homogene Expression festzustellen ist (SERRA et al., 2004). Untersuchungen über das Vor- kommen und die Expression von CD44-Isoformen sind bislang noch nicht beschrieben.
Ebenso gibt es keine Daten über das Vorkommen von CD44 in Mammatumoren des Hundes.
2.4 Matrixmetalloproteinasen (MMPs) und ihre Inhibitoren (TIMPs)
2.4.1 Klassifikation, Funktionen und Aufbau
Matrixmetalloproteinasen (MMPs) wurden erstmals 1962 bei Experimenten mit Kaul- quappenschwänzen beobachtet (GROSS und LAPIERE, 1962). Seither wurden insgesamt 26 verschiedene MMPs bei Vertebraten entdeckt (BRINCKERHOFF et al., 2000), von denen 23 beim Menschen (WOESSNER, 2002; VISSE und NAGASE, 2003) und zahlreiche bei
unterschiedlichen Tierspezies nachgewiesen wurden, u. a. beim Hund, Katze, Maus, Ratte, Kaninchen, Schwein, Rind, Pferd und Huhn (MASSOVA et al., 1998). Auch bei wirbellosen Tieren, beispielsweise bei Süßwasserpolypen (Hydra sp.; LEONTOVICH et al., 2000) oder Seeigeln (Echinoidea; LEPAGE und GACHE, 1990), und in Pflanzen, zum Beispiel dem Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana; MAIDMENT et al., 1999) wurden sie gefunden.
MMPs sind zinkabhängige Endopeptidasen, die nahezu alle Proteine der EZM degradieren (Tab. 1; NAGASE und WOESSNER, 1999). Sie wurden erst nach ihrer Substratspezifität in Kollagenasen, Gelatinasen, Stromelysine und Matrilysine eingeteilt (YONG et al., 1998), dann numerisch gelistet (MMP-1, MMP-2 etc.) und anhand der Molekularstruktur und des Domänenaufbaus systematisch erfasst (Tab. 1; McCAWLEY und MATRISIAN, 2001;
EGEBLAD und WERB, 2002; STAMENKOVIC, 2003).
Die MMPs werden in acht Strukturklassen eingeteilt: fünf beinhalten diejenigen MMPs, die in den extrazellulären Raum sezerniert werden (Gruppe I-V, Tab. 1), und drei umfassen die MMPs, die an der Zellmembran lokalisiert sind (Gruppen VI-VIII, Tab. 1). In den Gruppen I- V unterscheidet man MMPs mit einfacher Hämopexin-Domäne (wie z.B. MMP-1, -3, -10, - 13), Gelatine-bindende MMPs (MMP-2 und -9), MMPs mit minimaler Domäne (MMP-7, - 26), Furin-aktivierte, sezernierte MMPs (MMP-11 und -28) und MMPs mit Vitronektin- ähnlichen Einschüben (MMP-21; EGEBLAD und WERB, 2002). Die membran-assoziierten MMPs ("membrane-type"-MMPs, MT-MMPs) werden je nach Bindungstyp in Typ I- transmembrane MMPs (MMP-14 bis -16, MMP-24), Typ II-transmembrane MMPs (MMP- 23) und GPI-(Glycosyl-Phosphatidyl-Inositol)-verankerte MMPs (MMP-17, MMP-25) unterteilt (SOMERVILLE et al., 2003).
Außer den in Tabelle 1 aufgeführten Molekülen der EZM können MMPs zahlreiche, nicht- EZM-Moleküle spalten, u. a. Wachstumsfaktor-Vorstufen, Bindungsproteine und membran- ständige Adhäsionsrezeptoren (McCAWLEY und MATRISIAN, 2001), den "heparin-binding endothelial growth factor" (HB-EGF), das "insulin-like growth factor binding protein" (IGF- BP), E-cadherin, CD44 und das "intercellular adhesion molecule-1" (ICAM-1; MANES et al., 1997; SUZUKI et al., 1997; KAJITA et al., 2001; NOE et al., 2001; FIORE et al., 2002).
24 Literaturübersicht
Tab. 1 Systematische Einteilung der Matrix-Metalloproteinasen (MMPs) DIE FAMILIE DER MATRIX-METALLOPROTEINASEN (MMPS) MMP-Strukturklassen MMP-Bezeichnungen EZM-Substrate
(Auswahl) (Auswahl) I - MMPs mit einfacher Hämopexin-Domäne
MMP-1 Kollagenase-1, Kollagen Typ I-III, VII, VIII, X, XI
Interstitielle Kollagenase Gelatine, Fibronektin
basisches Myelinprotein ("myelin basic protein", MBP), Vitronektin, Laminin, Aggrekan
MMP-3 Stromelysin-1, Transin-1 Kollagen Typ II-V, IX, MBP, Gelatine, Elastin, Fibronektin, Vitronektin, Laminin
MMP-8 Kollagenase-2, Kollagen Typ I-III, Aggrekan
Neutrophile Kollagenase
MMP-10 Stromelysin-2, Transin-2 Kollagen Typ III-V, Gelatine, Elastin, Fibronektin, Aggrekan
MMP-12 Metalloelastase Kollagen Typ I, IV, MBP,
Makrophagen-Elastase Gelatine, Elastase, Fibronektin
MMP-13 Kollagenase-3 Kollagen Typ I-V, IX-XI, Gelatine,
Fibronektin, Aggrekan, Perlekan, Tenascin
MMP-18 Kollagenase-4 (Xenopus) Kollagen Typ I (Ratte)
MMP-19 RASI-1 ("Rheumatoid arthritis Kollagen Typ I, IV, Gelatine, synovial inflammation") Laminin, Entaktin, Aggrekan
MMP-20 Enamelysin Amelogenin, Aggrekan
MMP-22 CMMP ("Chicken MMP", Gallus) Casein, Gelatine
MMP-27 nicht bekannt
II - Gelatine-bindende MMPs
MMP-2 Gelatinase A, Kollagen Typ I, III-V, VII, X,
72 kDa Typ IV Kollagenase XI, XIV, Gelatine, Fibronektin, 72-kDa Gelatinase Elastin, Entaktin, Laminin, Tenascin, MBP MMP-9 Gelatinase B, 92-kDa Gelatinase Kollagen Typ IV, V, VII, X, XI,
92 kDa Typ IV Kollagenase XIV, Gelatine, Elastin, MBP,
Vitronektin, Laminin, Aggrekan, Versikan
Tab. 1 (Fortsetzung)
DIE FAMILIE DER MATRIX-METALLOPROTEINASEN (MMPS) MMP-Strukturklassen MMP-Bezeichnungen EZM-Substrate
(Auswahl) (Auswahl) III - MMPs mit minimaler Domäne
MMP-7 Matrilysin, Matrin, PUMP1 Kollagen Typ I-V, Gelatine
("putative metalloproteinase") MBP, Elastin, Fibronektin, Vitronektin, Laminin
MMP-26 Matrilysin-2, Endometase Kollagen Typ IV, Gelatine,
Fibronektin, Vitronektin
IV - Furin-aktivierte, sezernierte MMPs
MMP-11 Stromelysin-3 Gelatine, Fibronektin, Laminin
MMP-28 Epilysin, Neurolysin Casein
V - MMPs mit Vitronektin-ähnlichen Einschüben
MMP-21 Homolog des Xenopus XMMP nicht bekannt
VI - Typ I-transmembrane MMP
MMP-14 MT1-MMP, MT-MMP-1 Kollagen Typ I-III, Gelatine,
Fibronektin, Tenascin, Laminin
MMP-15 MT2-MMP, MT-MMP-2 Fibronkektin, Tenascin,
Entaktin, Laminin, Aggrekan
MMP-16 MT3-MMP, MT-MMP-3 Kollagen Typ I, III, Gelatine,
Fibronektin, Vitronektin
MMP-24 MT5-MMP, MT-MMP-5 Fibronektin, Gelatine,
Chondroitinsulfat- Proteoglykan (CSP)
VII - Glycosyl-Phosphatidyl-Inositol (GPI) - verankerte MMPs
MMP-17 MT4-MMP, MT-MMP-4 Gelatine
MMP-25 MT6-MMP, MT-MMP-6 Kollagen Typ IV, Gelatine,
Fibronektin, CSP
VIII - Typ II-transmembrane MMPs
MMP-23 "cysteine array"-MMP (CA-MMP) Gelatine
(nach STERNLICHT und WERB, 2001; EGEBLAD und WERB, 2002; WOESSNER, 2002; McCAWLEY und MATRISIAN, 2001)
26 Literaturübersicht
MMPs sind auch in der Lage Immunglobulin G zu degradieren und können dadurch die antigenvermittelte Aktivierung des Komplementsystems hemmen (GEARING et al., 2002), sequestriertes VEGF für die Angiogenese mobilisieren (BERGERS et al., 2000) sowie verschiedene Interleukine und ihre Rezeptoren (z.B. IL-2α und -8) aktivieren oder inhibieren (OPDENAKKER et al., 2001; SHEU et al., 2001 STAMENKOVIC, 2003).
Strukturell besitzen alle MMPs ein relativ konserviertes Baukonzept aus der sogenannten minimalen MMP-Struktur, die aus einer N-terminalen Signalsequenz, einer Propeptid- Domäne und einer katalytischen Domäne besteht. Viele MMPs haben zusätzliche Strukturen, beispielsweise die Hämopexin-Domäne, Furin-Spaltungsstellen und die so genannte "hinge"- Region, bei der es sich um prolinreiche Verbindungspeptide zwischen der katalytischen und der Hämopexin-Domäne handelt. Die Hämopexin-Domäne besteht aus einem flachen, ellipsoidalen Molekül, das eine vierarmige β-Propellerstruktur besitzt (GOMIS-RÜTH et al., 1996), die von den Kollagenasen für die Spaltung von dreifach helikalen Kollagenen benötigt wird. Darüber hinaus ist MMP-2 auf die Hämopexin-Domäne für die MT1-MMP (MMP-14)- vermittelte Aktivierung von pro-MMP-2 an der Zelloberfläche angewiesen (MURPHY et al., 1992; STRONGIN et al., 1995). Außerdem ist sie für einige MMPs für die Bindung von TIMPs und bestimmten Substraten von Bedeutung, z. B. Bindung von TIMP-1 an die Hämopexin-Domäne von MMP-9 und von TIMP-2 an die von MMP-2 (VISSE und NAGASE, 2003). Die Bindung an Gelatine wird durch Einschübe von Fibronektin II innerhalb der katalytischen Domäne vermittelt (NAGASE und WOESSNER, 1999).
2.4.2 Klassifikation, Funktionen und Aufbau der TIMPs
Die "Tissue inhibitors of metalloproteinases" (TIMPs) sind in die EZM sezernierte Enzyme, die zur Familie I35 des Peptidasen-Inhibitor-Clans IT gehören und spezifische, funktionelle Antagonisten der MMPs darstellen (RAWLINGS et al., 2002). Bislang sind vier verschiedene TIMPs bekannt (STETLER-STEVENSON et al., 1989; YONG et al., 1998; BREW et al., 2000; VISSE und NAGASE, 2003), die jedoch in ihrer Affinität zu den einzelnen MMPs variieren. TIMP-1 und TIMP-2 können alle bisher bekannten MMPs inhibieren.
Den TIMPs wird eine besondere Bedeutung für die Aufrechterhaltung des Gleichgewichts zwischen Bildung und Abbau der EZM unter physiologischen Bedingungen beigemessen (GOMEZ et al., 1997; BREW et al., 2000; BAKER et al., 2002). Sowohl TIMP-1 als auch
