Bei der Strahlentherapie fortgeschrittener Tumoren im Kopf-Hals-Bereich gilt die radiogene Mucositis enoralis als schwerwiegende und dosislimitierende frühe Nebenwirkung. Sehr häufig führt sie zu einer Unterbrechung der Behandlung, mit der Folge einer Reduktion der Tumorheilungschancen. Während einer fraktionierten Strahlenexposition kommt es in der Mundschleimhaut zu einer erhöhten Expression des Epidermalen Wachstumsfaktors (Epidermal Growth Factor, EGF) und dessen Rezeptors (EGFR). Durch eine Blockade des EGFR, als anerkannte Strategie zur Verbesserung der Tumorheilung, besteht deshalb die Gefahr, dass es zu einer Verschlimmerung der Schleimhaut-Nebenwirkungen kommt. Der Einsatz von Keratinozyten-Wachstumsfaktor (KGF) zeigt positive Ergebnisse bezüglich einer Reduktion der Schleimhautveränderungen. In dieser Arbeit wird deshalb im Tiermodell einerseits die Auswirkung einer Blockade des EGFR auf die Schleimhautreaktion, und andererseits eine mögliche Interaktion der Blockade mit der schleimhautschützenden Wirkung von KGF untersucht. Insgesamt kann keine signifikante Veränderung der Schleimhauttoleranz durch die EGFR-Inhibition mittels BIBX1382BF innerhalb der ersten beiden Wochen einer fraktionierten Bestrahlung festgestellt werden; lediglich das Auftreten ulzerativer Läsionen nach der zweiten Woche ist vorverlagert

Bei der Strahlentherapie fortgeschrittener Tumoren im Kopf-Hals-Bereich gilt die radiogene Mucositis enoralis als schwerwiegende und dosislimitierende frühe Nebenwirkung. Sehr häufig führt sie zu einer Unterbrechung der Behandlung, mit der Folge einer Reduktion der Tumorheilungschancen. Während einer fraktionierten Strahlenexposition kommt es in der Mundschleimhaut zu einer erhöhten Expression des Epidermalen Wachstumsfaktors (Epidermal Growth Factor, EGF) und dessen Rezeptors (EGFR). Durch eine Blockade des EGFR, als anerkannte Strategie zur Verbesserung der Tumorheilung, besteht deshalb die Gefahr, dass es zu einer Verschlimmerung der Schleimhaut-Nebenwirkungen kommt. Der Einsatz von Keratinozyten-Wachstumsfaktor (KGF) zeigt positive Ergebnisse bezüglich einer Reduktion der Schleimhautveränderungen. In dieser Arbeit wird deshalb im Tiermodell einerseits die Auswirkung einer Blockade des EGFR auf die Schleimhautreaktion, und andererseits eine mögliche Interaktion der Blockade mit der schleimhautschützenden Wirkung von KGF untersucht. Insgesamt kann keine signifikante Veränderung der Schleimhauttoleranz durch die EGFR-Inhibition mittels BIBX1382BF innerhalb der ersten beiden Wochen einer fraktionierten Bestrahlung festgestellt werden; lediglich das Auftreten ulzerativer Läsionen nach der zweiten Woche ist vorverlagert

Die strahleninduzierte Mucositis enoralis ist eine der bedeutendsten und häufig dosislimitierenden frühen Nebenwirkungen der Strahlentherapie fortgeschrittener Kopf Hals Tumoren. Bis heute hat sich noch kein allgemein gültiges Konzept zur Therapie und Prophylaxe der Mundschleimhautentzündung durchsetzen können. Ein Ansatz zur selektiven, auf der Tumorbiologie beruhenden Beeinflussung der Strahlenempfindlichkeit von Tumoren ist die Blockade des epidermalen Wachstumsfaktor-Rezeptors (EGFR). In Kombination mit Strahlentherapie sollen so die lokale Tumorkontrolle und die Heilungschancen verbessert werden. Die Wirkung der Tyrosinkinase-Inhibitoren BIBX1382BF und Erlotinib auf histomorphologische Parameter in der Mundschleimhaut sowie auf die Expression der als Stammzellmarker diskutierten Proteine p63, Integrin β1 und CD44 wurde in der vorliegenden Arbeit im Vergleich zur alleinigen fraktionierten Bestrahlung untersucht. Für die histologischen Studien erfolgte die zweiwöchige fraktionierte Bestrahlung der Schnauzen von Mäusen des Inzuchtstammes C3H/Neu mit zehn Fraktionen zu je 3 Gy (Tag 0-4, Tag 7-11). Die Versuche gliederten sich in vier Gruppen: • I/A (54 Tiere) und II/A (40 Tiere): fraktionierte Bestrahlung, keine weitere Behandlung • I/B (51 Tiere): fraktionierte Bestrahlung, zusätzlich orale Gabe von BIBX1382BF, 50 mg/kg KG per os, von Tag 0-14 je 30 min nach der Bestrahlung • II/B (35 Tiere): fraktionierte Bestrahlung, zusätzlich orale Gabe von Erlotinib, 50 mg/kg KG per os, von Tag 0-11 je 30 min nach der Bestrahlung. Die Entnahme der Zungen erfolgte im Versuch I bei jeweils drei Tieren pro Tag von Tag 0 bis Tag 17. Im Versuch II wurden an den Tagen 0, 2, 4, 6, 8, 10, 12 und 14 jeweils die Zungen von fünf Tieren entnommen. Anschließend folgten die Fixierung der Zungen in Formalin, die Einbettung in Paraffin und die Anfertigung 3 µm dicker Gewebeschnitte. Die Zungenpräparate wurden für die histologischen Untersuchungen mit Hämatoxylin-Eosin gefärbt. Für die immunhistochemischen Färbungen wurde die ABC-Methode eingesetzt. Das Epithel der Zungenunterseite wurde lichtmikroskopisch hinsichtlich Zellzahl, Schichtdicke und Expression der potentiellen Stammzellmarker p63, Integrin β1 und CD44 ausgewertet. Aufgrund der geringen Gruppengröße (Versuch I: drei Tiere pro Datenpunkt; Versuch II: fünf Tiere pro Datenpunkt) wurde auf eine eingehende statistische Testung verzichtet. Die vorliegende Arbeit beschränkt sich auf eine beschreibende Darstellung des Verlaufs der Einzelparameter über den Gesamtzeitraum. Die Zellzahlen verringerten sich während der ersten Bestrahlungswoche auf 60-70 % der Ausgangswerte, stagnierten in der zweiten Woche und stiegen schließlich bis zum Ende der Nachbeobachtung wieder an. Zwischen den nur bestrahlten und den zusätzlich mit BIBX1382BF behandelten Tieren war kein Unterschied feststellbar. Ein gleichsinniger Verlauf war auch in Versuch II zu beobachten, wobei die Zellzahlen der mit Erlotinib behandelten Tiere in der Funktionsschicht durchgängig höher ausfielen als in Versuchsreihe A. Die Dicke des Gesamtepithels bzw. der einzelnen Epithelschichten zeigte im Versuch I unter Bestrahlung große individuelle Schwankungen. Unter zusätzlicher BIBX1382BF-Gabe wurden oft niedrigere Werte gemessen. Im Versuch II blieb die Dicke des Gesamtepithels unter Fraktionierung konstant. Von Tag 0-12 wurden bei zusätzlicher Erlotinib-Applikation geringere Werte der Gesamtdicke gemessen als unter alleiniger Bestrahlung, ansonsten fielen die Veränderungen der Epitheldicke unabhängig von der Erlotinib-Gabe gering aus. Der kurzzeitigen, mit dem allgemeinen Zellverlust einhergehenden Verringerung der p63-Expression zu Beginn der Bestrahlung folgt bis zum Ende des Beobachtungszeitraumes die Normalisierung der p63-positiven Zellen. Mit EGFR-Blockade sind gegenüber der alleinigen Bestrahlung keine Unterschiede in der p63-Expression festzustellen. Die Integrin β1-Expression nahm im Verlauf der Bestrahlung ab. Unter EGFR-Blockade mit BIBX1382BF zeigte sich an den Tagen 2-9 und 12-16 ein schwächeres Färbesignal als im fraktioniert bestrahlten Epithel, was für eine mögliche Interaktion des EGF-Rezeptors mit Integrin β1 spricht. Im Versuch II waren unabhängig von der Erlotinib-Gabe keine Unterschiede in der Expression von Integrin β1 feststellbar. Die CD44-Expression im Epithel wurde durch Bestrahlung gefördert. Übereinstimmend konnte in der vorliegenden Arbeit in beiden Versuchen eine Steigerung der CD44-Färbeintensität über den jeweiligen Referenzbereich festgestellt werden. Eine Blockade der EGFR-Aktivität durch Erlotinib reduzierte die Expression von CD44, wie in Versuch II/B im initialen Abfall der CD44-Färbeintensität deutlich wurde. Doch schon ab Tag 4 wurden im Versuch II/A und II/B gleich starke Färbesignale für CD44 erfasst. Insgesamt ergaben sich unter EGFR-Inhibition mittels BIBX1382BF oder Erlotinib keine Hinweise auf Veränderungen der untersuchten Parameter während einer zweiwöchigen fraktionierten Bestrahlung. Ob diese Ergebnisse auch auf andere Tyrosinkinase-Inhibitoren bzw. unterschiedliche Wirkstoffklassen (z. B. Anti-EGFR-Antikörper) übertragbar sind, muss in weiteren Studien untersucht werden. / Radiation-induced oral mucositis is one of the most important and often dose limiting early side effects of radiotherapy of advanced tumours in the head-and-neck region. To this day, no general concept for therapy and prophylaxis of the oral mucositis has been established. The inhibition of the epidermal growth factor receptor (EGFR) is one approach to a selective increase of the radiosensitivity of tumours based on the tumour biology. In combination with radiotherapy, application of EGFR-inhibitors is supposed to increase the local tumour control and the chances of cure. The aim of the present study was to investigate the effect of the tyrosine kinase inhibitors BIBX1382BF and Erlotinib on the radiation response of the oral mucosa and on the expression of different proteins that are discussed to be markers of epithelial stem cells. For the histological studies, the snouts of C3H/Neu mice were irradiated with ten daily fractions of 3 Gy over two weeks (on days 0-4, 7-11). The experiments comprised four treatment groups: • I/A (54 animals) and II/A (40 animals): fractionated irradiation, no further treatment • I/B (51 animals): fractionated irradiation, administration of BIBX1382BF, 50 mg/kg per os, once daily (days 0-14) 30 min after the radiation treatment • II/B (35 animals): fractionated irradiation, administration of Erlotinib, 50 mg/kg per os, once daily (days 0-11) 30 min after the radiation treatment. Between day 0 and 17, three animals of the groups I/A and I/B were euthanised per day. In the experimental arms II/A and II/B five mice were killed on day 0, 2, 4, 6, 8, 10, 12 and 14, respectively. The tongues were excised, fixed in formalin, embedded in paraffin and 3 µm thick sections were prepared. Subsequently, the tongue sections were stained with haematoxylin and eosin or with an ABC kit to visualise proteins of interest. The epithelium of the lower tongue was examined by light microscopy regarding the following parameters: cell numbers, thickness of epithelial layers and expression of the potential stem cell markers p63, integrin β1 and CD44. Due to the limited number of animals per data point (experiment I: three mice per data point; experiment II: five mice per data point), a detailed statistical analysis was not performed. The present study is determined to describe the parameter variations over the observation period. Cell numbers decreased to 60-70 % of the pre-treatment control values within the first week of irradiation alone, remained constant in the second week, and then slowly increased until the end of the observation period. There was no difference between radiotherapy alone or combined treatment with BIBX1382BF. In experiment II similar observations were made with higher cell numbers in the functional layer of the epithelium of the Erlotinib treated animals than in the irradiated group. The thickness of the epithelium and its individual layers showed high inter individual differences in experiment I. In treatment group I/B, lower values of thickness were often detected in comparison to group I/A. In experiment II the thickness of the epithelium remained constant under fractionated irradiation. Between day 0 and 12 the Erlotinib treatment slightly decreased the thickness of the whole epithelium in comparison to the irradiated group. Besides, there were only minor changes in the thickness of the different layers. Associated with the general loss of cells, radiation treatment led to a transient decrease in the expression of p63. The number of p63-positive cells recovered until the end of the observation period. A similar expression pattern of p63-positivity was found independent of EGFR inhibition. The expression of integrin β1 decreased during fractionated irradiation. On days 2-9 and 12-16, the changes were more pronounced in combination with BIBX1382BF treatment which indicates a potential interaction of the EGF receptor with integrin β1. In experiment II, no differences between the exclusively irradiated group and the combined treatment with Erlotinib were found for the expression patterns of integrin β1. Irradiation alone resulted in a higher epithelial expression of CD44. Accordingly, a general increase of CD44 staining intensity was observed in both experiments exceeding control values. Due to the EGFR inhibition with Erlotinib, the expression of CD44 initially decreased. However, by day 4 no persisting differences in staining intensity could be observed independent of EGFR inhibition. In summary, EGFR inhibition via BIBX1382BF or Erlotinib did not result in alterations of the analysed parameters during two weeks of fractionated irradiation. Further studies are required to demonstrate if the present findings are transferable to other tyrosine kinase inhibitors or different substance classes (e.g. inhibiting receptor antibodies).

Le cancer colorectal (CCR) est la troisième maladie maligne la plus fréquente et la deuxième cause de décès par cancer. La famille des récepteurs tyrosine kinases transmembranaires ErbB a été identifiée comme l'un des principaux moteurs du développement et de la progression du CCR et l'un de ses membres les plus connus, le récepteur du facteur de croissance épidermique (EGFR / ERBB1 / Her1), considéré comme l'une des cibles les plus importantes en traitement CRC. Deux autres membres de la famille ErbB, les récepteurs Her2 et Her3, apparaissent également comme de nouvelles cibles importantes pour le CRC en raison de la mutation somatique, de l’amplification génique ou de la résistance aux traitements anti-EGFR. La protéine transmembranaire, Fas (TNFRSF6 / CD95), est un membre de la superfamille des récepteurs du facteur de nécrose tumorale (TNFRSF). Il peut transmettre des signaux multiples qui mènent à des destins de cellules complètement différents. Selon les contextes cellulaires, Fas initie la mort cellulaire par apoptose, essentielle pour arrêter les réponses immunitaires chroniques et prévenir l'auto-immunité et le cancer, ou pour stimuler la survie, la prolifération et la motilité des cellules, ce qui favorise l'auto-immunité, la croissance cancéreuse et les métastases. Avec des preuves de plus en plus nombreuses de la signalisation pro-survie médiée par Fas, les activités de promotion du cancer chez les patients atteints de cancer sont maintenant reconnues comme étant significatives et cliniquement pertinentes. Bien que cette polyvalence de signalisation ait été particulièrement bien démontrée dans le cancer du côlon, les mécanismes moléculaires qui sous-tendent les voies de survie sont encore largement inconnus. Dans ce contexte, l'objectif principal de mon doctorat Le projet visait à étudier l’importance du crosstalks entre les membres de la famille Fas et ErbB et, plus particulièrement, à déterminer si la signalisation Fas pouvait influencer la signalisation de l’EGFR favorisant le cancer.Plus précisément, je décris comment l’état de phosphorylation de la tyrosine Fas influence fortement la signalisation de la voie EGFR dans les cellules colorectales. Mes données démontrent que Fas dans son état prosurvival, phosphorylé à Y291 (pY291-Fas), interagit en effet avec EGFR et que cette interaction intensifie significativement la signalisation de l'EGFR dans les cellules cancéreuses colorectales anti-EGFR via la voie Yes-1 / STAT3. Le pY291-Fas s'accumule dans le noyau lors du traitement par EGF et favorise la localisation nucléaire du phospho-EGFR et du phospho-STAT3, l'expression de la cycline D1, l'activation des voies Akt et MAPK médiées par STAT3 et enfin la prolifération et la migration cellulaires. De plus, je découvre également le rôle potentiel que Her3 pourrait jouer avec Fas dans la libération des cellules cancéreuses colorectales de l'inhibition anti-EGFR.Tous ensemble mon doctorat des études permet de mieux comprendre le rôle des voies de survie de Fas dans la signalisation ErBb dans le CRC. Fait important, en démontrant un lien entre l'émergence d'une résistance aux traitements anti-ErbB et le signal de Fas pro-survie, mon travail justifie le développement d'une thérapie ciblée Fas / phospho-Fas comme nouvelle option thérapeutique pour surmonter les anti-EGFR, chez les patients présentant une résistance anti-EGFR secondaire. / Colorectal cancer (CRC) is the third most common malignant disease and the second most frequent cause of cancer-related death. The ErbB family of transmembrane receptor tyrosine kinases has been identified as a major driver of the development and progression of CRC and one its best-known member, the epidermal growth factor receptor (EGFR /ERBB1/Her1), considered one of the most important targets in CRC treatment. Two others members of the ErbB family, the receptors Her2 and Her3, also emerge as important new targets for CRC due to the somatic mutation, gene amplification or resistance to the anti-EGFR therapies. The transmembrane protein, Fas (TNFRSF6/CD95), is a member of the tumor necrosis factor receptor superfamily (TNFRSF). It can transmit multiple signals that lead to completely different cell fates. Depending on cellular contexts, Fas either initiates cell death by apoptosis, which is essential for shutting down chronic immune responses and preventing autoimmunity and cancer, or stimulates cell survival, proliferation, and motility, which can promote autoimmunity, cancer growth, and metastasis. With increasing evidence of Fas-mediated pro-survival signaling, the cancer-promoting activities of Fas are now recognized as significant and clinically relevant. While this signaling versatility has been particularly well demonstrated in colon cancer, the molecular mechanisms underlying the survivals pathways are still largely unknown. In this context, the main aim of my Ph.D. project was to study the importance of the crosstalks between Fas and the ErbB family members and more specifically to determine whether the Fas signaling could influence the cancer-promoting signaling of EGFR.More precisely, I describe how the Fas tyrosine phosphorylation status strongly influences the signaling of the EGFR pathway in colorectal cells. My data demonstrate that Fas in its prosurvival state, phosphorylated at Y291 (pY291-Fas), indeed interacts with EGFR and that this interaction significantly intensifies EGFR signaling in anti-EGFR-resistant colorectal cancer cells via the Yes-1/STAT3-mediated pathway. The pY291-Fas accumulates in the nucleus upon EGF treatment and promotes the nuclear localization of phospho-EGFR and phospho-STAT3, the expression of cyclin D1, the activation of STAT3-mediated Akt and MAPK pathways, and finally the cell proliferation and migration. Additionally, I also uncover the potential role that Her3, may play along with Fas, in the colorectal cancer cell escape from anti-EGFR inhibition. All together my Ph.D. studies provide a better understanding of the role of the Fas survival pathways in the ErBb signaling in CRC. Importantly, by demonstrating a connection between the emergence of resistance to anti-ErbB therapies and the Fas pro-survival signal, my work provides a rationale for the development of Fas/phospho-Fas targeted therapy as a new therapeutic option for overcoming anti-EGFR, in patients with secondary anti-EGFR resistance.