Auf dem Weg vom Primärtumor zur systemischen Metastasierung, der Haupttodesursache von Krebserkrankungen, ist die Einzelzellmigration von Tumorzellen durch dreidimensionales Bindegewebe ein entscheidender Schritt. Die vorliegende Arbeit zeigt Untersuchungen zur Tumorzellmigration und –plastizität in einem 3D-Migrationsmodell. Kleine G-Proteine kontrollieren Zytoskelettfunktionen, insbesondere Aktinpolymerisation und die Bildung von Zellprotrusionen durch Rac sowie Actomyosinkontraktion durch Rho. Durch pharmakologische Inhibitoren von Rac und dem Rho-Effektor ROCK soll deren Bedeutung für Einzelzellmigration in einem dreidimensionalen Modell und vor allem der Effekt auf Morphologie, Plastizität und Migration von Tumorzellen geklärt werden. Nach Inhibition von ROCK zeigen hochinvasive HT1080 Fibrosarkomzellen einen multipolar-dendritischen und sessilen Phänotyp. Nach Hemmung von Rac wird hingegen ein rundlicher, aber ebenfalls apolarer und sessiler Phänotyp induziert. Bei simultaner Inhibition von Rac und ROCK entstehen rundliche, apolare, sessile Zellen mit abortiven Pseudopodien. Wird das Gleichgewicht von Rac und ROCK durch konstitutive Aktivierung von ROCK gestört, so entsteht eine zweigeteilte Population, bestehend aus rundlichen Zellen, die Blebs bilden, und langgezogenen Zellen. Nach Sortierung nach ihrem ß1-Integrinexpressionsniveau zeigten Zellen mit niedriger Integrin-Expression einen rundlichen Migrationstyp mit blasenartigen dynamischen Protrusionen, während Zellen mit hoher Integrin-Expression langgezogen-mesenchymal migrierten. Somit steuern ROCK und Rac gemeinsam und zeitgleich die mesenchymale Einzelzellmigration. Während Rac Protrusion vermittelt, ist ROCK für Kontraktilität und Retraktion verantwortlich. Erst durch Koordination von Rac und Rho/ROCK entsteht somit Polarität und 3D mesenchymale Migration. / In the development from a primary tumor to metastatic dissemintation, which is the main cause of death from cancer, single cell migration through three-dimensional tumor stroma is an essential step. This work presents data concerning tumor cell migration and plasticity in a three-dimensional migration model. Small G-proteins control cytosceletal functions, especially actin polymerisation and the formation of cell protrusions through Rac as well as actomyosin contractility through Rho. Using pharmacological inhibitors of Rac and the Rho effector ROCK their impact on single-cell-migration in a three-dimensional model and particularly on morphology and plasticity of migration of tumor cells should be clarified. After inhibition of ROCK highly invasive HT1080 fibrosarcoma cells show a multipolar-dendritic and sessile phenotype. Inhibtion of Rac however induced a rounded phenotype which was also apolar and sessile. Simultaneous inhibition of ROCK and Rac resulted in rounded, apolar, sessile cells with abortive pseudopods. After disturbing the balance of ROCK and Rac by constitutive activation of ROCK, a divided population of cells developed, consisting of rounded, blebby cells and elongated cells. After sorting the cells according to their level of ß1-integrin expression, cells with low expression of integrins adopted a rounded type of migration with blebby dynamic protrusions, whereas cells with high integrin expression migrated in a elongated-mesenchymal way. Thus ROCK and Rac control together and simultaneously mesenchymal single cell migration. While Rac mediates protrusion, ROCK is responsible for contractility and retraction. Consequently only by coordination of Rho/ROCK and Rac polarity and mesenchymal 3D migration becomes possible.

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