University, Diss., 2006--Giessen.

The aim of the present study was to design different dosage forms as carrier systems to deliver sorafenib to the lung of BXB-23 transgenic mice using different routes of administration. Three dosage forms were used one of them was an oil-in-water emulsion and the oral route was chosen for this experiment. The other delivery system was a liposome preparation for intratracheal instillation. In this case the oral route was considered as a control experiment. The last dosage form was PLGA microspheres. Before sorafenib administration it was important to develop a HPLC method to assess sorafenib absorption after its administration and to determine its concentrations in mouse serum. The HPLC method allowed sorafenib quantification in small volumes (30 µl) of mouse serum and tissues. The developed HPLC method was validated resulting in satisfactory selectivity, good linearity, good accuracy and precision over the concentration range examined. Sorafenib was successfully incorporated in a fat emulsion (o/w) using a traditional method resulting in a white homogenous emulsion and no particle aggregation was observed. Sorafenib exhibited antitumor activity on the lung adenoma in BXB-23 transgenic mice when administered orally (2 mg sorafenib per mouse) in the emulsion preparation. The determined effect was an approximately 29 % reduction in the tumor area of the adenoma foci and a proliferation reduction. In order to improve the pharmacological effects of sorafenib on the lung adenoma in BXB-23 mice, the targeting of sorafenib directly to the site of action (the lung) was an attractive concept. For this purpose the intratracheal route was used. Since sorafenib administration by instillation required incorporation of sorafenib in a dosage form suitable for its lipophilic nature, a liposome suspension was the second dosage form used. A lyophilization method was employed for sorafenib liposome preparation utilizing dilauroylphosphatidylcholine (DLPC) which is safe and tolerable for the lung. Incorporation of sorafenib in the liposomes did not influence the particle size and its distribution. The sorafenib liposomes showed high encapsulation efficiency, good stability at 4 °C for one month and satisfactory in vitro release properties and inhibited Raf-1 mediated activation of ERK in cell culture assay. In a pharmacokinetic experiment sorafenib loaded liposomes were instilled directly into the lung. The results revealed that a significant level of sorafenib was achieved in the lung tissues after 2 hours and then reduced after 48 h and remained nearly constant for one week. On the other hand, only traces of sorafenib were found in the mice serum up to 48 h. Subsequently, the pharmacological activity of sorafenib (1 mg per mouse) was studied when delivered in a liposomal suspension intratracheally to treat the lung adenoma of BXB-23 mice. The data of this experiment demonstrated that sorafenib intratracheal instillation resulted in a reduction of tumor area of adenoma foci (67 %) and an elevation of the percent of apoptotic cells. In contrast, prolongation of the treatment period did not further enhance sorafenib activity on the lung adenoma. This previous finding suggested a development of multidrug resistance (MDR) by the adenoma foci cells against sorafenib instillation, which was examined by immunohistochemistry staining. The percent of MDR positive cells was higher after two and three weeks sorafenib liposome instillation treatment than that after one week treatment. The last dosage form used for sorafenib was microspheres, which were prepared by emulsion-diffusion-evaporation method using biodegradable PLGA 50:50 resulting in a white lyophilized powder. The system was characterized physicochemically and revealed a good microspheres yield, high encapsulation efficiency, a homogenous particle size distribution and slow in vitro release of sorafenib. The other strategy studied in the present research project was gene delivery to target the lung bearing tumor of BXB-23 mice using a non-viral vector (polyethylenimine). Polyethylenimine (PEI) was used to investigate its efficiency in transfecting lung bearing tumor of BXB-23 mice model and its ability to transfect the adenoma foci cells. LacZ, which encodes Beta-galactosidase was used in the present study as a reporter gene and was complexed with PEI before delivered intravenously. A high LacZ expression in the alveolar region with some expression in the adenoma foci was observed. On contrary, a low LacZ expression in the alveoli and in the adenoma foci was achieved after instillation of the same polyplex intratracheally. / Das Ziel der vorliegenden Dissertation war es, verschiedene galenische Darreichungsformen als Trägersystem für Sorafenib zu entwickeln, um den direkten Transport des Arzneistoffes zum Zielorgan Lunge von BXB-23 transgenen Mäusen zu ermöglichen. Für die verschiedenen Applikationswege wurden drei Darreichungsformen gewählt. Eine Öl-in-Wasser-Emulsion sollte oral verabreicht werden. Für die intratracheale Instillation wurde ein liposomales Präparat gewählt. Die letzte Darreichungsform stellten PLGA Mikrosphären dar. Um die Absorption von Sorafenib nach Administration bestimmen zu können, wurde die Konzentration des Arzneistoffes im Mäuseserum gemessen. Zur Quantifizierung von Sorafenib in einem geringen Volumen Serum und in Gewebe wurde eine HPLC-Methode entwickelt und validiert. Sorafenib wurde erfolgreich in eine Fettemulsion (o/w) mittels einer traditionellen Methode eingearbeitet. Nach oraler Verabreichung der Emulsion (2 mg/Maus) zeigte Sorafenib auf Lungenadenome eine Antitumor-Aktivität, wobei eine Reduktion der Tumorfläche der Adenomfoci um etwa 29 % und eine Reduktion der Proliferation verzeichnet werden konnte. Zur Verbesserung der pharmakologischen Effekte von Sorafenib auf die Lungenadenome in BXB-23 Mäusen zu verbessern, sollte Sorafenib direkt dem Zielorgan Lunge zugeführt werden. Zu diesem Zweck wurde der intratracheale Administrationsweg gewählt. Da die Instillation von Sorafenibaufgrund seiner lipophilen Natur nur durch Einschluß in eine andere Darreichungsform zu erreichen ist, wurde für die zweite Darreichungsform eine Liposomen-Suspension verwendet. Für die Zubereitung von Sorafenib in Liposomen wurde eine Lyophilisierungsmethode unter Verwendung von DPLC erarbeitet. Die Einschluss-Effektivität der Sorafenib-beladenen Liposomen war hoch und zeigte bei 4°C eine gute Stabilität für einen Monat. Die erzielten Effekte bei der in vitro Freisetzung und die Hemmung der von Raf1-induzierten Aktivierung von ERK in Zellkulturexperimenten lieferten zufrieden stellende Ergebnisse. In einem pharmakokinetischen Experiment wurden mit Sorafenib beladenen Liposomen direkt in die Lunge appliziert. Die Ergebnisse zeigten, dass nach 2 h eine signifikante Konzentration von Sorafenib im Lungengewebe erreicht wurde. Nach 48 h nahm diese Konzentration ab und blieb dann für eine Woche fast konstant. Andererseits wurden bis zu 48 h nach Gabe des Arzneistoffes nur Spuren von Sorafenib im Mäuseserum gefunden. Folglich wurde die pharmakologische Aktivität von Sorafenib (1 mg/Maus) bei intratrachealer Verabreichung in einer liposomalen Suspension untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass die intratracheale Gabe von Sorafenib eine Reduktion der Tumorfläche der Adenomfoci um 67 % bewirkte, sowie eine Erhöhung des prozentualen Anteils apoptotischer Zellen. Eine Verlängerung der Behandlungszeit zeigte keine zusätzliche Verbesserung der Effekte. Dies lies vermuten, dass hier eine Entwicklung von Multidrug-Resistenz in den Adenomfocizellen gegenüber der Instillation von Sorafenib erfolgte. Dies wurde in immunochemischen Anfärbe-Experimenten untersucht. Die Prozentzahl von MDR-positiven Zellen war nach zwei und drei Wochen Instillation von Sorafenib-Liposomen höher als nach einer Woche. Die letzte verwendete Darreichungsform für Sorafenib waren Mikrosphären, die durch Emulsions-Diffusions-Evaporations-Methoden in biologisch abbaubarem PLGA 50:50 hergestellt wurden. Dies ergab ein weißes, lyophilisiertes Pulver. Das System wurde physiochemisch charakterisiert und ergab ein gutes Mikrosphären-Ergebnis, hohe Einschluss-Effektivität, eine homogene Verteilung der Partikelgrößen und eine langsame in vitro Freisetzung von Sorafenib. Die andere untersuchte Strategie war Gen-Delivery, um den Lungentumor von BXB-23 Mäusen mittels eines nicht-viralen Vektors (Polyethylenimin, PEI) anzuzielen. PEI wurde verwendet, um die Effektivität der Transfektion des Lungentumors zu untersuchen und seine Fähigkeit, die Adenomfocizellen zu transfizieren. LacZ, das Beta-Galactosidase codiert, diente bei diesem Experiment als Reportergen und wurde vor intravenöser Gabe mit PEI komplexiert. Eine hohe LacZ-Expression in der alveolaren Region, aber nur eine geringe Expression in den Adenomfoci wurde beobachtet. Im Gegensatz dazu wurde eine geringe Expression von LacZ in den Alveolen und den Adenomfoci nach intratrachealer Instillation des gleichen Polyplex erreicht.

The evolutionary conserved Myb-MuvB (MMB) multiprotein complex has an essential role in transcriptional activation of mitotic genes. MMB target genes as well as the MMB associated transcription factor B-Myb and FoxM1 are highly expressed in a range of different cancer types. The elevated expression of these genes correlates with an advanced tumor state and a poor prognosis. This suggests that MMB could contribute to tumorigenesis by mediating overexpression of mitotic genes. Although MMB has been extensively characterized biochemically, the requirement for MMB to tumorigenesis in vivo remains largely unknown and has not been tested directly so far. In this study, conditional knockout of the MMB core member Lin9 inhibits tumor formation in vivo in a mouse model of lung cancer driven by oncogenic K-Ras and loss of p53. The incomplete recombination observed within tumors points towards an enormous selection pressure against the complete loss of Lin9. RNA interference (RNAi)-mediated depletion of Lin9 or the MMB associated subunit B-Myb provides evidence that MMB is required for the expression of mitotic genes in lung cancer cells. Moreover, it was demonstrated that proliferation of lung cancer cells strongly depends on MMB. Furthermore, in this study, the relationship of MMB to the p53 tumor suppressor was investigated in a primary lung cancer cell line with restorable p53 function. Expression analysis revealed that mitotic genes are downregulated after p53 re-expression. Moreover, activation of p53 induces formation of the repressive DREAM complex and results in enrichment of DREAM at mitotic gene promoters. Conversely, MMB is displaced at these promoters. Based on these findings the following model is proposed: In p53-negative cells, mitogenic stimuli foster the switch from DREAM to MMB. Thus, mitotic genes are overexpressed and may promote chromosomal instability and tumorigenesis. This study provides evidence that MMB contributes to the upregulation of G2/M phase-specific genes in p53-negative cells and suggests that inhibition of MMB (or its target genes) might be a strategy for treatment of lung cancer. / Der evolutionär konservierte Myb-MuvB (MMB) Multiproteinkomplex hat eine wesentliche Rolle in der transkriptionellen Aktivierung mitotischer Gene. Zielgene des MMB sowie die MMB assoziierten Transkriptionsfaktoren B-Myb und FoxM1 sind hoch exprimiert in einer Bandbreite verschiedener Krebsarten. Die erhöhte Expression dieser Gene korreliert mit einem fortgeschrittenen Tumorstadium und einer geringen Prognose. Das weißt auf darauf hin, dass MMB an der Tumorentstehung beteiligt sein könnte indem es die Überexpression mitotischer Gene fördert. Obwohl MMB biochemisch eingehend untersucht wurde, ist die Erfordernis von MMB zur Tumorentstehung in vivo weitestgehend unbekannt und wurde bisher nicht direkt getestet. In dieser Studie hemmt der konditionale Knockout der MMB Kerneinheit Lin9 die Tumorbildung in vivo in einem Lungenkrebs-Mausmodell angetrieben durch onkogenes K-Ras und den Verlust von p53. Die unvollständige Rekombination welche in Tumoren beobachtet wurde deutet auf einen starken Selektionsdruck gegen den kompletten Verlust von Lin9 hin. Die Verminderung von Lin9 und der MMB- assoziierten Untereinheit B-Myb durch RNAi-Interferenz (RNAi) liefert Beweise dafür, dass MMB für die Expression mitotischer Gene in Lungenkrebszellen notwendig ist. Zudem wurde gezeigt, dass das Zellwachstum von Lungenkrebszellen stark von MMB abhängig ist. Weiterhin wurde der Zusammenhang zwischen MMB und dem p53-Tumorsuppressor in einer primären Lungenkrebszelllinie mit wiederherstellbarer p53-Funktion untersucht. Expressionsanalysen zeigen, dass mitotische Gene nach Re-expression von p53 runterreguliert werden. Außerdem induziert die Aktivierung von p53 die Bildung des repressiven DREAM-Komplexes und führt zu einer Anreicherung von DREAM an Promotoren mitotischer Gene. Im Gegenzug wird MMB an den Promotoren verdrängt. Basierend auf den Ergebnissen wird das folgende Model vorgeschlagen: In p53- negativen Zellen begünstigen mitogene Reize den Wechsel von DREAM zu MMB. Dadurch werden mitotische Gene überexprimiert und können so chromosomale Instabilität und Tumorentstehung fördern Diese Studie liefert Hinweise, dass MMB an der Hochregulation G2/M- Phasenspezifischer Gene in p53-negativen Zellen beteiligt ist und dass die Hemmung von MMB (oder seiner Zielgene) eine Strategie zur Behandlung von Lungenkrebs sein könnte.

The evolutionary conserved Myb-MuvB (MMB) multiprotein complex is a transcriptional master regulator of mitotic gene expression. The MMB subunits B-MYB, FOXM1 as well as target genes of MMB are often overexpressed in different cancer types. Elevated expression of these genes correlates with an advanced tumor state and a poor prognosis for patients. Furthermore, it has been reported that pathways, which are involved in regulating the mitotic machinery are attractive for a potential treatment of cancers harbouring Ras mutations (Luo et al., 2009). This suggest that the MMB complex could be required for tumorigenesis by mediating overactivity of mitotic genes and that the MMB could be a useful target for lung cancer treatment. However, although MMB has been characterized biochemically, the contribution of MMB to tumorigenesis is largely unknown in particular in vivo. In this thesis, it was demonstrated that the MMB complex is required for lung tumorigenesis in vivo in a mouse model of non small cell lung cancer. Elevated levels of B-MYB, NUSAP1 or CENPF in advanced tumors as opposed to low levels of these proteins levels in grade 1 or 2 tumors support the possible contribution of MMB to lung tumorigenesis and the oncogenic potential of B-MYB.The tumor growth promoting function of B-MYB was illustrated by a lower fraction of KI-67 positive cells in vivo and a significantly high impairment in proliferation after loss of B-Myb in vitro. Defects in cytokinesis and an abnormal cell cycle profile after loss of B-Myb underscore the impact of B-MYB on proliferation of lung cancer cell lines. The incomplete recombination of B-Myb in murine lung tumors and in the tumor derived primary cell lines illustrates the selection pressure against the complete loss of B-Myb and further demonstrats that B-Myb is a tumor-essential gene. In the last part of this thesis, the contribution of MMB to the proliferation of human lung cancer cells was demonstrated by the RNAi-mediated depletion of B-Myb. Detection of elevated B-MYB levels in human adenocarcinoma and a reduced proliferation, cytokinesis defects and abnormal cell cycle profile after loss of B-MYB in human lung cancer cell lines underlines the potential of B-MYB to serve as a clinical marker. / Der evolutionär konservierte Myb-MuvB (MMB) Multiproteinkomplex ist ein transkriptionaler Meisterregulator der mitotischen Genexpression. Die MMB Untereinheiten B-MYB, FOXM1 und ihre Zielgene sind oft überexprimiert in verschiedenen Krebsarten. Die erhöhte Expression dieser Gene korreliert mit einem fortgeschrittenen Tumorstadium und einer schlechten Prognose für Patienten. Außerdem wurde berichtet, dass Signalwege, die die Mitosemaschinerie betreffen, reizvoll sind als mögliches Target für die Behandlung von Ras mutierten Krebsarten (Lao et al., 2009). Dies weißt auf darauf hin, dass der MMB Komplex an der Tumorentstehung beteiligt sein könnte, indem er die Überexpression mitotischer Gene fördert und damit ein geeignetes Target zur Behandlung von Krebs darstellen könnte. Obwohl der MMB biochemisch eingehend untersucht wurde, ist die Beteiligung des MMB an der Tumorgenese weitestgehend unbekannt speziell in vivo. In dieser Doktorarbeit wurde anhand eines NSCLC Mausmodells gezeigt, dass der MMB für die Lungentumorgenese in vivo erforderlich ist. Erhöhte Level von B-MYB, NUSAP1 oder CENPF in fortgeschrittenen Tumoren und im Gegenzug niedrigen Leveln in Grad 1 und 2 Tumoren unterstreichen die mögliche Beteiligung des MMB an der Lungentumorgenese und das onkogene Potential von B-MYB. Die Tumorwachstum-fördernde Funktion von B-MYB wurde veranschaulicht durch eine geringere Anzahl an KI-67 positiven Zellen in vivo und einem signifikant hohen Beeinträchtigung der Proliferation nach dem Verlust von B-MYB in vitro. Defekte in der Zytokinese und ein abnormales Zellzyklusprofil nach dem Verlust von B-MYB heben den Einfluss von B-Myb auf die Proliferation von Lungenkrebszelllinien hervor. Die unvollständige Rekombination von B-Myb in murinen Lungentumoren und den daraus hergestellten primären Tumorzelllinien veranschaulichen den Selektionsdruck auf den kompletten Verlust von B-MYB und zeigen zusätzlich, dass B-MYB ein für den Tumor essentielles Gen ist. Im letzten Teil der Doktorarbeit konnte die Beteiligung des MMB auf die Proliferation auf Lungenkrebszellen gezeigt werden durch den Verlust von B-MYB durch RNAi-Interferenz (RNAi). Detektion erhöhter B-Myb Level in humanen Adenokarzinomen und eine verminderte Proliferation, Zytokinese-Defekte und ein abnormales Zellzyklusprofil nach B-MYB Verlust in humanen Lungenkrebszelllinien unterstreichen das Potential von B-MYB als klinischer Marker zu fungieren.

Stuttgart, Univ., Diss., 2005.

Kaum eine Diagnose geht mit einer vergleichbar schlechten Prognose einher wie die des Lungenkrebses. Ursächlich sind zum einen die unspezifischen Symptome wie Husten, Abgeschlagenheit und Dyspnoe, die eine rechtzeitige Diagnosestellung erschweren. Zum anderen fehlen geeignete Methoden zum frühzeitigen Screening von Risikopatienten. In verschiedenen Studien wurde bereits gezeigt, dass elektronische Nasen eine nicht invasive, zuverlässige und kostengünstige Methode darstellen könnten um diese diagnostische Lücke in Zukunft zu füllen [34, 74, 78]. In dieser Doktorarbeit sollten einerseits die mit der Cyranose320® beschriebenen Ergebnisse mit unseren Mess- und Samplingmethoden reproduziert werden. Weiterhin sollte zur Validierung der elektronischen Nase „ Sonynose®“, eines Prototypen der der Firma Sony®, ein direkter Vergleich mit der Cyranose320® in der Fähigkeit anhand von Atemproben zwischen Lungenkrebs- und COPD- Patienten zu unterscheiden, durchgeführt werden. Zu diesem Zweick wurden im Rahmen dieser Doktorarbeit Atemproben von n=25 COPD- und Lungenkrebspatienten mit beiden elektronischen Nasen vermessen. Im späteren Verlauf wurden außerdem n=22 gesunde Probanden als zusätzliche Vergleichsgruppe rekrutiert. Sämtliche erhobenen Datensätze wurden anschließend zum Trainieren eines künstlichen neuronalen Netzwerks genutzt und ausgewertet. Mit beiden elektronischen Nasen und unseren Mess- und Samplingmethoden konnte keine ausreichende Trennung von COPD- und Lungenkrebspatienten erzielt werden. Mit Hilfe der Sonynose® bzw. des Sensormoduls SM 47 wurden lediglich eine Spezifität und Sensitivität von 47,8% bzw. 68,2% bei der Klassifikation von COPD- und Lungenkrebspatienten erreicht. Im Vergleich erreichte die Cyranose320® einer Spezifität und Sensitivität von 44,0% und 64%. Die in der Literatur beschriebenen Ergebnisse konnten mit beiden elektronischen Nasen somit nicht reproduziert werden. Gesunde Probanden und Lungenkrebspatienten hingegen konnten mit beiden elektronischen Nasen vergleichsweise erfolgreich voneinander getrennt werden. Hier wurden eine Spezifität von 86,7% und Sensitivität von 76,0% mit Hilfe des Sensormoduls SM 47 der Sonynose® und eine Spezifität und Sensitivität von 77,8% bzw. 95,5% bei der Cyranose320® bei der Klassifikation von Lungenkrebspatienten und gesunden Probanden erreicht. Im Verlauf unserer Messungen stellten wir fest, dass die Sensormodule der Sonynose® zunehmend von Sensorausfällen betroffen waren. Derartige Ausfälle von Sensoren wurden bei der Cyranose320® hingegen nicht festgestellt. Dennoch können auch bei den Sensoren der Cyranose320® gebrauchsbedingter Verschleiß bzw. Sensorveränderungen nicht sicher ausgeschlossen werden. Da die Atemproben der gesunden Probanden und Lungenkrebspatienten in aufeinander folgenden Zeiträumen vermessen wurden, ist die hier gute Trennung der beiden Gruppen im Zusammenhang mit den im Verlauf festgestellten Sensorausfällen kritisch zu beurteilen und in Frage zu stellen. Insbesondere gilt dies, da mit beiden elektronischen Nasen eine sehr gute Trennung der erhobenen Messdaten alleine anhand des Messzeitpunktes möglich war. Letztlich konnte mit beiden elektronischen Nasen das anspruchsvolle Ziel, COPD- und Lungenkrebspatienten anhand von Atemproben zu unterscheiden, nicht erreicht werden.

Im Rahmen dieser Arbeit wurden Untersuchungen zur möglichen therapeutischen Bedeutung von IGFBP3 (Insulin-like-Growth Factor Binding Protein 3) beim Lungenkrebs in vitro durchgeführt. Es handelt sich bei IGFBP3 um das Hauptbin- dungsprotein für IGF (Insulin-like-Growth Factor), welches nachweißlich Einfluss auf die Regulation des IGF-Signalwegs und damit auf Zellwachstum, Zellprolifera- tion und Apoptose hat. Für die Untersuchungen wurde die NSCLC-Zelllinie H1299 stabil mit einem Vektor für das Gen IGFBP3 transfiziert. Als Kontrolle dienten einerseits die H1299-Zellen ohne Vektor, wie auch Zellen, welche nur den Vektor ohne cDNA enthielten. Bei den Untersuchungen sollte geklärt werden, inwieweit die Überexpression von IGFBP3 die Proliferation, Migration, Invasion und die Chemosensitivität von NSCLC (non small cell lung cancer) Zellen beeinflusst. Ziel war die Beantwortung der Frage, ob IGFBP3 die tumorgenen Eigenschaften von Lungenkarzinomzellen verändern kann und dadurch ein neues und interessantes Forschungsobjekt für die Therapie von Lungentumoren darstellt.:INHALTSVERZEICHNIS 1 ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS 3 1 EINFÜHRUNG 5 1.1 Lungenkrebs 5 1.1.1 Histologische Einteilung 6 1.1.2 Stadieneinteilung und Therapieoptionen 7 1.1.3 Zugelassenes Chemotherapeutikum Cisplatin 8 1.2 Tumorgene Eigenschaften 9 1.2.1 Tumorentstehung und Proliferation 9 1.2.2 Invasion 10 1.2.3 Migration 11 1.2.4 Angiogenese 12 1.3 IGF-Achse 12 1.3.1 IGF und IGF-Rezeptoren 13 1.3.2 IGF-Signalweg 14 1.3.3 IGFBPs 16 1.3.3.1 Struktur von IGFBP3 17 1.3.3.2 Funktionale Rolle von IGFBP3 18 1.4 Zellkulturen 19 1.4.1 NSCLC-Zelllinie H1299 20 1.4.2 pIRES-EGFP-Vektor 20 2 ZIELSTELLUNG 21 3 MATERIALIEN & METHODEN 23 3.1 Verwendete Materialien 23 3.1.1 Zelllinie & Vektor (Tab. 1) 23 3.1.2 Zellmedien (Tab. 2) 23 3.1.3 Chemikalien & Reagenzien (Tab. 3) 23 3.1.4 Gebrauchslösungen & Gele (Tab. 4) 25 3.1.5 Kommerzielle Assays / Kits (Tab. 5) 25 3.1.6 Laborbedarf, Geräte & Software (Tab. 6) 26 3.2 Methoden 29 3.2.1 Kultivieren der Zelllinie 29 3.2.1.1 Auftauen der Zellen 29 3.2.1.2 Umsetzen, Splitten und Passagieren der Zellen 30 3.2.1.3 Bestimmung der Transfektionsrate & Sortieren von Zellen 30 3.2.1.4 Zellen zählen 31 3.2.2 Versuchsaufbau Nachweis IGFBP3 Produktion und Einfluss auf das 2D-Wachstum 32 3.2.3 Versuchsaufbau Nachweis IGF-1-Bindung durch IGFBP3 32 3.2.4 Versuchsaufbau Bestimmung der 3D Proliferation & der Invasion 33 3.2.5 Versuchsaufbau Bestimmung der Migration 34 3.2.6 Zelllysate und Überstände für ELISA-Versuche 343.2.7 ELISA-Verfahren 35 3.2.8 BCA-Protein Assay 36 3.2.9 Versuchsaufbau Einfluss von IGFBP3 auf die Chemosensitivität 37 3.2.10 LDH-Test 37 3.2.11 MTT-Test 38 3.2.12 Bildaufnahmen und Statistische Auswertung 38 4 ERGEBNISSE 39 4.1 Nachweis der Produktion von IGFBP3 39 4.2 Verminderung von freiem IGF-1 nach Überexpression von IGFBP3 41 4.3 Einfluss von IGFBP3 auf das Zellwachstum 43 4.3.1 IGFBP3 hat keinen Einfluss auf das 2D – Wachstum 43 4.3.2 IGFBP3 vermindert die 3D - Proliferation 45 4.4 IGFBP3 vermindert die Invasion der Tumorzellen 48 4.5 IGFBP3 hat keinen Einfluss auf die Migration der Tumorzellen 49 4.6 Einfluss von IGFBP3 auf die Bildung von Angiogenesefaktoren VEGF und bFGF 50 4.7 IGFBP3 hemmt die Freisetzung von MMP-1 52 4.8 Einfluss von IGFBP3 auf die Chemosensitivität 53 4.8.1 Einfluss von IGFBP3 auf 2D- Kulturen nach Zugabe von Cisplatin 53 4.8.2 Einfluss von IGFBP3 auf die 3D- Proliferation nach Zugabe von Cisplatin 56 5 DISKUSSION 59 5.1 Überexpression von IGFBP3 und Verminderung von freiem IGF-1 59 5.2 Wachstum (2D und 3D) 60 5.3 Invasion und MMP-1 62 5.4 Migration 63 5.5 Veränderungen bei der Produktion von Angiogenesefaktoren 64 5.6 Veränderungen bei der Chemosensitivität der H1299- Zellen 65 5.7 Therapeutische Bedeutung von IGFBP3 bei NSCLC 67 6 ZUSAMMENFASSUNG 70 7 LITERATURVERZEICHNIS 73 8 ABBILDUNGSVERZEICHNIS 75 9 TABELLENVERZEICHNIS 75 10 SELBSTSTÄNDIGKEITSERKLÄRUNG 76 11 LEBENSLAUF 77 12 DANKSAGUNG 78

Krebs entsteht durch das Zusammenspiel von Keimbahn- und somatischen Mutationen sowie Umweltfaktoren. Für Fortschritte in Prävention, Früherkennung und Behandlung von Krebs ist es essenziell die phänotypischen Folgen dieser Mutationen und die Rolle von Umweltfaktoren bei der Steigerung des Krebsrisikos zu verstehen. In dieser Arbeit untersuche ich zunächst die Auswirkungen von Mutationen in einfachen Sequenzwiederholungsregionen (SSRs) auf das Zellwachstum in einem Hefemodell. In einem Mutationsakkumulationsexperiment in Stämmen mit defektem Mismatch-Reparatursystem zeige ich, dass die Störung von MutSβ zu einer erhöhten SSR-Mutationsrate führt, insbesondere bei SSR-Loci die länger als 8 bp sind. Meine Ergebnisse legen nahe, dass MutSβ hauptsächlich für die Reparatur an längeren Repeat-Loci verantwortlich ist. Schließlich zeige ich, dass SSR-Mutationen meist geringfügige, negative Auswirkungen auf das Zellwachstum haben. Als Nächstes untersuche ich die Auswirkungen von Zigarettenrauch auf das Transkriptom von zugänglichem Atemwegsgewebe am Beispiel des Nasenepithels von gesunden Freiwilligen und Patienten mit Verdacht auf oder diagnostiziertem Lungenkrebs. Ich stelle fest, dass Gene und biologische Funktionen, die durch das Rauchen beeinträchtigt werden, bei Patienten langsamer auf ein gesundes Ausgangsniveau zurückkehren. Zudem zeige ich, dass Patienten durch anhaltende, Rauch-assoziierte Immunveränderungen gekennzeichnet sind. Schließlich präsentiere ich einen innovativen Lungenkrebs-Klassifikator, der durch die Berücksichtigung der nasalen Genexpression von Rauch-assoziierten Genen eindeutig bessere Ergebnisse erzielt als ein Modell, das ausschließlich auf klinischen Informationen basiert. Damit belege ich das Potenzial der Genexpression des Nasenepithels zur Verbesserung der Risikostratifizierung auf Bevölkerungsebene anhand eines nicht-invasiven Tests. / Cancer is initiated and sustained by the interplay of germline and somatic mutations and environmental factors. Understanding the phenotypic consequences of mutations and the role of environmental factors in increasing cancer risk is key to improving cancer prevention, early detection, and treatment. In this thesis, I first take advantage of a yeast model to investigate the effects of mutations in simple sequence repeat regions (SSRs) on cell growth. I describe a mutation accumulation experiment conducted in strains with a deletion of the MutSβ gene, a component of the mismatch repair system (MMR). I show that abrogating MutSβ function leads to an increased SSR mutation rate, with a bias towards deletions. I also report a drastic increase in mutation rate in SSR loci longer that 8-bp, suggesting MutSβ is primarily responsible for repair at longer repeat loci. Finally, I show that many SSR mutations have small deleterious effects on cell growth. Next, I investigate the effects of cigarette smoke on the transcriptome of an accessible airway tissue, nasal epithelium, in a cohort of healthy volunteers and patients with suspected or diagnosed lung cancer. I find that smoke injury response is strikingly different in healthy individuals and clinic patients, with genes and biological functions affected by smoking showing a slower reversal to healthy baseline level in clinic patients. I find persistent smoking-associated immune alterations to be a hallmark of the clinic patients. Finally, I show that a lung cancer classifier including nasal expression of smoke-injury-associated genes performs better than a model based exclusively on clinical information, providing evidence for the potential of nasal epithelial gene expression to improve population-level risk stratification with the use of a non-invasive test.

Anhand einer Analyse von deutschen Zeitungsartikeln, welche sich jeweils mit den Themen Brust- oder Lungenkrebs beschäftigen, wird in dieser Dissertation die Bedeutung von Prävention herausgearbeitet. Im Fokus der Fragestellung steht hierbei, wie sehr die Gesamtberichterstattung beider Krankheiten durch das Thema Prävention beeinflusst wird, ob ihre Prävention vorwiegend als positiv oder kritisch bewertet wird und wie sich die Präventionsschwerpunkte bei Brust- und Lungenkrebs unterscheiden. Hierzu werden 1020 Zeitungsartikel aus zwei Tageszeitungen und einem Wochenmagazin Themenbereichen zugeordnet und quantitativ verglichen. Anschließend werden die Artikel, bei denen der thematische Schwerpunkt auf der Prävention liegt, mittels einer Frameanalyse qualitativ ausgewertet.

Die Bedeutung von Mikrosatellitenalterationen in malignen Tumoren ist trotz intensiver Forschungstätigkeit bisher nicht ausreichend geklärt. Bei Patienten mit einem hereditären nichtpolypösen kolorektalen Karzinom-Syndrom (HNPCC) konnte aber ein möglicherweise kausaler Zusammenhang zwischen einer Keimbahnmutation der Gene, die an dem DNA-"mismatch"-Reparaturmechanismus beteiligt sind, und der Ätiologie dieser Erkrankung nachgewiesen werden. Der Nachweis von Mikrosatelliteninstabilitäten wird zur Identifizierung des HNPCC-Syndroms genutzt. Der Anteil nachgewiesener Mikrosatelliteninstabilitäten bei sporadischen Tumorerkrankungen ist deutlich niedriger als beim HNPCC-Syndrom. Die Mechanismen zur Entstehung von Mikrosatelliteninstabilitäten bei sporadischen Tumor-erkrankungen sind bisher ungeklärt. Der gelungene Nachweis von Mikrosatellitenalterationen im Serum, Fäzes, Urin und Sputum von Tumorpatienten könnte das diagnostische Repertoire erweitern und möglicherweise die frühzeitige Erkennung von Tumorerkrankungen verbessern. Eine auf eine PCR basierende Methode zur Analyse von Mikrosatellitenalterationen in Tumor- und Serumproben wurde in dieser Arbeit etabliert. Drei Mikrosatellitenmarker (AR, ACTBP2, UT762) wurden bei der Untersuchung eingesetzt. Es wurden Tumor- und Serum-DNA mit der DNA von Lymphozyten verglichen und analysiert. Es wurden 43 Patienten mit Bronchialkarzinom untersucht, darunter 16 Patienten mit kleinzelligem und 27 Patienten mit nichtkleinzelligem Bronchialkarzinom. Es wurden bei 5 von 16 (31 %) Patienten mit SCLC und bei 9 von 27 (33 %) Patienten mit NSCLC in mindestens einem Mikrosatellitenlocus eine Mikrosatelliteninstabilität oder ein LOH nachgewiesen. In der Kontrollgruppe mit gesunden Probanden waren keine Mikrosatellitenalterationen nachweisbar. Die unverändert sehr schlechte Prognose von Patienten mit Bronchialkarzinom unterstreicht die Notwendigkeit der Entwicklung einer zuverlässigen und sensitiven Methode zur verbesserten Frühdiagnostik. Dazu wird es notwendig sein, weitere Mikrosatellitenmarker hinsichtlich ihrer Tumorsensitivität und -spezifität an einer ausreichenden Anzahl von Patienten zu testen und die prognostische Bedeutung von Mikrosatellitenalterationen bei Patienten mit einem Bronchialkarzinom zu klären. / Background: Despite intensive research efforts, the significance of microsatellite alterations in malignant tumors is not sufficiently understood. Since a possible causal connection between disease etiology and a germination mutation of the genes, involved in the mismatch repair mechanism, could be demostrated in patients with hereditary nonpolyposis colorectal cancer (HNPCC), the detection of microsatellite instabilities may be used to identify the so-called HNPCC syndrome. While the amount of proven microsatellite instabilities in sporadic tumor diseases is significantly lower than in the HNPCC syndrome, the mechanisms generating these instabilities have not been clarified yet. Their succesful measurement in serum, feces, urine, and sputum would extend the diagnostic repertory for tumor patients and possibly improve the early detection of neoplastic disease or its recurrence. Results: In this thesis, a PCR-based method was established for the analysis of microsatellite alterations in tumor specimens and serum samples. Three microsatellite markers were employed, including AR, ACTBP2, and UT762. The DNA of tumors and serum was analyzed and compared with the DNA of lymphocytes. Specimens of 43 patients with bronchial carcinoma (16 small cell lung carcinoma (SCLC), 27 non-small cell lung carcinoma (NSCLC)) were examined. In 5 of the patients with SCLC (31%) and in 9 of those with NSCLC (33%) a microsatellite instability or a loss of heterozygosity (LOH) was demonstrated in at least one microsatellite locus. The controls, which included samples of serum and lymphocytes of 10 healthy volunteers, did not show any microsatellite alterations. Outlook: The still poor prognosis of patients with bronchial carcinoma warrants further development of sensitive and reliable methods to improve early detection. Beyond this study, further microsatellite markers need to be tested in a sufficient number of patients with respect to sensitivity and specificity of tumor diagnosis. In addition, the prognostic significance of microsatellite alterations in tumor patients requires further investigation.