Tübingen, Univ., Diss., 2008.

Heidelberg, Univ., Diss., 2008. / Online publiziert: 2009.

Diss. (sammanfattning) Uppsala : Uppsala universitet, 2009. / Härtill 5 uppsatser.

Stuttgart, Univ., Diss., 2006.

Tübingen, Universiẗat, Diss., 2006.

Thesis (doctoral)--München, 1983.

46 Patienten, davon 15 Melanompatienten mit erworbenen Hypopigmentierungen und 31 Patienten mit typischer Vitiligo, wurden klinisch und histologisch untersucht, mit dem Ziel, Gemeinsamkeiten und Unterschiede der beiden Erkrankungen zu erkennen. Untersucht wurden ferner assoziierte Erkrankungen wie Atopie und Autoimmunkrankheiten in Eigen- und Familienanamnese. Daneben erfolgten HLA-Typisierungen und Autoantikörpernachweise. Routinehistologisch und immunhistologisch unterscheiden sich beide Vitiligoformen nicht. Unterschiede fanden sich im Ausbreitungstyp. Während die Vitiligo häufig akral begann und sich zentripetal ausbreitete, fand sich die Melanom-assoziierte-Hypopigmentierung (MAH) primär häufig am Stamm, auch in der Umgebung des Primärmelanoms oder der Metastasen und breitete sich teilweise zentrifugal aus. In der Vitiligogruppe überwogen Frauen (77%), bei den MAH-Patienten war die Geschlechterverteilung etwa ausgeglichen. Die Melanompatienten waren signifikant älter als die Patienten mit klassischer Vitiligo. Bei drei Melanompatienten trat die Hypopigmentierung vor der Melanomdiagnose auf, eine 38-jährige Melanompatientin hatte bereits in der Kindheit eine Vitiligo. Eine positive Familienanamnese bezüglich Vitiligo fand sich bei 13 Vitiligopatienten und bei einer Patientin mit MAH. Die Familienanamnese für Atopie war bei 15 Vitiligopatienten (knapp 50 %), in der MAH-Gruppe nur in zwei Fällen positiv. Eigen- und Familienanamnese für Autoimmunerkrankungen waren in der Vitiligogruppe signifikant häufiger als im MAH-Kollektiv; auch ein positiver Antikörpernachweis war wesentlich häufiger in der Patientengruppe mit klassischer Vitiligo als bei den MAH-Patienten. Bei zehn MAH-Patienten und 30 Vitiligopatienten wurden HLA-Typisierungen durchgeführt. Ein signifikanter Unterschied fand sich bei HLA-A2. Die MAH-Patienten schienen trotz makroskopischer Metastasierung in zehn Fällen eine ungewöhnlich lange Lebensdauer zu haben. (Median neun Jahre) Zusammenfassung: Die Melanom-assoziierte-Hypopigmentierung zeigt klinische Unterschiede zur klassischen Vitiligo. Ob eine klassische Vitiligo einen Schutzfaktor für eine Melanomerkrankung darstellt, muss durch größere Studien geklärt werden. / Background: Vitiligo is an acquired idiopathic hypomelanotic disorder characterized by circumscribed depigmented macules resulting from the loss of cutaneous melanocytes. Approximately five percent of patients suffering from melanoma also develop various degrees of skin hypomelanosis. Objective: This study was accomplished in order to evaluate the different and common signs between classic Vitiligo and melanoma-associated-hypopigmentation. Methods: 15 patients affected with melanoma-associated-hypopigmentation (MAH) and 36 patients affected with typical Vitiligo were studied. Histology techniques, HLA-typing, laboratory findings (autonuclear antibody, TSH) and associated diseases like autoimmunity, atopy, in auto- and family- anamnesis were included in the research. Results: Histology and Immunhistology showed no difference between both forms of hypopigmentation. However, we can observe distinguish spreading pattern of depigmented lesions. Classically, Vitiligo, the hypopigmentation, mainly started acral then expanded centripetally. MAH was frequently found on the trunk, close to primary melanoma or metastasis then spread centrifugal. The number of female patients affected with Vitiligo was dominant opposed to the male’s. The MAH male/female ratio was equal. Three MAH patients suffered from Vitiligo before Melanoma. 13 patients in classic Vitiligo but only one MAH-patient had a positive family history of Vitiligo. Significant differences were detected in age, autoimmune diseases, atopy, autoantibodies and HLA2. MAH patients seemed to have a better prognosis in spite of macroscopic metastasis. Conclusion: In this study, clinical and immunological differences between melanoma-associated-hypopigmentation and classic Vitiligo were investigated. Further studies are necessary to examine the clinical relevance of Vitiligo-like alterations from melanoma patients.

Zellmigration ist essentiell für die Invasion und Metastasierung maligner Tumore. Neben der Bewegung von Einzelzellen zeigen Tumore sowohl epithe¬lialen als auch mesenchymalen Ursprungs auch kollektive Migration und Invasion multizellulärer Zellverbände, die sich unter Beibehaltung von Zell-Zell-Adhäsionen koordiniert als Gruppe bewegen. Ziel der Arbeit war, primäre humane Melanomexplantate mittels organotypischer Kultur in 3D Kollagenmatrices einzusetzen, um mittels Zeit-raffermikroskopie und experimentellen Blockadestrategien die zellulären und molekularen Grundlagen kollektiver Migration darzustellen, insbesondere die Bedeutung von Zell-Matrix-Interaktionen und Integrinen. In 3D Explantatkulturen bildeten primäre Melanomexplantate reproduzierbar Invasionszonen und sich ablösende und kollektiv wandernde Zellcluster aus. Diese zeichneten sich durch eine ausgeprägte Polarität mit motiler Vorderfront mit zugartig reorientierten Kollagenfasern und nachgezogenem hinteren Teil der Gruppen aus, vergleichbar der Asymmetrie haptokinetisch migrierender Fibroblasten. β1 Integrine zeigten ein heterogenes Verteilungsmuster mit Fokalisierung an Zell-Matrix-Interaktionen vor allem an der Vorderfront und linearer Anordnung entlang der Zell-Zell-Grenzen. Adhäsionsblockierende anti- β1 Integrin-Antikörper bewirkten nahezu vollständige Hemmung der kollektiven Migration, mit Verlust der Zellgruppenpolarität und Migrationspersistenz. Nach Integrinblockade zerfielen Zellverbände infolge Loslösung von Einzelzellen, die sich mittels β1 Integrin-unabhängiger, amöboider Migration durch die Kollagenmatrix bewegten. Der Übergang von β1 Integrin-abhängiger, kollektiver Migration zu amöboider Einzelzellwanderung (kollektiv-amöboide Transition) ist ein Beispiel für die Plastizität von Tumorzellwanderung, die in Anpassung an das Milieu einen Wechsel der Migrationsstrategie erlaubt. Die Plastizität der Tumorzellmigration muss bei der Entwicklung therapeutischer Konzepte, die auf Hemmung von Tumorinvasion und -metastasierung abzielen, berücksichtigt werden. / Cell migration is essential for invasion and metastasis of malignant tumors. Besides migration of single cells tumors of epithelial as well as mesenchymal origin show collective migration and invasion of multicellular Clusters, which move coordinated as a group while maintaining cell-cell-adhesions. The purpose of this study was to cultivate primary human melanoma explants in an organotypic 3D collagen matrix and examine the cellular and molecular basis of collective cell migration by time-lapse videomicroscopy and blocking experiments with a special emphasis on integrins and cell-matrix-interactions. In 3D culture primary melanoma explants reproducibly formed invasion zones and detaching cell clusters then migrating collectively as a group. These Clusters exhibited a strong polarity with a mobile front and tension-reoriented collagen fibers and a passively gliding rear end, comparable to the asymmetry found in the haptokinetic migration of fibroblasts. β1 integrins were distributed heterogeneously with focalization predominantly in cell-matrix-interactions at the front and linearly in cell-cell-interactions. Adhesion-blocking anti-β1 integrin-antibodies lead to a near complete inhibition of collective migration with a loss of polarity of the group and loss of persistence of migration. After Integrin blockade clusters disrupted due to detaching single cells that continued to migrate independently of β1 integrins through the collagen matrix using an ameboid migration strategy. The switch of β1 integrin-dependent collective migration to single cell ameboid migration (collective-to-ameboid transition) is an example for the plasticity of tumor cell migration while adapting to the milieu that allows a change in migration strategy. Plasticity of tumor cell migration needs to be considered in the development of therapeutic concepts targeting tumor invasion and metastasis.

Melanoma and Merkel cell carcinoma (MCC) are highly aggressive cancers of the skin that frequently escape immune recognition and acquire resistance to chemotherapeutic agents, which poses a major obstacle to successful cancer treatment. Recently, a new class of therapeutics targeting the programmed cell death-1 (PD-1) immune checkpoint receptor has shown remarkable efficacy in the treatment of both cancers. Blockade of PD-1 on T cells activates cancer-specific immune responses that can mediate tumor regression. The data presented in this Ph.D. thesis demonstrates that PD-1 is also expressed by subsets of cancer cells in melanoma and MCC. Moreover, this work identifies PD-1 as a novel tumor cell-intrinsic growth receptor, even in the absence of T cell immunity. PD-1 is expressed by tumorigenic cell subsets in melanoma patient samples and established human and murine cell lines that also co-express ABCB5, a marker of immunoregulatory tumor- initiating cells in melanoma. Consistently, melanoma-expressed PD-1 downmodulates T effector cell functions and increases the intratumoral frequency of tolerogenic myeloid- derived suppressor cells. PD-1 inhibition on melanoma cells by RNA interference, blocking antibodies, or mutagenesis of melanoma-PD-1 signaling motifs suppresses tumor growth in immunocompetent, immunocompromised, and PD-1-deficient tumor graft recipient mice. Conversely, melanoma-specific PD-1 overexpression enhances tumorigenicity, including in mice lacking adaptive immunity. Engagement of melanoma- PD-1 by its ligand PD-L1 promotes tumor growth, whereas melanoma-PD-L1 inhibition or knockout of host-PD-L1 attenuates growth of PD-1-positive melanomas. Mechanistically, the melanoma-PD-1 receptor activates mTOR signaling mediators, including ribosomal protein S6. In a proof-of-concept study, tumoral expression of phospho-S6 in pretreatment tumor biopsies correlated with clinical responses to anti-PD-1 therapy in melanoma patients. In MCC, PD-1 is similarly co-expressed by ABCB5+ cancer cell subsets in clinical tumor specimens and established human cell lines. ABCB5 renders MCC cells resistant to the standard-of-care chemotherapeutic agents, carboplatin and etoposide. Antibody-mediated ABCB5 blockade reverses chemotherapy resistance and inhibits tumor xenograft growth by enhancing chemotherapy-induced tumor cell killing. Furthermore, engagement of MCC-expressed PD-1 by its ligands, PD-L1 and PD-L2, promotes proliferation and activates MCC-intrinsic mTOR signaling. Consistently, antibody- mediated PD-1 blockade inhibits MCC tumor xenograft growth and phosphorylation of mTOR effectors in immunocompromised mice. In summary, these findings identify cancer cell-intrinsic functions of the PD-1 pathway in tumorigenesis and suggest that blocking melanoma- and MCC-expressed PD-1 might contribute to the striking clinical efficacy of anti-PD-1 therapy. Additionally, these results establish ABCB5 as a previously unrecognized chemoresistance mechanism in MCC. / Das Melanom und das Merkelzellkarzinom (MZK) sind auttumoren neuroendokrinen Ursprungs, die sich durch ein besonders aggressives Wachstum auszeichnen. Melanome und MZK entgehen häufig der antitumoralen Immunabwehr und erwerben Resistenzen gegen Chemotherapeutika, was eine erfolgreiche Behandlung der betroffenen Patienten erschwert. In klinischen Studien hat eine neue Klasse von therapeutischen Antikörpern, die den Immun-Checkpoint Rezeptor PD-1 (Programmed Cell Death-1) inhibieren, hohe Ansprechraten und dauerhafte Remissionen bei Melanom- und MZK-Patienten erzielt. Die Blockade des PD-1 Rezeptors auf T-Zellen reaktiviert autologe Immunreaktionen gegen Tumorzellen, die zur Reduktion des Tumors führen können. Die vorgelegte Dissertation zeigt, dass Subpopulationen von Melanom- und MZK-Zellen PD-1 exprimieren, und dass die Aktivierung von Tumorzell-intrinsischem PD-1 einen pro-tumorigenen Mechanismus darstellt, einschliesslich in T-Zell-defizienten Mäusen. In Biopsien von Melanom-Patienten, sowie in humanen und murinen Melanom-Zelllinien wird PD-1 präferentiell von tumorigenen, immunregulatorischen, ABCB5+ Melanom-Stammzellen exprimiert. PD-1+ Melanomzellen hemmen die Aktivität von Effektor-T-Zellen und erhöhen die Anzahl der tolerogenen myeloiden Suppressorzellen im Tumor. Die Inhibierung des PD-1 Rezeptors auf Melanomzellen durch RNA-Interferenz, blockierende Antikörper oder Mutagenese der intrazellulären Signalmotive des PD-1 Proteins unterdrückt das Melanom-Wachstum in immunkompetenten, immunsupprimierten und PD-1-defizienten Mäusen. Umgekehrt führt die Melanom-spezifische Überexpression von PD-1 zu einem signifikant erhöhtem Tumorwachstum, sogar in immunsupprimierten Mäusen. Die Aktivierung des PD-1 Rezeptors auf Melanomzellen durch die Bindung seines Liganden, PD-L1, fördert das Tumorwachstum, während das protumorigene Potential von PD-1-positiven Melanomzellen durch die Inhibierung von PD-L1 auf Melanomzellen, sowie in PD-L1-defizienten Mäusen, gehemmt wird. In Melanomzellen aktiviert der PD-1 Rezeptor den mTOR Signaltransduktionsweg, einschließlich des Effektormoleküls ribosomales Protein S6. In einer Teststudie korrelierte die Expression des Phospho-S6 Proteins in Melanomzellen aus Biopsien, die vor Gabe der Immuntherapie entnommen wurden, mit den Ansprechraten der Melanom Patienten auf die Behandlung mit PD-1-Antikörpern. Auch in Biopsien von MZK-Patienten und in etablierten humanen MZK-Zelllinien wird PD-1 präferentiell von ABCB5+ Subpopulationen exprimiert. Im MZK vermittelt der ABCB5-Membrantransporter Resistenzen gegenüber den Zytostatika Carboplatin und Etoposid. Die Antikörper-vermittelte Blockade des ABCB5-Transporters sensibilisiert MZK-Zellen für die Carboplatin- und Etoposid-vermittelte Apoptose, was zu einer signifikanten Reduktion des experimentellen Tumorwachstums führt. Ähnlich wie im Melanom fördert die Bindung des PD-1 Rezeptors auf MZK Zellen durch seine Liganden, PD-L1 und PD-L2, deren Proliferation und die intrazelluläre Aktivierung der mTORSignalkaskade. Entsprechend führt die antikörper-vermittelte Blockade von PD-1 zur Inhibierung des MZK-Tumorwachstums in immunsupprimierten Mäusen und zu einer reduzierten Phosphorylierung von mTOR Effektormolekülen. Zusammenfassend konnte in der vorliegenden Dissertation gezeigt werden, dass Subpopulationen von Melanom- und MZK-Zellen PD-1 exprimieren, und dass Tumorzell-intrinsische PD-1-Funktionen das Krebswachstum fördern. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Blockade des PD-1-Rezeptors auf Tumorzellen zu der klinischen Wirksamkeit der anti-PD-1 Therapie beitragen könnte. Darüber hinaus konnte ABCB5 als neuer Chemoresistenz-Mechanismus in MZK identifiziert werden.

Identifying novel driver genes in cancer remains a crucial step towards development of new therapeutic approaches and the basic understanding of the disease. This work describes the impact of the AP1 transcription activator component FOSL1 on melanoma maintenance. FOSL1 is strongly upregulated during the progression of melanoma and the protein abundance is highest in metastases. I found that the regulation of FOSL1 is strongly dependent on ERK1/2- and PI3K- signaling, two pathways frequently activated in melanoma. Moreover, the involvement of p53 in FOSL1 regulation in melanoma was investigated. Elevated levels of the tumor suppressor led to decreased FOSL1 protein levels in a miR34a/miR34c- dependent manner. The benefit of elevated FOSL1 amounts in human melanoma cell lines was analyzed by overexpression of FOSL1 in cell lines with low endogenous FOSL1 levels. Enhanced levels of FOSL1 had several pro-tumorigenic effects in human melanoma cell lines. Besides increased proliferation and migration rates, FOSL1 overexpression induced the colony forming ability of the cells. Additionally, FOSL1 was necessary for anchorage independent growth in 3D cell cultures. Microarray analyses revealed novel downstream effectors of FOSL1. On the one hand, FOSL1 was able to induce the transcription of different neuron-related genes, such as NEFL, NRP1 and TUBB3. On the other hand, FOSL1 influenced the transcription of DCT, a melanocyte specific gene, in dependence of the differentiation of the melanoma cell line, indicating dedifferentiation. Furthermore, FOSL1 induced the transcription of HMGA1, a chromatin remodeling protein with reprogramming ability, which is characteristic for stem cells. Consequently, the influence of HMGA1 on melanoma maintenance was investigated. In addition to decreased proliferation and reduced anoikis resistance, HMGA1 knockdown reduced melanoma cell survival. Interestingly, the FOSL1 induced pro-tumorigenic effects were demonstrated to be dependent on the HMGA1 level. HMGA1 manipulation reversed FOSL1 induced proliferation and colony forming ability, as well as the anchorage independent growth effect. In conclusion, I could show that additional FOSL1 confers a clear growth benefit to melanoma cells. This benefit is attributed to the induction of stem cell determinants, but can be blocked by the inhibition of the ERK1/2 or PI3K signaling pathways. / Die Identifizierung von neuen onkogenen Mutationen in Tumoren ist nach wie vor ein unerlässlicher Schritt für die Entwicklung neuer Therapieansätze und für das grundlegende Verständnis der Tumorerkrankungen. Die vorliegende Arbeit beschreibt den Einfluss der AP1-Transkriptionskomplexkomponente FOSL1 auf die Tumorigenität des humanen Melanoms. FOSL1 wird im Verlauf der Melanomentwicklung stark hochreguliert und ist in Metastasen am stärksten exprimiert. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass FOSL1 Expression stark von ERK1/2- und PI3K- vermittelten Signalen abhängig ist, welche im Melanom sehr häufig übermäßig aktiviert sind. Auch p53 ist an der Regulierung von FOSL1 im Melanom beteiligt. Durch eine Erhöhung der Proteinmenge dieses Tumorsuppressors konnte ich die Verminderung des FOSL1-Levels beobachten und konnte weiterhin zeigen, dass dieser Regulation ein miR34a/c- vermittelter Mechanismus unterliegt. Weiterhin untersuchte ich den Vorteil einer erhöhten FOSL1- Menge in menschlichen Melanomzellen, indem FOSL1 in Zellen mit niedrigem endogenen FOSL1- Gehalt konstitutiv überexprimiert wurde. Erhöhte FOSL1- Mengen hatten unterschiedliche protumorigene Effekte auf humane Melanomzellen. Neben deutlich gesteigerter Proliferation und Migration konnte ich auch die FOSL1- induzierte Koloniebildung der Zellen demonstrieren. Ergänzend konnte gezeigt werden, dass FOSL1- Expression für Anoikisresistenz von Zellen notwendig ist. Des Weiteren konnte mit Hilfe einer Microarrayanalyse neue FOSL1- regulierte Effektoren identifiziert werden. Zunächst konnte demonstriert werden, dass FOSL1 zahlreiche neuronale Gene in ihrer Expression beeinflusst. Im Speziellen wurde NEFL, NRP1 und TUBB3 validiert. Zusätzlich nahm FOSL1 Einfluss auf die Expression von DCT, einem melanozytenspezifisch exprimierten Gen. Die Regulierung von DCT durch FOSL1 war abhängig vom Differenzierungsgrad der untersuchten Melanomzelllinien und wies, zusammen mit der Induktion von neuronal-assoziierten Genen, auf Dedifferenzierungsvorgänge hin. Neben den neuronalen Genen wurde auch die Expression von HMGA1, einem Chromatin-Remodeling-Faktor mit Reprogrammierungseigenschaften, durch FOSL1 induziert, was unter anderem charakteristisch für Stammzelligkeit ist. Infolge dieser Beobachtungen wurde der Einfluss von HMGA1 auf das humane Melanom untersucht. Die Herabregulierung von HMGA1 hatte unterschiedliche antitumorigene Effekte auf Melanomzellen. Zusätzlich zu stark verminderter Proliferation und Anoikisresistenz zeigten die Melanomzellen auch reduzierte Überlebensraten. Interessanterweise waren die FOSL1- induzierten, protumorigenen Effekte stark abhängig vom HMGA1- Gehalt der Zellen. Die Manipulation der HMGA1- Level machte die FOSL1- induzierte Proliferation, die Fähigkeit zur Koloniebildung und die Anoikisresistenz rückgängig. Zusammenfassend konnte ich darstellen, dass zusätzliches FOSL1 einer Melanomzelle einen klaren Wachstumsvorteil verschafft. Dieser Vorteil ist der Induktion von Stammzelldeterminanten zu verdanken und kann durch die spezifische Inhibierung von ERK1/2- und PI3K- Signalkaskaden verhindert werden.