Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Ziel der vorliegenden Arbeit war die immunhistologische Charakterisierung der Expression der profibrotischen Wachstumsfaktoren Transforming growth factor-beta-1, -beta2 und -beta3 und des Enzyms Matrixmetalloproteinase-2 (MMP-2) im equinen Endometrium während des Zyklus sowie innerhalb der verschiedenen Erscheinungsformen der equinen Endometrose. Zudem wurde der potentielle Einfluss einer gleichzeitig auftretenden Endometritis auf die glanduläre und stromale Wachstumsfaktor- und Enzym-Expression untersucht. Die Ergebnisse dieser Studie sollten klären, ob und inwieweit den untersuchten Wachstumsfaktoren unter Beteiligung von MMP-2 in der Pathogenese der equinen Endometrose eine mit anderen Organfibrosen vergleichbare Schlüsselrolle zukommt. Zu diesem Zweck standen an definierten Tagen entnommene Endometriumbioptate (n=21) von drei zyklisch aktiven, klinisch und gynäkologisch gesunden Maidenstuten sowie Endometriumbioptate von 60 Stuten mit graduell variabler Endometrose unterschiedlichen Charakters und Endometriumbioptate von 22 Stuten mit mittelgradiger Endometrose und gleichzeitiger mittelgradiger eitriger (n=16) bzw. nichteitriger (n=6) Endometritis aus dem Routineeinsendungsmaterial des Institutes für Veterinär-Pathologie der Universität Leipzig zur Verfügung. Die Wachstumsfaktoren TGF-beta1, -beta2 und -beta3 sowie das Enzym MMP-2 zeigen im Zyklus ein typisches, zellspezifisches Reaktionsmuster, das unterschiedlichen Regulations-mechanismen zu unterliegen scheint. Ein Maximum der TGF-beta1-Expression in den luminalen Epithelzellen, Stroma- und Drüsenzellen kann in der endometrialen Sekretionsphase mit Anstieg bzw. einem Maximum der Serumprogesteron-Konzentration beobachtet werden. Im Gegensatz dazu tritt eine Expression von MMP-2 in den Stromazellen in der Sekretionsphase mit Abfall der Progesteronkonzentration im Serum auf. Das luminale Epithel und die Stromazellen zeigen eine maximale Expression von TGF-beta2 beim Vorliegen hoher Progesteronspiegel im Serum bzw. mit Abfall der Serumprogesteron-Konzentration in der Sekretionsphase. TGF-beta3 weist im luminalen Epithel ein ähnliches Expressionsmuster auf, eine deutliche Abhängigkeit zu den Serumhormon-Konzentrationen lässt sich jedoch nicht feststellen. Die stromale Expression von TGF-alpha unterliegt im equinen Endometrium keinen zyklusabhängigen Variationen. Die Stromazellen innerhalb der verschiedenen Endometroseherde zeigen, im Vergleich zum unveränderten Endometrium, vor allem eine verminderte Expression von TGF-alpha. Das Expressionsmuster der TGF-beta-Wachstumsfaktoren ist grundsätzlich variabel, es fällt jedoch auf, dass die Stromazellen insbesondere in inaktiven Endometrosen eine geringere Expression der TGF-beta-Isoformen aufweisen. Ursache ist möglicherweise eine gestörte hormonelle Stimulation bzw. eine stromale Synthesestörung in Folge veränderter epithelial/stromaler Wechselwirkungen. Das Enzym MMP-2 wird dagegen in den Stromazellen aller Endometroseherde, unabhängig von deren Differenzierung und dem Auftreten glandulärer Alterationen, deutlich vermehrt nachgewiesen. Dies ist sehr wahrscheinlich Folge der Extra-zellularmatrix-Akkumulation innerhalb der Endometroseherde und für die fortschreitende Zerstörung der glandulären Basalmembranen verantwortlich. Die glanduläre Expression innerhalb der Endometroseherde gleicht weitgehend der der unveränderten Drüsenzellen, lediglich in destruierenden Endometrosen werden TGF-alpha, TGF-beta2 und MMP-2 in den involvierten Drüsenzellen vermehrt nachgewiesen. Mögliche Ursachen wären eine Diffusion durch die geschädigte glanduläre Basalmembran bzw. eine Anregung der Synthese im Rahmen der epithelialen Wundheilung. Eine Anregung der glandulären und stromalen Expression der untersuchten Wachstumsfaktoren und des Enzyms MMP-2 im Rahmen der Endometrose durch die Anwesenheit von Entzündungszellen konnte nicht nachgewiesen werden. Eine der Leber- und Lungenfibrose ähnelnde, überschießende Wundheilungsreaktion durch eine primär epithelial bedingte, vermehrte TGF-Wachstumsfaktorproduktion sowie direkte Zusammenhänge zwischen der MMP-2- und TGF-beta-Wachstumsfaktor-Expression waren in der equinen Endometrose nicht festzustellen. Da vor allem die Stromazellen in der Endometrose eine veränderte Expression der Wachstumsfaktoren aufwiesen, ist möglicherweise eine primäre stromale Fehldifferenzierung der Ausgangspunkt für die Entstehung der Endometrose. Eine mit der Leber- und Lungenfibrose vergleichbare Schlüsselrolle der TGF-Wachstumsfaktoren in der Pathogenese der equinen Endometrose konnte nicht eindeutig belegt werden.

Ziel der vorliegenden Arbeit war die immunhistologische Charakterisierung der Expression der profibrotischen Wachstumsfaktoren Transforming growth factor-beta-1, -beta2 und -beta3 und des Enzyms Matrixmetalloproteinase-2 (MMP-2) im equinen Endometrium während des Zyklus sowie innerhalb der verschiedenen Erscheinungsformen der equinen Endometrose. Zudem wurde der potentielle Einfluss einer gleichzeitig auftretenden Endometritis auf die glanduläre und stromale Wachstumsfaktor- und Enzym-Expression untersucht. Die Ergebnisse dieser Studie sollten klären, ob und inwieweit den untersuchten Wachstumsfaktoren unter Beteiligung von MMP-2 in der Pathogenese der equinen Endometrose eine mit anderen Organfibrosen vergleichbare Schlüsselrolle zukommt. Zu diesem Zweck standen an definierten Tagen entnommene Endometriumbioptate (n=21) von drei zyklisch aktiven, klinisch und gynäkologisch gesunden Maidenstuten sowie Endometriumbioptate von 60 Stuten mit graduell variabler Endometrose unterschiedlichen Charakters und Endometriumbioptate von 22 Stuten mit mittelgradiger Endometrose und gleichzeitiger mittelgradiger eitriger (n=16) bzw. nichteitriger (n=6) Endometritis aus dem Routineeinsendungsmaterial des Institutes für Veterinär-Pathologie der Universität Leipzig zur Verfügung. Die Wachstumsfaktoren TGF-beta1, -beta2 und -beta3 sowie das Enzym MMP-2 zeigen im Zyklus ein typisches, zellspezifisches Reaktionsmuster, das unterschiedlichen Regulations-mechanismen zu unterliegen scheint. Ein Maximum der TGF-beta1-Expression in den luminalen Epithelzellen, Stroma- und Drüsenzellen kann in der endometrialen Sekretionsphase mit Anstieg bzw. einem Maximum der Serumprogesteron-Konzentration beobachtet werden. Im Gegensatz dazu tritt eine Expression von MMP-2 in den Stromazellen in der Sekretionsphase mit Abfall der Progesteronkonzentration im Serum auf. Das luminale Epithel und die Stromazellen zeigen eine maximale Expression von TGF-beta2 beim Vorliegen hoher Progesteronspiegel im Serum bzw. mit Abfall der Serumprogesteron-Konzentration in der Sekretionsphase. TGF-beta3 weist im luminalen Epithel ein ähnliches Expressionsmuster auf, eine deutliche Abhängigkeit zu den Serumhormon-Konzentrationen lässt sich jedoch nicht feststellen. Die stromale Expression von TGF-alpha unterliegt im equinen Endometrium keinen zyklusabhängigen Variationen. Die Stromazellen innerhalb der verschiedenen Endometroseherde zeigen, im Vergleich zum unveränderten Endometrium, vor allem eine verminderte Expression von TGF-alpha. Das Expressionsmuster der TGF-beta-Wachstumsfaktoren ist grundsätzlich variabel, es fällt jedoch auf, dass die Stromazellen insbesondere in inaktiven Endometrosen eine geringere Expression der TGF-beta-Isoformen aufweisen. Ursache ist möglicherweise eine gestörte hormonelle Stimulation bzw. eine stromale Synthesestörung in Folge veränderter epithelial/stromaler Wechselwirkungen. Das Enzym MMP-2 wird dagegen in den Stromazellen aller Endometroseherde, unabhängig von deren Differenzierung und dem Auftreten glandulärer Alterationen, deutlich vermehrt nachgewiesen. Dies ist sehr wahrscheinlich Folge der Extra-zellularmatrix-Akkumulation innerhalb der Endometroseherde und für die fortschreitende Zerstörung der glandulären Basalmembranen verantwortlich. Die glanduläre Expression innerhalb der Endometroseherde gleicht weitgehend der der unveränderten Drüsenzellen, lediglich in destruierenden Endometrosen werden TGF-alpha, TGF-beta2 und MMP-2 in den involvierten Drüsenzellen vermehrt nachgewiesen. Mögliche Ursachen wären eine Diffusion durch die geschädigte glanduläre Basalmembran bzw. eine Anregung der Synthese im Rahmen der epithelialen Wundheilung. Eine Anregung der glandulären und stromalen Expression der untersuchten Wachstumsfaktoren und des Enzyms MMP-2 im Rahmen der Endometrose durch die Anwesenheit von Entzündungszellen konnte nicht nachgewiesen werden. Eine der Leber- und Lungenfibrose ähnelnde, überschießende Wundheilungsreaktion durch eine primär epithelial bedingte, vermehrte TGF-Wachstumsfaktorproduktion sowie direkte Zusammenhänge zwischen der MMP-2- und TGF-beta-Wachstumsfaktor-Expression waren in der equinen Endometrose nicht festzustellen. Da vor allem die Stromazellen in der Endometrose eine veränderte Expression der Wachstumsfaktoren aufwiesen, ist möglicherweise eine primäre stromale Fehldifferenzierung der Ausgangspunkt für die Entstehung der Endometrose. Eine mit der Leber- und Lungenfibrose vergleichbare Schlüsselrolle der TGF-Wachstumsfaktoren in der Pathogenese der equinen Endometrose konnte nicht eindeutig belegt werden.

Durch Analyse der Subtraktion-cDNA Bibliothek einer humanen Lungentumor Zelllinie haben wir ein neues Mitglied der S100 Genfamilie identifiziert und charakterisiert, welches S100A14 benannt wurde. Die vollständige cDNA hat eine Länge von 1067 bp und kodiert für ein Protein von 104 Aminosäuren, welches die S100-spezifische Kalzium-bindende Domäne enthält. Das Gen wird in normalen humanen Epithelien ubiquitär exprimiert, zeigt jedoch Expressionsverluste in vielen Tumorzelllinien. Im Gegensatz zu Tumorzelllinien ist S100A14 auf mRNA- und Proteinebene in vielen humanen Primärtumoren stärker exprimiert, unter anderem in Lungen- und Brustkarzinomen. Um den Mechanismus der erhöhten S100A14 Expression in Lungen- und Brustkarzinomen zu verstehen, haben wir die Effekte des EGF (epidermal growth factor) und des TGF-alpha (transforming growth factor-alpha) untersucht. Beide Faktoren sind Liganden des ERBB Rezeptors und induzieren in der immortalisierten bronchialen Epithelzelllinie S100A14 Expression. Unter Verwendung spezifischer Inhibitoren konnte gezeigt werden, dass für die EGF-vermittelte transkriptionelle Induktion der ERK1/2 Signalweg (extracellular signal-regulated kinase) verantwortlich ist und eine de novo Proteinsynthese erfordert. Diese Ergebnisse unterstützend konnte immunhistologisch eine signifikante Korrelation zwischen der Überexpression von ERBB2 und S100A14 in primären Brustkarzinomen nachgewiesen werden. Phorbolester-12-Myristat-13-Acetat (PMA) verstärkte gleichfalls die S100A14 mRNA Expression in 9442 Zellen, was eine Regulation durch die Protein Kinase C (PKC) vermuten lässt. Die PMA-induzierte Expression von S100A14 wird ebenso wie die TGF-alpha/EGF-Induktion durch die Aktivierung des ERK1/2 Signalweges vermittelt. In Anbetracht der großen Bedeutung der ERK1/2 und PKC Signalwege in der Tumorentstehung und Tumorprogression ist zu vermuten, dass S100A14 über die aberrante Regulation dieser Signalwege an die maligne Transformation gekoppelt ist. / By analysing a human lung tumour cell line subtraction cDNA library, we have identified and characterized a novel member of the human S100 gene family that we designated S100A14. The full-length cDNA is 1067 bp and encodes a putative protein of 104 amino acids. The predicted protein contains the S100-specific EF-hand calcium-binding domain. The gene is ubiquitously expressed in normal human tissues of epithelial origin. S100A14 transcript was found to be down-regulated in many immortalized and tumour cell lines from diverse tissues. In contrast to the tumour cell lines, S100A14 shows up-regulation at the mRNA and protein level in many human primary tumours, including lung and breast carcinomas. To elucidate mechanisms whereby S100A14 expression is enhanced in lung and breast tumours, we studied the effects of epidermal growth factor (EGF) and transforming growth factor-alpha (TGF-alpha) on its expression. Both are ligands of ERBB receptor and induced S100A14 expression in the immortalized bronchial epithelial cells. By use of specific inhibitors, we found that EGF-mediated transcriptional induction of S100A14 involves extracellular signal-regulated kinase (ERK1/2) signalling and requires de novo protein synthesis. In support of these findings, we demonstrated by immunohistochemistry a significant correlation between ERBB2 and S100A14 protein overexpression in primary breast carcinomas. Our studies showed that the phorbol ester 12-myristate 13-acetate (PMA) increases S100A14 mRNA expression in immortalized bronchial epithelial cells suggesting regulation by protein kinase C (PKC). Similar to TGF-alpha/EGF induction, the PMA-induced S100A14 expression was also mediated by activation of the ERK1/2 signalling cascade. Considering the importance of the ERK1/2 and PKC signalling pathways in tumour development and progression we suggest that it is the aberrant regulation of these signalling cascades that couples S100A14 to malignant transformation.

Regulation of growth is of fundamental importance for development of the organism and to maintain health. The induction of cell proliferation and matrix production are influenced by several different signaling systems, most importantly by growth factors. The human HER-family of growth factor ligands and receptors is one of the most studied and, at present, one of the most complex including 4 tyrosine kinase receptors and at least 11 different ligands cooperating in the transfer of signals. The HER-family growth responses are also influenced by other intercellular and extracellular signals, including matrix components, cytokines and hormones mediating e.g. inflammation. HER-1 (EGFR) is one of the best known and most extensively studied growth factor receptors. TGF-alpha is possibly the most potent HER-1 ligand and influences wound healing, epidermal maintenance, gastrointestinal function, lactation, pulmonary function and more. Several studies have shown important regulatory functions for some inflammatory cytokines on TGF-alpha production in white blood cells. HER-1 is widespread in epithelial cells but also in mesenchymal cells such as fibroblasts, osteogenic and chondrogenic cells. Consequently, many tumors arising from these cell types express HER family members and often show TGF-alpha and/or HER activation. Indeed, mammary cancer development has been shown when over expressing both TGF-alpha and HER-2 in mouse mammary cells in vivo. In recent years the first HER-1 and HER-2 inhibitors have come into clinical practice for treatment of breast cancer, lung cancer and gastrointestinal cancers, sometimes with great success. However, more knowledge is needed concerning the inflammatory regulation of HER-family expression including where and how the ligands and receptors cooperate. Therefore we were interested in studying the role of TGF-alpha in normal and abnormal growth. First we showed that the acute inflammatory cytokine IL-6 regulates TGF-alpha expression in U-937-1 monocytoid cells. Secondly, we detected a possible long-term enhancing influence of singledose UVR on HER-1 expression in normal human melanocytes. We continued thirdly by revealing TGF-alpha production concomitant with HER-2 in normal human synovia and release of soluble TGF-alpha into the synovial fluid. Both TGF-alpha and HER-2 production were significantly increased in inflammatory joint conditions, e.g. RA. Fourthly, we demonstrated expression of TGF-alpha, HER-1 and HER-2 in synovial sarcoma cells in culture; the observed HER-2 phosphorylation was dependent on ligand induced HER-1 activation. The presented results indicate that TGF-alpha expression can be enhanced by acute inflammatory cytokine IL-6, possibly contributing to growth stimulatory effects assigned to IL-6 itself. The acute effects of UVR on melanocytes mediate up-regulated steady-state expression of HER-1, constituting a potential target for locally produced TGF-alpha that may induce melanocyte proliferation. TGF-alpha and HER-2 seem to have a role in the maintenance of synovial joint tissues. Upregulation of TGF-alpha and HER-2 in inflammatory joint conditions, e.g. RA, represents a novel mechanism for synovial proliferation contributing to joint deterioration. TGF-alpha, HER1 and HER-2 may have a role in synovial sarcoma proliferation; further investigation is needed to evaluate HER-family inhibitors as a possible treatment alternative in this type of cancer.

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