MACC1, ein Hauptregulator von Metastasen, ist an zahlreichen Kennzeichen von Krebs beteiligt, einschließlich dereguliertem Metabolismus. Dennoch ist seine Rolle im Krebsstoffwechsel unklar. In der vorliegenden Arbeit wurde eine systematische Analyse von MACC1-getriebenen metabolischen Netzwerken durchgeführt. MACC1 erhöhte die GLUT1 auf Zellmembrane, was zu einer erhöhten Glukoseanreicherung, einem erhöhten Glukosefluss und somit zu einer erhöhten Zellproliferation führte. Außerdem, reduzierte MACC1 den Glutaminfluss unabhängig von der Nährstoffverfügbarkeit. Bei Glucoseentzug erhöhte MACC1 die Pyruvataufnahme und zeigte aber die geringe Auswirkungen auf den Pyruvatfluss. In vivo, MACC1 zeigte erhöhte Aufnahme von 18F-FDG und 18F-Glutamat in Lebermetastasen. Zusammengefasst zeigen diese Ergebnisse, dass MACC1 mehrere Wirkungen auf den Krebs-Metabolismus zeigt, was es attraktiv macht, seine Wirkungen in Krebsmodellen weiter zu untersuchen. Metastasierung ist die Haupttodesursache bei Darmkrebs. Fünfzehn bis zwanzig Prozent der Darmkrebs Patienten im Stadium II entwickeln im Verlauf der Erkrankung Metastasen, jedoch bleiben die Kriterien der Wahrscheinlichkeit mit welcher Patienten von Chemotherapie profitieren werden ungenau. Hier wurde das Potenzial der Plasma-Metabolomik zur Vorhersage von Metachronmetastasen untersucht. Plasma metabolische Profile wurden wesentlich unterschiedlich zwischen nicht-metastasierten und metachron metastasierten Patienten gefunden. Wie Klassifikationsmodelle aus Entscheidungsbäumen und Support-Vektor-Maschinen gezeigt haben die Plasmametaboliten haben die Fähigkeit nicht-metastasierte von metachron metastasierten Darmkrebs Patienten zu unterscheiden, mit einer durschnittlichen Vorhersagegenauigkeit von 0,75 bzw. 0,82 für jede der Methoden, angemessen. Zusammen, zeigen diese Ergebnisse, dass Plasmametaboliten das Potenzial haben, Darmkrebs Patienten gemäß ihrem Metastasierungsrisiko nichtinvasiv zu stratifizieren. / MACC1, a master regulator of metastasis, is involved in most hallmarks of cancer, including deregulated metabolism. Yet, fragmentary data on its role in cancer metabolism exist. Here, a systematic analysis of MACC1-driven metabolic networks by elucidation of cell nutrient preferences, environment dependent alterations of nutrient utilization, metabolic pathway functionality and metabolic tracing using 13C-labeled metabolic substrates had been performed. MACC1 was found to enhance surface GLUT1 thus leading to increased glucose depletion, glucose flux and hence increased cell proliferation. Besides, MACC1 was found to reduce glutamine flux independent of nutrient availability. Upon glucose deprivation MACC1 was found to enhance pyruvate uptake exhibiting minor effects on pyruvate flux. In vivo, MACC1 increased uptakes of 18F-FDG and 18F-glutamate in liver metastatic lesions. Together, these findings demonstrate that MACC1 exhibits multiple effects on cancer metabolism, thus making it attractive to further study its effects in cancer models. Metastasis is the main cause of death from colorectal cancer (CRC). Fifteen to twenty percent of stage II CRC patients develop metastasis during the course of disease, however the criteria of likely benefitting patients from chemotherapy remain imprecise. Here, the potential of plasma metabolomics to predict metachronous metastasis was assessed. Plasma metabolic profiles were shown to be significantly different between non-metastasized and metachronously metastasized CRC patients. As demonstrated by supervised classifications using decision trees and support vector machines plasma metabolites have the power to distinguish non-metastasized from metachronously metastasized CRC patients giving average prediction accuracy of 0.75 and 0.82 for each of the methods, respectively. Together, these results demonstrate that plasma metabolites have the potential to non-invasively stratify CRC patients according to their metastasis risk.

Die innerste Schicht von Blutgefäßen wird durch Endothelzellen geformt. Dort haben sie das Potential neue Blutgefäße durch einen Prozess Namens Angiogenese zu bilden. In Krebspatienten wurde gezeigt, dass Medikamente, die auf Mikrotubuli zielen, die tumorassoziierte Angiogen ese hemmen. Diese Erkenntnis lässt auf eine Rolle der Mikrotubuli-Dynamik im Prozess der Angiogenese schließen. Die fein abgestimmte Mikrotubulus-Dynamik wird durch posttranslationale Tubulinmodifikationen, wie die durch die Vasohibin-1 katalysierte Mikrotubuli-Detyrosinierung, moduliert. Dennoch sind die Rollen der Mikrotubuli-Dynamik und -Detyrosinierung während der Angiogenese noch nicht verstanden. Ich konnte zeigen, dass Mikrotubuli in aussprossenden Zellen schneller und für kürzere Zeit wachsen, und dass sie in Abhängigkeit vom Blutfluss stabilisiert werden. Funktionelle Studien haben gezeigt, dass die Dynamik der Mikrotubuli eine Rolle bei der Streckung und Proliferation von Endothelzellen spielt und dadurch für die korrekte Gefäßmorphogenese notwendig ist. Vasohibin-1 detyrosiniert α-Tubulin und wird im Endothel von Zebrafischen stark exprimiert. Ich habe herausgefunden, dass endotheliales Tubulin vorwiegend in aus sprossenden Gefäßen der hinteren Kardinalvene detyrosiniert wird. Bei sekundären Aus sprossungen führte der Funktionsverlust von Vasohibin-1 zu einer allgemeinen Abnahme der Mikrotubuli-Detyrosinierung, was zu einem abnormalen Sprossungsverhalten führte. Es unter Verlust von Vasohibin-1 eine vermehrte Zellteilung und eine erhöhte Zellzahl in sekundären Aussprossungen gibt. Infolge dessen scheitern diese Zellen daran die Lymphgefäße zu bilden und bauen stattdessen überschüssige Verbindungen zwischen den Venen. Meine Erkenntnisse lassen vermuten, dass die Tubulin-Detyrosinierung spezifisch die Zellteilung in den sekundären Aussprossungen kontrolliert, um die Bildung der venösen und lymphatischen Gefäße im Zebrafisch-Schwanz zu erreichen. / Endothelial cells form the inner layer of blood vessels. There, they retain the potential to develop into new vessels through a process known as sprouting angiogenesis. Microtubule targeting drugs inhibit tumour-associated angiogenesis in cancer patients, suggesting a role of microtubule dynamics in this process. The fine-tuned microtubule dynamics are modulated by tubulin post translational modifications such as microtubule detyrosination, catalysed by Vasohibin-1. The role of the microtubule dynamics and detyrosination in angiogenesis remains elusive. The aim of my research is to increase the understanding of the role of microtubule dynamics and stability in vessel development and maturation by studying and manipulating the microtubule dynamics in the zebrafish embryo. In Chapter 3, I show that microtubules grow faster and for shorter periods in sprouting cells, and stabilise over time, in a flow-dependent manner. Functional studies showed that microtubule dynamics are necessary for the correct vessel morphogenesis, by playing a role in endothelial cell elongation and proliferation. In Capter 4, I show that Vasohibin-1 detyrosinates α-tubulin and is highly expressed in the endothelium of zebrafish. I found that endothelial tubulin is predominantly detyrosinated in sprouting vessels from the posterior cardinal vein of the zebrafish. In these secondary sprouts, Vasohibin-1 loss-of-function led to an overall decrease of microtubule detyrosination resulting in abnormal sprouting behaviour. High resolution imaging revealed increased cell division and cell numbers in Vasohibin-1 deficient secondary sprouts. These cells then failed to build the lymphatic vessels and instead populate superfluous connections between veins. I propose that tubulin detyrosination specifically controls cell division of secondary sprouts to achieve adequate formation of venous and lymphatic vasculature in the zebrafish trunk.

Hintergrund: Der Einsatz minimal invasiver Techniken in der onkologischen Chirurgie wird wegen der Berichte über Trokarmetastasen kontrovers diskutiert. Die Pathogenese von Inzisionsmetastasen und intraperitonealem Tumorwachstum ist bisher nicht bekannt. Als mögliche Ursachen kommen bei Einsatz der laparoskopischen Chirurgie auch Einflüsse von Gas und Druck auf das Peritoneum in Betracht. Dabei könnte eine peritoneale Inflammation die Adhäsion und das Wachstum von Tumorzellen begünstigen. Wir untersuchten den Einfluss eines CO2- und Helium- Pneumoperitoneums auf die Morphologie des Rattenperitoneums. Methoden: Bei insgesamt 50 Ratten (BD IX) erfolgte die intraabdominelle Injektion von Tumorzellen (DHB/TRb) und im Anschluß für 30 min der Aufbau eines CO2-oder Helium-Pneumoperitoneums mit einem Druck von 15 mm Hg. Nach definierten Zeitpunkten (2, 12, 24, 48 und 96h) wurden die Tiere geopfert und Proben des Peritoneums rasterelektronenmikroskopisch auf inflammatorische Veränderungen untersucht. Bei den Kontrolltieren wurde keine Pneumoperitoneum aufgebaut. Ergebnisse: Bei allen Kontrolltieren war das Peritoneum frei von entzündlichen Veränderungen. Sowohl in der CO2 als auch in der Helium-Gruppe lagen bei 21 von 25 Tieren ebenfalls keine entzündlichen Veränderungen vor. Lediglich bei vier Tieren jeder Gruppe fanden sich Alterationen des Mesothel, die auf eine Inflammation hindeuteten. Tumorzellen wurden in insgesamt sechs Tieren nachgewiesen. In keinem Fall kam es zu einem nodulären oder diffusen intraperitonealen Tumorwachstum. Schlussfolgerung: Morphologisch zeigt das Rattenperitoneum nach Tumorzellinjektion und CO2- bzw. Helium- Pneumoperitoneum keine Veränderungen, die ein intraperitoneales Tumorwachstum begünstigen könnten. Alterationen des Peritoneums infolge eines Pneumoperitoneums scheinen daher nicht die Ursache für das Auftreten von Metastasen nach minimal-invasiven Operationen zu sein. / Objective: Laparoscopic surgery in patients with cancer has been discussed controversially because of the susceptibility of laparoscopic incisions for metastatic tumour growth. The mechanisms of port-site metastases and intraperitoneal tumour growth are still unknown. One reason might be the influence of insufflation gas and pressure on the peritoneum. A structural damage of the mesothelial layer due to the pneumoperitoneum might facilitate tumour cell adhesion and growth. We have examined the influence of CO2- and helium- pneumoperitoneum on the morphology of the peritoneum. Methods: A total of 50 rats (BD IX) received colon carcinoma (DHB/TRb) cells intraperitoneally and CO2 or Helium were used for insufflation at a pressure of 15 mm Hg for 30 minutes. After different time periods (2, 12, 24, 48 and 96h) rats were killed and the peritoneum was examined by scanning electron microscopy. Controls were without pneumoperitoneum. The peritoneum was examined by scanning electron microscopy. Results: Controls and most of the rats with pneumoperitoneum showed no peritoneal alterations. In 4 animals of each group inflammatory alterations of the peritoneum such as bulging and retraction of mesothelial cells were observed at different time points. Tumour cells adherent to the peritoneum were found in a total of 6 animals. Peritoneal carcinomatosis, tumour nodules or infiltration of the peritoneum by tumour cells were not observed. Conclusions: Our study demonstrates that the morphologic integrity of the rat peritoneum is not disturbed when CO2 or helium are used for insufflation combined with the intraperitoneal injection of carcinoma cells. Pneumoperitoneum therefore is probably not the condition causing peritoneal changes that favour intraperitoneal tumour growth.