Um chromosomale Veränderungen zu untersuchen, die mit dem metastatischen Phänotyp assoziiert sind, zu identifizieren, wurde die Comparative Genomische Hybridisierung (CGH) an Plattenepithelkarzinomen der Lunge durchgeführt. Der statistische Vergleich zwischen metastasierten und nicht-metastasierten Tumoren legte nahe, daß Deletionen von 3p12, 4p16, 6p22-p24, 6q24-q26, 8p21-p23, 10q und 21q22 sowie DNA-Gewinne bei 1q21-q25, 8q, 9q34, 11q13 und 15q11-q13 signifikant mit der Metastasierung assoziiert waren. Ausgedehnte Allelotypisierungsstudien konnten 3 minimale Deletionsregionen auf Chromosom 10q nachweisen. Die Untersuchung der Kandidatengene PTEN/MMAC1, MXI1 und DMBT1 in diesen Bereichen war jedoch negativ. Zur Identifizierung neuer Kandidatengene in der Lungenkrebs-Progression zu identifizieren, wurde die Subtraktive Suppressions-Hybridisierung (SSH) eingesetzt. Der Expressionsvergleich einer metastasierten Adenokarzinomzellinie mit einer Primärkultur normaler Lungenepithelzellen resultierte in der Klonierung von 2 cDNA-Bibliotheken mit insgesamt 752 Klonen, welche sequenziert und im Northern Blot auf differentielle Expression untersucht wurden. In weniger als 40% zeigten sich Homologien zu bereits bekannten Genen. Die weitere Analyse eines unbekannten cDNA-Fragmentes führte zur Klonierung und Charakterisierung eines neuen Genes, welches das humane Calcyclin-bindende Protein kodiert, auf Chromosom 1q24-q25. Die Überexpression dieses Genes in Lungenkarzinomzellinien sowie die Aufdeckung intra- und interchromosomaler Rearrangements mittels Fluoreszenz- in situ-Hybridisierung (FISH) weist auf eine mögliche Bedeutung in der Progression von Lungenkarzinomen hin. / To identify chromosomal imbalances associated with the metastatic phenotype Comparative Genomic Hybridization (CGH) was applied to squamous cell carcinomas of the lung. The comparison of metastatic and non-metastatic tumors suggested that deletions of 3p12, 4p16, 6p22-p24, 6q24-q26, 8p21-p23, 10q, and 21q22 as well as DNA gains of 1q21-q25, 8q, 9q34, 11q13, and 15q11-q13 were significant associated with the metastasis formation. Extensive allelotyping studies revealed 3 minimal deleted regions of chromosome 10q. The mutational analysis of the three candidate genes PTEN/MMAC1, MXI1, and DMBT1 located near these regions was negative. To isolate new candidate genes involved in lung cancer progression suppression subtractive hybridization (SSH) was used. The comparison of the expression pattern of a metastatic lung adeno carcinoma cell line with a primary culture of normal airway epithelial cells resulted in the cloning of 752 cDNA fragments which were sequenced and investigated by Northern blot hybridization. The sequence comparison showed homology to known genes in less than 40%. The further investigation led to the cloning and characterization of a new gene encoding the human Calcyclin-binding protein on chromosome 1q24-q25. The gene was overexpressed in a panel of lung cancer cell lines and showed intra- and interchromosomal reaarangements using fluorescence in situ- hybridization (FISH) suggesting the involvement of this gene in lung cancer progression.

Reaktive Sauerstoffspezies sind die entscheidenden Faktoren der pulmonalen Toxizität unter Radio-Chemotherapie. Sie induzieren eine akute pulmonale entzündliche Reaktion, unter der es zur Ausschüttung einer sich selbst verstärkenden Zytokinkaskade im Sinne eines multifaktoriellen Zytokinnetzwerkes und in der Folge unter einer persistierenden Zytokinkaskade zur Generierung von sekundären reaktiven Sauerstoffspezies kommt. Die Aktivierung dieser Zytokinkaskade ist noch Monate nach Chemotherapie oder Strahlentherapie auch bei Patienten, die klinisch keine Symptome der Lungenschädigung zeigen, nachweisbar. Dieser Prozeß kann, ähnlich wie bei der fibrosierenden Alveolitis, mit einer Fibrosierung des Lungengewebes und mit Ablagerung von extrazellulärer Matrix einhergehen. Die vorliegende Arbeit hat durch die systematische Analyse an 261 Lavagen von 199 Bronchialkarzinom-Patienten vor, unter und nach zytoreduktiver Therapie die Determinanten des oxidativen pulmonalen Stress untersucht. Als Meßparameter des akuten oxidativen Stress ist die Gesamtzellzahl in der BALF, der Methioninsulfoxidgehalt sowie die Konzentration von Glutathion, IL-1, IL-6 und IL-8, TNF-alpha, weiterhin die VEGF-Konzentration in der ELF geeignet. Erstmalig gezeigt werden konnte hierbei, daß VEGF nicht nur im Rahmen der Neoangiogenese, sondern auch durch reaktive Sauerstoffspezies hochreguliert wird und oxidativen Stress sensitiv anzeigt. Bei manifester Lungenfibrosierung könnte P-III-P ein sensitiver Marker der Fibroblasten-aktivierung und der Produktion extrazellulärer Matrix sein. Die Untersuchungen ergaben zwischen den Folgen der Strahlentherapie und Chemotherapie lediglich quantitative, keine qualitativen Unterschiede. Die vorliegende Arbeit möchte die Grundlage schaffen, dosisintensivierte multimodale Therapien bezüglich der oxidativen pulmonalen Belastungen bei Patienten mit Bronchialkarzinom invasiv zu monitoren. Dies könnte eine individuelle Dosisoptimierung durch die Bestimmung der oxidativen pulmonalen Kapazität, insbesondere der Glutathionkonzentration in der ELF, schaffen. / Induction of reactive oxygen is the main pathway of acute pulmonary injury during radio-chemotherapy. This release of cytokines during inflammation leads to a self perpetuating cytokine cascade as a cytokine network, resulting in the generation of secondary oxidative stress. This cytokine activation is detectable during therapy as well as months after therapy, even if the patient is clinically asymptomatic. This activated cytokine network can be accompanied by the deposition of extracellular matrix (similar as in lung fibrosis). In our study, we analysed 261 bronchoalveolar lavages (BAL) from 199 patients with lung carcinoma under, before and after chemotherapy and / or radiotherapy. The following BAL parameters indicating oxidative stress were found: total cell count, concentration of methionine sulfoxide, gluthatione, IL-1, IL-6, IL-8, TNF-alpha and VEGF. It was shown for the first time that VEGF is also upregulated by oxidative stress. If lung fibrosis is manifest, P-III-P could be a marker of activation of fibroblasts and of the production of extracellular matrix. In general, differences found in measured parameters during chemotherapy or radiotherapy were of quantitative, not of qualitative nature. Our study wants to lay the groundwork in monitoring pulmonary stress invasively in lung cancer patients. This could lead to better individual dose application by defining the antioxidative capacity, especially the gluthatione concentration in the BAL.

Seit Beginn der 90er Jahre wurden minimal-invasive Operationsmethoden zur Therapie des Bronchialkarzinoms eingeführt, ohne vorher sicherzustellen, daß sie hinsichtlich der onkologischen Sicherheit und Radikalität der konventionellen Operationsmethode ebenbürtig sind. Die vorliegende Arbeit hat daher die Entwicklung einer onkologisch adäquaten thorakoskopischen Lobektomie zur Aufgabe. Die dazu notwendige wissenschaftliche Evaluation erfolgt in mehreren Schritten. Zunächst wird der aktuelle operative Standard der konventionellen Chirurgie beim Bronchialkarzinom in der Literatur dargestellt. Auf dieser Grundlage wird die thorakoskopische Resektion inklusive Lymphadenektomie beim Bronchialkarzinom definiert. Dieser Standard dient als Vorlage für die Entwicklung der minimal-invasiven Chirurgie im Tier- und Leichenmodell. Im ersten Schritt der Phase I wird anhand tierexperimenteller Arbeiten untersucht, ob und unter welchen technischen Voraussetzungen eine thorakoskopische Lobektomie vollständig minimal-invasiv durchführbar ist. Mit den anschließenden chirurgisch-anatomischen Untersuchungen soll festgestellt werden, inwieweit die erarbeitete thorakoskopische Technik den onkologischen Prinzipien, insbesondere der Lymphadenektomie, Rechnung trägt. Diese Phase stellt die Grundvoraussetzung für eine weitere Evaluierung der erarbeiteten Ergebnisse in der Phase II dar. Die Erprobung der erarbeiteten Technik in der Klinik dient der Überprüfung auf Morbidität und Mortalität im Vergleich zur konventionellen Operationsmethode und der Übertragung in randomisierte Studien zum Nachweis relevanter Unterschiede im Frühverlauf (Phase IIIa) und Spätverlauf (Phase IIIb). / Since the beginning of the 1990's, minimal invasive surgery has expanded to include extensive thoracic operations, especially the lobectomy. Implementation of this procedure has been described in numerous publications, however the development occurred unsystematically. So the oncologic radicality and safety of both thoracoscopic lobectomy and lymph node dissection is a debated topic in the literature. Therefore, previous results could not prove that minimal invasive resections by bronchial carcinoma are equivalent to conventional surgical methods with respect to oncological security and radical resectability. For this reason thoracoscopic lobectomy with lymphadenectomy is investigated for radicality and completeness according to the recommendations for scientific evaluation. In a first step the criterias of an oncologic lung resection - lobectomy and lymphadenectomy - are established. This definition is the basis for the following phase I, the animal study and the experimental-anatomic study in a human cadaver model. The task of the animal study is to examine if a lobectomy could be done by thoracoscopic technique completely and on which conditions. Than an experimental-anatomic study in a cadaver model is done to control the extent of the radical thoracoscopic lobectomy with lymphadenectomy by a following thoracotomy. This study is essential for a phase II-trial, the application of the acquired thoracoscopic technique in a pilot study for examination of morbidity and mortality. The comparison of the thoracoscopic and the conventional lobectomy in the pilot study also served to evaluate potential advantages of the minimal-invasive method. These advantages are a strong argument in favour of the introduction of the thoracoscopic method in to the clinic for prospective-randomized trials (phase III a and III B).

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.

Das Adenokarzinom ist weltweit das häufigste nicht-kleinzellige Lungenkarzinom mit ansteigender Inzidenz insbesondere bei Frauen. Zur genetischen Analyse dieses Tumortyps haben wir 60 Fälle mittels der Comparativen Genomische Hybridisierung (CGH) untersucht, dabei wurden 60 Primärtumoren und von 10 Fällen zusätzlich 23 Metastasen (pro Primärtumor max. 4 korrespondierende Metastasen) analysiert. Bei den 60 Primärtumoren wurden folgende Veränderungen in über 50% der Fälle beobachtet: Deletionen auf den Chromosomen 3p, 4p, 4q, 5q, 6q, 8p, 9p, 9q, 13q, 15q und 18q sowie Überrepräsentationen auf den Chromosomen 1q, 5p, 8q, 11q. 17q. 19q und 20q. Häufigste Veränderung war die Überrepräsentation auf Chromosom 1q22-q23 (73,3%), gefolgt von Überrepräsentationen auf den Chromosomen 20q11.2-q13.2 (66,7%) und 8q23-q24.1 (61,7%) und Deletionen auf 3p22-p21 (61,7% ), 4q26-q28 (63,3%), 6q16 (60,0%), 6q22 (60,0%), 9p13-p21 (63,3%), 13q21 (68,3%) und 13q31 (68,3%). Beim statistischen Vergleich mittels c2-Test von 24 nicht-metastasierten Primärtumoren mit der Gruppe von 23 metastasierten Primärtumoren und 10 Metastasen waren folgende Veränderungen statistisch signifikant mit Metastasierung verbunden: Deletionen von 3p22-p25, 4p13-p15.1 und 17p12-p13 sowie Überrepräsentationen von 1q21, 11q12-13, 14q11.1-q13, 15q24 und 20q12-13.1. Statistisch signifikant häufiger mit dem nicht-metastasierten Phänotyp assoziiert waren dagegen folgende Veränderungen: Deletion von 19p13.1-p13.3 und Überrepräsentationen von 3p12-p14 , 4q26-q28 und 5p14. Die Analyse der Primärtumoren und ihrer korrespondierenden Metastasen konnten in jedem Fall einen klonalen Zusammenhang aufzeigen. Zusammenfassend sind Adenokarzinome der Lunge durch wiederkehrende Muster chromosomaler Veränderungen charakterisiert, die eine Korrelation zwischen Tumor-Genotyp und -Phänotyp ermöglichen. / Adenocarcinomas are the most common non small cell lung carcinomas worldwide with increasing incidence especially in women. For the genetic analysis of this tumor type we screened 60 primary tumors and additionally 23 metastases from 10 cases (4 corresponding metastases per primary tumor as maximum) by Comparative Genomic Hybridization (CGH). The following alterations were found in over 50% of the 60 primary tumors: Deletions on chromosomes 3p, 4p, 4q, 5q, 6q, 8p, 9p, 9q, 13q, 15q, and 18q as well as overrepresentations on chromosomes 1q, 5p, 8q, 11q. 17q. 19q und 20q. The most frequent alteration was the overrepresentation on chromosome 1q22-q23 (73,3%), followed by overrepresentations on chromosomes 20q11.2-q13.2 (66,7%), and 8q23-q24.1 (61,7%), and deletions on 3p22-p21 (61,7% ), 4q26-q28 (63,3%), 6q16 (60,0%), 6q22 (60,0%), 9p13-p21 (63,3%), 13q21 (68,3%), and 13q31 (68,3%). At the comparison between 24 non metastasizing primary tumors versus 23 metastasizing tumors and 10 metastases the following changes were statistically significant (c2 test) associated with the metastasizing phenotype: deletions on chromosomes 3p22-p25, 4p13-p15.1, and 17p12-p13, as well as overrepresentations on 1q21, 11q12-13, 14q11.1-q13, 15q24, and 20q12-13.1 whereas the deletion on chromosome 19p13.1-p13.3 and overrepresentations on chromosomes 3p12-p14 , 4q26-q28, and 5p14 were associated with the non metastasizing phenotype. A clonal relationship could be shown in every case with primary tumor and corresponding metastases. In summary, adenocarcinomas of the lung are characterized by recurrent patterns of chromosomal imbalances allowing a correlation between tumor genotype and tumor phenotype.