Im Rahmen der Dissertation wurde ein Verfahren zur Quantifizierung monosomer Zellpopulationen innerhalb eines disomen Normalgewebes auf Basis der Pyrosequenzierung von Einzelbasenmutationen etabliert und hinsichtlich seiner Genauigkeit untersucht. Dabei liegt ein besonderer Schwerpunkt auf der Entwicklung eines Verfahrens zur Festlegung von Grenzwerten für die Detektion monosomer Population sowie für genetisch heterogene Subpopulationen. Zur Bestimmung der Genauigkeit wurden Mischreihen von DNA zweier Genotypen angefertigt und das Allelverhältnis durch Pyrosequenzierung gemessen. Diese Ergebnisse wurden genutzt, um Grenzwerte für die Detektion von LOH3-positiven Zellen im UMM estzulegen. In diesen Vorversuchen konnte die Anwendbarkeit der Analysemethode für Proben aus UMM sowohl aus Enukleations wie auch aus Feinnadelaspirationspräparaten demonstriert werden. Es wurde dann in einem weiteren Schritt analysiert, wie viele differente Loci für eine korrekte Diskriminierung zweier Genotypen analysiert werden müssen. Hier wurde gezeigt, dass zum einen die Anzahl der untersuchten SNP aber auch das gemessene Allelverhältnis maßgeblichen Einfluss auf die Genauigkeit der Analyse haben. Basierend auf diesen Daten wurde ein Verfahren entwickelt, das aus der gewünschten Genauigkeit eine Berechnung des Umfangs eines zu etablierenden SNP-Panels ermöglichte.

Das translationell kontrollierte Tumorprotein (TCTP) ist ein hochkonserviertes, ubiquitär in Eukaryonten vorkommendes Protein. Seine Bezeichnung geht auf die erstmalige Beschreibung in Tumorzellen zurück und weist zugleich auf seine besondere translationelle Regulation hin. Das zugehörige Gen wird als TPT1 bezeichnet und befindet sich beim Menschen auf dem langen Arm des Chromosom 13. Eine pathophysiologische Bedeutung für TCTP wurde bei Tumorerkrankungen, Erkrankungen des allergischen Formenkreises sowie bei Infektionen durch Parasiten beschrieben. Für diese Arbeit wurde zur Untersuchung grundlegender Regulationsphänomene die TCTP-mRNA des Kaninchens als geeignetes Modell ausgewählt. Es wurden die volllangen TCTP-mRNA1 und 2, die sich in der Länge ihrer 3'UTR unterscheiden, sowie Deletionsvarianten, denen die UTR-Abschnitte fehlen, kloniert. In Proteinbindungsstudien (Electromobility Shift Assays, UV-Crosslinking-Experimente, RNA-Affinitätschromatographie) wurden potentielle Bindungsfaktoren der TCTP-UTRs analysiert. Die an der mRNA des Kaninchens erarbeiteten Ergebnisse wurden durch Untersuchungen an humanen Melanomzellen ergänzt. In in vitro Translationsexperimenten wurde gezeigt, dass die Regulation der TCTP-mRNA durch ihre 5'UTR und 3'UTR2 vermittelt wird. In RNA-Bindungsstudien konnte eine Reihe potentieller Bindungsfaktoren der UTRs charakterisiert werden. Bei Verwendung von Extrakten aus verschiedenen Kaninchengeweben zeigten sich deutliche gewebsspezifische Unterschiede. Frühere Untersuchungen hatten gezeigt, dass es in der Melanomzelllinie MeWo bei der Ausbildung einer Chemoresistenz zu einer Expressionssteigerung des TCTP kommt. In einem ersten Schritt wurde der Beitrag von Transkription und Translation in vergleichenden Northern und Western Blot Analysen untersucht. Auf mRNA-Niveau findet man in den resistenten Zellen eine deutliche Steigerung der Expression im Vergleich zu den sensiblen Zellen. Der mRNA-Menge in den chemosensiblen Zellen steht eine vergleichsweise geringe Menge an Protein gegenüber. Folglich liegt die mRNA in diesen Zellen in einem inaktiven Zustand vor. Es konnten drei Cytoskelettproteine gamma-Actin, beta-Tubulin und alpha-Actinin als Bindungspartner der TCTP-3'UTR in den Melanomzellen identifiziert werden. Eine Bedeutung von TCTP für die Entstehung der Chemoresistenz lässt sich aufgrund seiner anti-apoptotischen Wirkung vermuten. Die Regulation der TCTP-Translation stellt bei durch Cytostatika hervorgerufener Hemmung der Transkription einen wichtigen Pathomechanismus in chemoresistenten Melanomzellen dar. / The translationally controlled tumor protein (TCTP) is a highly conserved protein expressed in all eukaryotic organisms. It was first described in tumor cells showing a special regulation of translation. The chromosomal localisation of the respective human gene TPT1 has been determined (13q14). TCTP has been implicated in cellular processes such as cell growth and apoptosis. Its medical importance has been shown in malignant transformation, allergic reactions and immunity against parasitic organisms. In order to investigate basic mechanisms of translational regulation the rabbit TCTP-mRNA was chosen due to its high homology to its human counterpart. The TPT1 gene is transcribed into two TCTP-mRNAs differing in the length of their 3'untranslated regions. These two mRNAs and variants missing the untranslated regions were cloned into expression vectors. In Electro mobility shift assays, UV-crosslinking assays and RNA affinity purification several TCTP-mRNA binding factors were characterised. Furthermore, the role of TCTP in human chemoresistant melanoma cells was investigated. In cell-free translation assays the importance of the 5'UTR and 3'UTR2 was shown. However, in wheat germ extracts the regulation of the TCTP-mRNA mediated by its 5'UTR is less important. In Electro mobility shift assays and UV-crosslinking assays with radiolabelled transcripts of the untranslated regions great variations in tissue-specific protein binding were found. Recently, TCTP had been implicated in the development of chemoresistance in the human melanoma cell line MeWo. As a first step, the contribution of transcriptional and translational regulation was analysed by comparing TCTP-expression in Northern and Western blot assays. Transcription of the TPT1 gene is increased in chemoresistant melanoma cells whereas translation is inhibited in those cells susceptible to chemotherapeutic agents. Three proteins, gamma-actin, beta-tubulin and alpha-actinin, were identified as factors binding to the TCTP-3'UTR in melanoma cells. For the interaction of these cytoskeleton components their ability to bind intracellular calcium ions could be of great importance. The role of TCTP in the development of chemoresistance can be explained by its anti-apoptotic function. In conclusion, the regulation of TCTP-translation when transcription is blocked by inhibitors of DNA-function is an important mechanism to overcome the effect of these anti-proliferative agents.

Im Rahmen der Dissertation wurde ein Verfahren zur Quantifizierung monosomer Zellpopulationen innerhalb eines disomen Normalgewebes auf Basis der Pyrosequenzierung von Einzelbasenmutationen etabliert und hinsichtlich seiner Genauigkeit untersucht. Dabei liegt ein besonderer Schwerpunkt auf der Entwicklung eines Verfahrens zur Festlegung von Grenzwerten für die Detektion monosomer Population sowie für genetisch heterogene Subpopulationen. Zur Bestimmung der Genauigkeit wurden Mischreihen von DNA zweier Genotypen angefertigt und das Allelverhältnis durch Pyrosequenzierung gemessen. Diese Ergebnisse wurden genutzt, um Grenzwerte für die Detektion von LOH3-positiven Zellen im UMM estzulegen. In diesen Vorversuchen konnte die Anwendbarkeit der Analysemethode für Proben aus UMM sowohl aus Enukleations wie auch aus Feinnadelaspirationspräparaten demonstriert werden. Es wurde dann in einem weiteren Schritt analysiert, wie viele differente Loci für eine korrekte Diskriminierung zweier Genotypen analysiert werden müssen. Hier wurde gezeigt, dass zum einen die Anzahl der untersuchten SNP aber auch das gemessene Allelverhältnis maßgeblichen Einfluss auf die Genauigkeit der Analyse haben. Basierend auf diesen Daten wurde ein Verfahren entwickelt, das aus der gewünschten Genauigkeit eine Berechnung des Umfangs eines zu etablierenden SNP-Panels ermöglichte.

Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit den tumorbedingten Überlebensdaten der Melanompatient:innen am Hauttumorzentrum Leipzig mit Primärdiagnose in den Stadien II bis IV zwischen 2006 bis Ende 2019. Aufgrund der im letzten Jahrzehnt etablierten neuen innovativen Therapiemöglichkeiten für die Stadien III bis IV wird angenommen, dass sich ab 2011 für Patient:innen in diesen Stadien Verbesserungen der Überlebensdaten eingestellt haben. In der Kontrollgruppe von Patient:innen im Tumorstadium II hingegen wird bei nahezu gleichgebliebenen Therapieoptionen keine Änderung der Mortalitätsraten im Gesamtbetrachtungszeitraum von 2006 bis 2019 erwartet. Die Auswertung erfolgte retrospektiv anhand der am Klinisches Krebsregister Leipzig (KKRL) erhobenen Daten. Es sind 840 Melanompatient:innen eingeschlossen. Von diesen erhielten 554 Patient:innen die Erstdiagnose im Stadium II, 250 im Stadium III und 36 im Stadium IV. Verglichen werden die Zeiträume 2006 bis 2010 (Ära der Chemotherapien, Gruppe 1, 292 Patient:innen), 2011 bis 2013 (Zulassung der ersten neuen innovativen Therapien im fortgeschrittenen Tumorstadium, Gruppe 2, 161 Patient:innen) und 2014 bis 2019 (umfängliches zugelassenes Arsenal neuer innovativer Therapien einschließlich adjuvanter Therapien, Gruppe 3, 387 Patient:innen). Kaplan Meier Darstellungen sowie Log Rank Tests betrachten die Fragestellung in Hinblick auf statistisch signifikante Unterschiede. Auswertungen zur Gruppenzusammensetzung und zu den Beobachtungszeiträumen ermöglichen eine Aussage über die Vergleichbarkeit der drei Patient:innengruppen. Betrachtet werden das Gesamtüberleben (OS), das progressionsfreie Überleben (PFS) in Hinblick auf den Tumorstadien-Shift von III zu IV sowie das rezidivfreie Überleben (RFS). Im Ergebnis können für Patient:innen im Tumorstadium III Veränderungen hinsichtlich des OS, PFS sowie RFS im Vergleich der drei Zeiträume aufgezeigt werden. Für das OS kann ein statistisch signifikanter Vorteil der Patient:innen für den letzten Zeitraum nachgewiesen werden. In Gruppe 3 überleben prozentual und statistisch signifikant die meisten Patient:innen bis zum fünften Jahr. Bei der Betrachtung des PFS tritt der Stadien-Shift bei Melanom-Patient:innen in den beiden letzten Zeiträumen später und prozentual weniger auf, wobei noch kein Nachweis einer statistischen Signifikanz gelingt. Für das RFS kann ebenfalls keine statistische Signifikanz berechnet werden. Zwar ist ein Anstieg der Mediane von Gruppe 1 zu 3 zu verzeichnen, jedoch gleicht sich der prozentuale Anteil der Rezidive bis zum fünften Jahr über alle drei Zeiträume hinweg an. Damit kann für die am Hauttumorzentrum Leipzig behandelten Patient:innen im Tumorstadien III in der Ära der neuen Therapeutika eine Verbesserung der Gesamt- und progressionsfreien Überlebensdaten demonstriert werden. Diese Real-life Daten entsprechen den Studiendaten der Literatur und unterstreichen den Überlebensvorteil im Stadium III nicht zuletzt aufgrund der adjuvanten Therapien. Das sich über alle Zeiträume angleichende RFS hingegen weist darauf hin, dass das Krankheitsrezidiv weniger beeinflusst wird. Bei der Auswertung des OS im fernmetastasierten Tumorstadium IV zeigen sich eine Verdreifachung der 5-Jahres-Überlebensrate (5-JÜR) von Gruppe 3 zu Gruppe 1 sowie ein Anstieg der Mediane und Mittelwerte. Diese Berechnungen sind hinweisend auf einen Benefit der neuen Immuntherapeutika im Tumorstadium IV, wenngleich ein statistisch signifikanter Unterschied nicht nachgewiesen werden kann. Das RFS kann aufgrund des häufig frühzeitigen Todeseintritts im fortgeschrittenen Stadium IV nicht ausreichend beurteilt werden. In der Kontrollgruppe Stadium II kann wie erwartet bei dem Vergleich des OS zwischen den drei Zeiträumen kein statistisch signifikanter Unterschied ermittelt werden. Bei der Berechnung der Mittelwerte des OS sowie der JÜR zeigt sich eine tendenzielle Verschlechterung der Überlebensdaten von Gruppe 1 zu 3. Allerdings sind die Beobachtungszeiträume von einem Teil der Patient:innen in der letzten Gruppe zum Zeitpunkt der Auswertung noch kurz, was die Auswertbarkeit einschränkt. Unerwartet aber statistisch signifikant verschlechtert sich ebenfalls das RFS der Stadium II Patient:innen von Gruppe 1 zu 3. Möglicher Grund für diese Entwicklung könnte der langsame Rückgang der adjuvanten Interferon-Therapie über den Beobachtungszeitraum sein, welche aufgrund der schwachen und uneinheitlichen weltweiten Studiendaten auch in Deutschland zunehmend verlassen wurde und welche zuletzt aufgrund der Einstellung der Produktion durch die Pharmahersteller zudem nicht mehr verfügbar war. Es ist demzufolge anzunehmen, dass eine Roferon-Therapie möglicherweise doch einen positiven Einfluss auf das OS sowie RFS in Leipzig hat. Wünschenswert für die abschließende Darstellung der Leipziger Überlebensdaten wäre die erneute Auswertung nach längeren Beobachtungszeiten für die letzte Gruppe. Einen ersten Ausblick hierfür gibt der Vergleich der Berechnungen der Daten aktualisiert bis zum 01.01.2021 und bis zum 01.04.2022. Insbesondere im Tumorstadium III des letzten Zeitraums sind Zunahmen der Mittelwerte sowie Mediane des OS, RFS und PFS zu verzeichnen. Damit kann der Nachweis eines statistisch signifikanten Unterschiedes insbesondere für das RFS sowie PFS im Stadium III in zukünftigen Auswertungen und im Hinblick auf die vielversprechenden Angaben in der Literatur erwartet werden.:Abkürzungsverzeichnis Abbildungsverzeichnis 1 Einleitung 2 Aufgabenstellung 3 Materialien und Methoden 4 Ergebnisse 4.1 Patient:innenprofil 4.2 Therapeutika 4.3 Gesamtüberleben 4.3.1 Gesamtüberleben im primär diagnostizierten Tumorstadium II 4.3.2 Gesamtüberleben im primär diagnostizierten Tumorstadium III 4.3.3 Gesamtüberleben im primär diagnostizierten Tumorstadium IV 4.4 Tumorstadien-Shift vom primär diagnostizierten Stadium III zu IV 4.5 Rezidivfreies Überleben . 4.5.1 Rezidivfreies Überleben im primär diagnostizierten Tumorstadium II 4.5.2 Rezidivfreies Überleben im primär diagnostizierten Tumorstadium III 4.5.3 Rezidivfreies Überleben im primär diagnostiziertenTumorstadium IV 4.6 Beobachtungszeitraum 5 Diskussion 5.1 Patient:innenprofil 5.2 Gesamtüberleben 5.3 Tumorstadien-Shift von III zu IV 5.4 Rezidivfreies Überleben 5.5 Beobachtungszeitraum 6 Zusammenfassung Literaturverzeichnis Anhang Eigenständigkeitserklärung

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Die vorliegende Arbeit befasst sich dem Glykosaminoglykan (GAG) Hyaluronan (HA) und dessen Einfluss auf die Entwicklung des malignen Melanoms (MM). Das in der extrazellulären Matrix (ECM) reichlich vorkommende HA wird schon seit dem späten 20. Jahrhundert genauerer im Zusammenhang mit der Tumorentwicklung untersucht. Gegensätzliche Eigenschaften von HA, die zum einen Tumore fördern und zum anderen ihnen entgegenwirken, wurden seither veröffentlicht. Allgemeiner Konsens ist, dass das HA-Molekulargewicht über die verschiedenen Effekte von HA entscheidet. Momentan ist jedoch nicht ausreichend belegt, wie HA auf das Tumorwachstum einwirkt und welche HA-Größen dies speziell begünstigen. Diese Untersuchung basiert auf einem in vivo Knockout von der Hyaluronan Synthase 2 (Has2) in der Maus, der die Produktion von hoch-molekulargewichtigen HA (HMW-HA) weitestgehend einschränkte. Das Wachstum vom experimentellem MM wurde in Abwesenheit der meisten HMW-HA untersucht. Diese Arbeit versuchte den Beweis zu erbringen, dass das lokale Wachstum und die Metastasenbildung der MM-Zellen abhängig von der vorhandenen HMW-HA in der Nähe des Tumors ist. Der Has2-knockout in der Mauslinie C57BL6 wurde verifiziert und nach einem veränderten Phänotyp der Mäuse untersucht. Obwohl nahezu dreiviertel der absoluten HA Menge durch den Knockout fehlte, zeigten die Mäuse keinen offensichtlichen Veränderungen. Erst eine Messung der Haut-Permeabilität deutete auf eine womöglich verstärkte Ausbildung der Stratum corneum hin. Eine direkte Auswirkung vom fehlendem HA auf das Tumorwachstum und der Metastasierungsrate konnte nicht ausreichend belegt werden. Das verwendete Mausmodell sowie die Wahl des experimentellen Tumors werden in dieser Arbeit kritisch diskutiert. Parallel durchgeführte in vitro Versuche mit teilweise artifiziellen 3D Matrizen, die unterschiedliche Mengen von HA enthielten, zeigten einen stärkeren Einfluss von niedermolekulare HA (LMW-HA) auf die Proliferation und Invasion von MM Zellen. Diese Beobachtungen stimmen mit dem derzeitigen Konsens überein, dass LMW-HA aktivierende Signaltransduktion auslöst und HMW-HA eher homöostatisch wirkt.:TABLE OF CONTENT Zusammenfassung Summary Table of content List of figures List of tables Abbreviations 1 Introduction 1.1 Structures of the skin 1.2 The malignant melanoma 1.3 The tumor microenvironment (TME) 1.4 Hyaluronan 1.4.1 HA Structure 1.4.2 HA anabolism 1.4.3 HA catabolism 1.4.4 HA binding proteins 1.4.5 HA cell surface receptors 1.5 Hyaluronan in malignant melanoma 1.6 Aim of the thesis 2 Methods 2.1 Murine malignant melanoma cell lines 2.2 Inducible Has2-knockout mice 2.2.1 The Cre/loxP System 2.2.2 Genetical modification for the Has2-knockout 2.2.3 4-Hydroxytamoxifen induction of knockout 2.2.4 Experimental tumor model in mouse 2.2.5 Intravenous tumor injection 2.3 Primary Has2-knockout fibroblasts for in vitro experiments 2.3.1 Isolation of primary fibroblast from mouse skin tissue 2.3.2 Induction of Has2-ko fibroblasts 2.4 Molecular analysis 2.4.1 PCR analysis of genome DNA 2.4.2 Quantification of gene expression 2.4.3 Microarray analysis 2.4.4 Quantification of Has2 protein levels 2.4.5 Quantification of HA 2.4.6 HA size analysis by agarose gel electrophoresis 2.5 Physical analysis of the skin 2.5.1 Skin elasticity measurement 2.5.2 Skin permeability measurement 2.5.3 Skin hydration and TEWL measurement 2.6 Histological analysis 2.6.1 Cryo-fixed samples 2.6.2 Immunofluorescence staining 2.6.3 FFPE samples 2.6.4 HA staining 2.6.5 Histochemical images 2.7 Physiological analysis of MM cell proliferation with BrdU-Assay 2.8 Statistical analysis 3 Materials 3.1 Mouse lines 3.2 Cell lines 3.3 Buffer and solution recipes 3.4 Chemicals 3.5 Molecular-biological reagents and enzymes 3.6 Primers 3.7 Antibodies 3.8 Kits 3.9 Devices and tools 3.10 Disposables 3.11 Software 4 Results 4.1 The Has2-knockout mouse model 4.1.1 Has2-knockout characterization 4.1.2 Incomplete Has2 deletion 4.1.3 Effects of the HA knockdown 4.1.4 Has2-knockout efficiency in other organs 4.1.5 Effects of Has2-knockout on gene expression 4.2 In vitro Has2-knockout and effect on MM cells 4.2.1 In vitro Has2- and HA-knockdown 4.2.2 Has2-ko fibroblast conditioned media decreased MM proliferation 4.2.3 MM conditioned media influenced fibroblast’s HA secretion 4.2.4 The transition towards in vivo tumor experiments 4.3 In vivo Tumor experiments 4.3.1 HA threshold, correlation, and exclusions 4.3.2 Effects of HA knockdown on primary tumor volume and weight 4.3.3 Tumor histology and HA localization 4.3.4 HA fragments in tumors, healthy-, and tumor-related-skin samples 4.3.5 Metastasis formation 5 Discussion 5.1 HA knockdown 5.2 HA knockdown phenotype 5.2.1 Skin stiffness 5.2.2 Skin water homeostasis 5.3 Paracrine interactions between MM and fibroblasts 5.4 HA thresholding 5.5 Tumor readouts 5.6 In vitro ECM models 5.7 Metastasis 5.8 Alternative tumor models with stronger stromal interaction 5.9 The presented results considering current HA-Tumor research 6 Conclusion 7 Literature Danksagung Lebenslauf Akademischer Werdegang Stipendium und Auszeichnung Publikation und Posterpräsentation Publikationen Vorträge und Posterpräsentationen Eigenständigkeitserklärung / The present work addresses the glycosaminoglycan (GAG) hyaluronan (HA) and its influence on the development of malignant melanoma (MM). HA, which is abundant in the extracellular matrix (ECM), has been studied closely in relation to tumor development since the late 20th century. Opposing properties of HA, on the one hand promoting tumors and the other hand counteracting them, have since been published. The general consensus is that HA molecular weight determines the various effects of HA. However, there is insufficient evidence on how HA affects tumor growth and which HA sizes specifically promote it. This study is based on an in vivo knockout of hyaluronan synthase 2 (Has2) in mice, which largely restricted the production of high molecular weight HA (HMW-HA). Growth from experimental MM was examined in the absence of most HMW-HA. This work sought to provide evidence that local growth and metastasis of MM cells is dependent on the presence of HMW-HA in the vicinity of the tumor. Has2 knockout in the mouse line C57BL6 was verified and examined for an altered phenotype of the mice. Although nearly three-quarters of the absolute HA amount was absent due to the knockout, the mice showed no obvious change. Only a measurement of skin permeability indicated a possible increased barrier function of the stratum corneum. A direct effect of the lack of HA on tumor growth and metastasis rate could not be sufficiently demonstrated. The applied mouse model and the choice of experimental tumor are critically discussed in this work. Parallel in vitro experiments with partially artificial 3D matrices containing different amounts of HA showed a stronger influence of low molecular weight HA (LMW-HA) on proliferation and invasion of MM cells. These observations are consistent with the emerging consensus that LMW-HA triggers activating signal transduction and HMW-HA is more homeostatic.:TABLE OF CONTENT Zusammenfassung Summary Table of content List of figures List of tables Abbreviations 1 Introduction 1.1 Structures of the skin 1.2 The malignant melanoma 1.3 The tumor microenvironment (TME) 1.4 Hyaluronan 1.4.1 HA Structure 1.4.2 HA anabolism 1.4.3 HA catabolism 1.4.4 HA binding proteins 1.4.5 HA cell surface receptors 1.5 Hyaluronan in malignant melanoma 1.6 Aim of the thesis 2 Methods 2.1 Murine malignant melanoma cell lines 2.2 Inducible Has2-knockout mice 2.2.1 The Cre/loxP System 2.2.2 Genetical modification for the Has2-knockout 2.2.3 4-Hydroxytamoxifen induction of knockout 2.2.4 Experimental tumor model in mouse 2.2.5 Intravenous tumor injection 2.3 Primary Has2-knockout fibroblasts for in vitro experiments 2.3.1 Isolation of primary fibroblast from mouse skin tissue 2.3.2 Induction of Has2-ko fibroblasts 2.4 Molecular analysis 2.4.1 PCR analysis of genome DNA 2.4.2 Quantification of gene expression 2.4.3 Microarray analysis 2.4.4 Quantification of Has2 protein levels 2.4.5 Quantification of HA 2.4.6 HA size analysis by agarose gel electrophoresis 2.5 Physical analysis of the skin 2.5.1 Skin elasticity measurement 2.5.2 Skin permeability measurement 2.5.3 Skin hydration and TEWL measurement 2.6 Histological analysis 2.6.1 Cryo-fixed samples 2.6.2 Immunofluorescence staining 2.6.3 FFPE samples 2.6.4 HA staining 2.6.5 Histochemical images 2.7 Physiological analysis of MM cell proliferation with BrdU-Assay 2.8 Statistical analysis 3 Materials 3.1 Mouse lines 3.2 Cell lines 3.3 Buffer and solution recipes 3.4 Chemicals 3.5 Molecular-biological reagents and enzymes 3.6 Primers 3.7 Antibodies 3.8 Kits 3.9 Devices and tools 3.10 Disposables 3.11 Software 4 Results 4.1 The Has2-knockout mouse model 4.1.1 Has2-knockout characterization 4.1.2 Incomplete Has2 deletion 4.1.3 Effects of the HA knockdown 4.1.4 Has2-knockout efficiency in other organs 4.1.5 Effects of Has2-knockout on gene expression 4.2 In vitro Has2-knockout and effect on MM cells 4.2.1 In vitro Has2- and HA-knockdown 4.2.2 Has2-ko fibroblast conditioned media decreased MM proliferation 4.2.3 MM conditioned media influenced fibroblast’s HA secretion 4.2.4 The transition towards in vivo tumor experiments 4.3 In vivo Tumor experiments 4.3.1 HA threshold, correlation, and exclusions 4.3.2 Effects of HA knockdown on primary tumor volume and weight 4.3.3 Tumor histology and HA localization 4.3.4 HA fragments in tumors, healthy-, and tumor-related-skin samples 4.3.5 Metastasis formation 5 Discussion 5.1 HA knockdown 5.2 HA knockdown phenotype 5.2.1 Skin stiffness 5.2.2 Skin water homeostasis 5.3 Paracrine interactions between MM and fibroblasts 5.4 HA thresholding 5.5 Tumor readouts 5.6 In vitro ECM models 5.7 Metastasis 5.8 Alternative tumor models with stronger stromal interaction 5.9 The presented results considering current HA-Tumor research 6 Conclusion 7 Literature Danksagung Lebenslauf Akademischer Werdegang Stipendium und Auszeichnung Publikation und Posterpräsentation Publikationen Vorträge und Posterpräsentationen Eigenständigkeitserklärung

Daten des humanen Genomprojektes zeigen, dass ca. 8% des gesamten humanen Genoms aus retroviralen Sequenzen besteht. Der überwiegende Teil dieser Proviren ist aufgrund verschiedener Mutationen defekt. Im Gegensatz zu allen anderen HERV Proviren scheinen einige HERV-K Proviren intakt zu sein und besitzen offene Leserahmen für alle viralen Proteine. Die Familie des humanen endogenen Retrovirus K HML2 umfasst ca. 30 eng verwandte Proviren. Zusätzlich zu den Strukturproteinen Gag und Env und der Reversen Transkriptase, exprimiert HERV-K zwei regulatorische Proteine, Rec und Np9. Beide sind im Nukleus lokalisiert und tumorigene Eigenschaften bzw. eine Expression in Assoziation mit Tumorgeweben wurde nachgewiesen. Neben Zelllinien, wie die Teratokarzinomzelllinie GH und einigen Brustkrebszelllinien, für die die Expression von HERV-K mRNA und die Produktion von Viruspartikeln bekannt ist, konnte die Expression von HERV-K Proteinen und Partikeln für Melanomzellen gezeigt werden. Volllängen mRNA von HERV-K war in allen untersuchten humanen Proben nachweisbar. Gespleißtes env und rec war in 39% der Gewebe und in 38% der Melanomzelllinien exprimiert. Zusätzlich werden HERV-H, -R und -W exprimiert. Von den auf spezifische Antikörper gegen HERV-K Proteine untersuchten Seren der Melanompatienten waren 16% positiv für das transmembrane Hüllprotein, jedoch reagierte kein Serum mit Re oder Np9. Da im Zuge der Entstehung von Tumoren immer auch eine Dedifferenzierung der entarteten Zellen diskutiert wird, wurde die Expression von HERVs in undifferenzierten, embryonalen Stammzellen bestimmt. In den untersuchten embryonalen Stammzellen lässt sich Volllängen mRNA, sowie gespleißte env, rec und np9 mRNA nachweisen. Während der Differenzierung zu neuronalen Vorläuferzellen sinkt die Expression jedoch wieder auf ein mit normalen Zellen vergleichbares Niveau. Obwohl gespleißte RNA und virale Proteine von HERV-K vor allem in Tumoren und Tumorzelllinien exprimiert werden, ist deren Funktion während der Tumorentstehung noch immer ungeklärt. Auch die Bedeutung der HERV-K Expression in humanen Stammzellen ist noch unklar, insbesondere in Hinblick auf eine mögliche Tumorigenität. / In contrast to all other human endogenous retroviruses, proviruses of the human endogenous retrovirus family HERV-K have maintained open reading frames for all viral proteins. Although most proviruses are defective, structural proteins Gag and Env, the reverse transcriptase and two regulatory proteins, Rec and Np9, have been described. Rec resembles the Rev protein of HIV and tumourigenic potential was confirmed. Np9 as well is located in the nucleus and expression in association with tumour tissues was observed. Additionally to cell lines known to produce HERV-K virus particles, such as the teratocarcinoma cell line GH and breast cancer cell lines, recently melanoma cells were described to express HERV-K proteins and particles. In order to study the expression of HERV-K, -H, -R and -W, in melanoma cell lines and biopsies primer sets were used. Antisera specific for HERV-K proteins were used for immunohistochemistry and sera from melanoma patients were investigated for HERV-K specific antibodies. Full length mRNAs of all HERVs were found in all human cells. Spliced env and rec of HERV-K were detected in 39% of the melanoma biopsies and in 38% of the melanoma cell lines. Expression of HERV-K in situ was shown by immunohistochemistry. In addition, 16% of the patients sera tested showed antibodies against the HERV-K transmembrane envelope protein, but no antibodies against Np9 or Rec could be detected. A certain dedifferentiation of cells as a consequence of tumour development is discussed. Therefore the expression of HERV-K in undifferentiated embryonic stem cells was investigated. The investigated stem cells showed expression of HERV-K full length, env, rec and np9 mRNA. Although the expression decreased with differentiation to neuronal precursor cells. Even though HERV-K mRNA and proteins were expressed in a high percentage of melanomas their function in tumour development is still unclear. As well as the meaning of the HERV-K expression in embryonic stem cells, particularly for a tumourigenic potential.