Für diese Arbeit wurden in-vitro-Studien an kaninen Mammatumorzellen und humanen follikulären B-NHL-Zellen durchgeführt. Es wurden erstmals die migratorischen Eigenschaften einer kaninen Mammatumorzelllinie (CMT-U-27, infiltrierendes duktuläres Karzinom mit Metastasen) und deren Beeinflussbarkeit untersucht. Die Experimente zeigten einen leichten promigratorischen Einfluss von Noradrenalin und EGF; mit dem Tumorpromotor PMA wurde eine sehr deutliche Stimulation der Migration erreicht. Es konnte gezeigt werden, dass Iscador® M in der Lage ist, die PMA-stimulierte Migration der CMT-U-27-Zellen zu hemmen, wobei die spontane, Matrix-induzierte Zellmigration unbeeinflusst blieb. Zwischen der migratorischen Aktivität von Tumorzellen und ihrer Fähigkeit Metastasen zu bilden, besteht ein Zusammenhang. Durch einen inhibierenden Effekt auf die Migration von Tumorzellen könnte eine Progression der Erkrankung durch Metastasenbildung verhindert oder zumindest verzögert werden. IL-6 dient als prognostischer Faktor bei lymphoproliferativen Erkrankungen der B-Zellen und kann sich negativ auf den Krankheitsverlauf bei B-Lymphompatienten auswirken. Unterstützend zu den guten in-vivo Erfahrungen in der Lukasklinik in Arlesheim, Schweiz, sollte in dieser Arbeit untersucht werden, ob Iscador® P bei follikulären B-NHL-Zelllinien (DoHH2, WSU-NHL, Sc-1) einen autokrinen IL-6-Loop auslösen kann. Dafür wurden die Zellen über definierte Zeiträume mit verschiedenen Iscador® P-Konzentrationen inkubiert. Es wurden Proben entnommen und durchflusszytometrische Messungen auf membrangebundenen IL-6R und gp130, Messungen der mRNA-Expression von IL-6, IL-6R und gp130 mittels Real-Time-RT-PCR und ELISA-Messungen zur Bestimmung von IL-6, löslichem IL-6R (sIL-6R) und löslichem gp130 (sgp130) durchgeführt. Es konnte kein Einfluss von Iscador® P auf die Oberflächen- oder Genexpression von IL-6 und den dazugehörigen Rezeptorkomponenten gp130 und IL-6R nachgewiesen werden. Zudem wird kein IL-6, sgp130 oder sIL-6R von den Zellen freigesetzt. Damit kann ein autokriner IL-6-Loop und ein durch Freisetzen von sIL-6R ermöglichtes Transsignalling bei den in dieser Arbeit untersuchten follikulären B-NHL-Zelllinien ausgeschlossen werden. In Wachstumskurven konnte gezeigt werden, dass Iscador® P den proliferativen Einfluss von IL-6, bei gleichzeitiger Inkubation, aufhebt. Genexpressionsmessungen der apoptoserelevanten Gene bcl-2, bax, bcl-xl und bad mittels Real-Time-RT-PCR zeigten bei den WSU-NHL-Zellen, dass die Apoptose über ein Verschieben des bcl-2/bax-Quotienten ausgelöst wird, welches mittels durchflusszytometrischer Analyse bestätigt werden konnte. Im Gegensatz dazu konnte bei Sc-1 Zellen keine Verschiebung des bcl﷓2/bax-Quotienten in Richtung Induktion der Apoptose beobachtet werden, sodass die bei dieser Zelllinie beobachtete Hemmung der IL-6 mediierten Proliferation durch Iscador® P, durch einen anderen, bislang noch nicht geklärten, Mechanismus ablaufen muss.

Techn. Hochsch., Diss., 2002--Aachen.

Die akute Graft-versus-Host Erkrankung (GvHD), insbesondere die Darm GvHD, stellt weiterhin eine der Hauptursachen für Mortalität und Morbidität nach allogener SZT dar. Aktivierte, alloreaktive Spender T-Zellen infiltrieren dabei über die Blutbahn die intestinale Lamina Propria. Erst kürzlich konnten wir zeigen, dass neben der vaskulären Migration ein Teil der Spender T-Zellen auch direkt aus den PP in die angrenzende Lamina Propria migrieren. Um Faktoren, die diese direkte Migration fördern, zu untersuchen und die direkt migrierenden T-Zellen genauer zu charakterisieren, verwendeten wir ein MHC-inkompatibles Mausmodell zur Induktion einer akuten GvHD. Durch RNA Sequenzierung und Massenspektrometrie lasermikrodissezierter Darmschleimhautproben konnte eine starke Expression der Chemokine CXCL9, CXCL10, CXCL11, CCL3, CCL4 und CCL5 während der akuten intestinalen GvHD aufgezeigt werden. Neben CCL4 und XCL1 wiesen verschiedene Faktoren der T-Zellaktivierung, wie CD3ζ, LAT, Lck und ZAP70, sowie Faktoren der zytoskelettalen Reorganisation, wie Dock2, Coro1α und Parvin-γ, eine vermehrte Expression insbesondere nahe der PP auf. Die Expression der migrationsfördernden Faktoren Coro1α und Parvin-γ in Spender T-Zellen nahe der PP konnte anschließend mittels histologischen Immunfluoreszenzfärbungen bestätigt werden. Durchflusszytometrische Analysen konnten weiterhin eine vermehrte Expression von CCR5, CCR9 und Intgerin α4β7 auf den vornehmlich Tbet+ Spender T-Zellen nahe der PP nachweisen. Funktionelle in vitro Migrationsversuche zeigten abschließend, dass in vivo aktivierte Spender T-Zellen eine gerichtete Migration in Richtung auf CXCL11 und zu späterem Zeitpunkt auch auf CCL4 vollziehen können. Zusammenfassend zeigt diese Arbeit die Bedeutung zahlreicher Chemokine für das sequenzielle T-Zell-Homing während der akuten intestinalen GvHD. Neben der insbesondere durch Faktoren der zytosekeletalen Reorganisation vermittelten amoeboiden Migration kann auch eine mesenchymale Fortbewegung über Faktoren wie CCR5, CCR9 und Integrin α4β7 die direkte Migration der T-Zellen fördern. Den direkt migrierenden vornehmlich TH1 polarisierten Zellen folgen weitere, CD27 und Integrin αLβ2 exprimierende, zytotoxische T-Zellen aus der Blutbahn. Die direkt migrierenden Zellen könnten als Initiator und Potentiator der intestinalen T-Zell Infiltration wirken und müssen für zukünftige therapeutische Strategien nicht nur der Darm GvHD, sondern der intestinalen Inflammation im Allgemeinen mitberücksichtigt werden. / Acute graft-verus-host disease (GvHD), especially intestinal GvHD, remains one of the main causes of mortality and morbidity after allogeneic hematopoietic stem cell transplantation. In this process activated alloreactive donor T cells infiltrate the intestinal lamina propria via the bloodstream. Our group could recently show that besides the vascular migration route some donor T cells migrate directly from the Peyer’s patches into the adjacent lamina propria. To investigate factors that could promote such a direct migration, and to characterize these direct migrating T cells we applied a major mismatch mouse model to induce acute GvHD. Using RNA sequencing and mass spectrometry of lasermicrodissected lamina propria samples, we detected a strong upregulation of the chemokines CXCL9, CXCL10, CXCL11, CCL3, CCL4 and CCL5 during acute intestinal GvHD. Alongside CCL4 and XCL1, several factors of T cell activation, such as CD3ζ, LAT, Lck und ZAP70, as well as factors of cytoskeletal reorganization, such as Dock2, Coro1α und Parvin-γ, showed higher expression near the Peyer’s patches. Subsequently, we validated the expression of Coro1α and Parvin-γ on donor T cells near the Peyer’s patches with histological immunofluorescence stainings. Flow cytometry analysis further revealed high expression of CCR5, CCR9 and Intgerin α4β7 on the predominantly Tbet+ donor T cells near the Peyer’s patches. Conclusively, in vitro migration assays showed that in vivo activated donor T cells can directly migrate towards CXCL11 and subsequently also towards CCL4. The present study shows the relevance of several chemokines for the sequential T-cell homing during acute intestinal GvHD. Besides the amoeboid migration mode, which is particularly driven by cytoskeletal reorganization, a mesenchymal movement using factors, such as CCR5, CCR9 and Integrin α4β7, can promote the direct migration of donor T cells. The directly migrating cells, which are predominantly of a TH1 phenotype, are followed by cytotoxic T cells, expressing CD27 and Integrin αLβ2 (LFA-1), from the systemic circulation. Thus, these directly migrating cells may act like an initiator and potentiator for the intestinal T cell infiltration and must be considered for new therapeutic strategies not only of GvHD but of intestinal inflammation in general

After priming in Peyer's patches (PPs) and mesenteric lymph nodes (mLN) T- cells infiltrate the intestine through lymphatic draining and homing through the bloodstream. However, we found that in mouse models of acute graft-versus-host disease (GvHD), a subset of alloreactive T-cells directly migrates from PPs to the adjacent intestinal lamina propria (LP), bypassing the normal lymphatic drainage and vascular trafficking routes. Notably, this direct migration occurred in irradiated and unirradiated GvHD models, indicating that irradiation is not a prerequisite for this observed behavior. Next, we established a method termed serial intravascular staining (SIVS) in mouse models to systematically investigate the trafficking and migration of donor T- cells in the early stages of acute GvHD initiation. We found that the direct migration of T-cells from PPs to LP resulted in faster recruitment of cells after allogeneic hematopoietic cell transplantation (allo-HCT). These directly migrating T-cells were found to be in an activated and proliferative state, exhibiting a TH1/TH17-like phenotype and producing cytokines such as IFN-γ and TNF-α. Furthermore, we observed that the directly migrating alloreactive T-cells expressed specific integrins (α4+, αE+) and chemokine receptors (CxCR3+, CCR5+, and CCR9+). Surprisingly, blocking these integrins and chemokine-coupled receptors did not hinder the direct migration of T- cells from PPs to LP, suggesting the involvement of alternative mechanisms. Previous experiments ruled out the involvement of S1PR1 and topographical features of macrophages, leading us to hypothesize that mediators of cytoskeleton reorganization, such as Coro1a, Dock2, or Cdc42, may play a role in this unique migration process. Additionally, we observed that directly migrating T-cells created a local inflammatory microenvironment, which attracts circulating T-cells. Histological analysis confirmed that alloreactive PPs-derived T-cells and bloodborne T-cells colocalized. We employed two experimental approaches, including either photoconversion of T-cells in PPs or direct transfer of activated T-cells into the vasculature, to demonstrate this colocalization. We hypothesize that cytokines released by migrating T-cells, such as IFN-γ and TNF-α, may play a role in recruiting T-cells from the vasculature, as inhibiting chemokine-coupled receptors did not impair recruitment. / Nach der Priming-Phase in den Peyer-Plaques (PPs) und mesenterialen Lymphknoten (mLN) migrieren T-Zellen über die lymphatische Drainage und den Blutkreislauf die Darmschleimhaut. Allerdings haben wir festgestellt, dass in Mausmodellen der akuten Graft-versus-Host Erkrankung (GvHD) eine Untergruppe alloreaktiver T-Zellen direkt von den Peyer-Plaques in das benachbarte intestinale Lamina propria (LP) migriert, ohne lymphatische Drainage- oder vaskuläre Transportwege zu nutzen. Bemerkenswert ist, dass diese direkte Migration sowohl in bestrahlten als auch in nicht bestrahlten GvHD-Modellen auftrat, was darauf hindeutet, dass Gewebeschaden durch ionisierende Strahlung keine Voraussetzung für dieses beobachtete T-Zell-Migrationsverhalten ist. Anschließend haben wir die Methode der "serielle intravaskulären Zellmarkierung" (SIVS) für Mausmodelle etabliert, um systematisch das Migrationsverhalten von alloreaktiven Spender-T-Zellen in den frühen Stadien der akuten GvHD-Initiierung zu untersuchen. Wir beobachteten, dass die direkte Migration von T-Zellen von PPs zu LP zu einer schnelleren Rekrutierung von Zellen nach allogener hämatopoetischer Zelltransplantation (allo-HCT) führte. Diese direkt migrierenden T-Zellen befanden sich in einem aktivierten und proliferativen Zustand, wiesen einen TH1-/TH17- ähnlichen Phänotyp auf und produzierten Zytokine wie IFN- γ und TNF-α. Darüber hinaus beobachteten wir, dass die direkt migrierenden alloreaktiven T-Zellen spezifische Integrine (α4+, αE+) und Chemokinrezeptoren (CxCR3+, CCR5+ und CCR9+) exprimierten. Überraschenderweise verhinderte die Blockierung dieser Integrine und Chemokinrezeptoren nicht die direkte Migration von T-Zellen aus PPs in LP, was auf die Beteiligung alternativer T- Zellmigrationsmechanismen schließen lässt. Vorangegangene Experimente schlossen die Beteiligung von S1PR1 und topografischer Merkmale gewebeständiger Makrophagen aus, was uns zu der Hypothese führte, dass Mediatoren der Zytoskelett- Reorganisation wie Coro1a, Dock2 oder Cdc42 eine Rolle in diesem einzigartigen Migrationsprozess spielen könnten. Zusätzlich beobachteten wir, dass direkt migrierende T-Zellen in der Darmschleimhaut ein lokales entzündliches Mikromilieu schaffen, welches zirkulierende T-Zellen anzieht. Die histologische Analyse bestätigte die Kolokalisation von direkt aus PP stammenden T-Zellen und T Zellen, welche über die Blutbahn in die Darmmukosa einwanderten. Um die direkte T-Zellmigration eindeutig zu bestätigen, wählten wir zwei experimentelle Ansätze: Die Photokonversion von T-Zellen in PPs während der Priming-Phase sowie den direkten Transfer aktivierter T-Zellen in das Gefäßsystem, um eine T-Zellkolokalisierung nachzuweisen. Aufbauend auf den Ergebnissen vermuten wir, dass Zytokine, die von migrierenden T-Zellen freigesetzt werden, wie zum Beispiel IFN-γ und TNF-α, möglicherweise eine Rolle bei der Rekrutierung von T-Zellen aus dem Gefäßsystem spielen, da die Hemmung von G- Protein-gekoppelter Rezeptoren (und somit aller Chemokinrezeptoren) die T-Zell- Rekrutierung nicht beeinträchtigte.

Der Fokus der vorliegenden Arbeit lag auf dem Teilvorgang der Migration epithelialer Zellen auf annähernd physiologischem Matrix-Untergrund. Im Zellkulturmodell wurde die migratorische Aktivität der aus dem humanen Mammakarzinom isolierten, schwach invasiven epithelialen Zelllinie MCF-7 untersucht. Es stellte sich die grundsätzliche Frage, ob eine Wnt-bedingte Invasionssteigerung, welche in vorangegangenen Untersuchungen gezeigt worden war, durch die gesteigerte migratorische Aktivität der Tumorzellen verursacht ist. Es sollten zwei an der Tumorprogression (Wnt5b) bzw. an deren Inhibition (Dkk-2) beteiligte Proteine auf den Invasions-Teilvorgang der Migration hin näher beleuchtet werden. Dazu wurden Untersuchungen in einem modifizierten Tumor-Migrationsassay auf extrazellulärer Matrix (ECM) durchgeführt. In Analogie zu den Vorgängen bei der Wundheilung wurde ein in Anlehnung an die bereits seit langem verwendete Methode des Scratchassays sowie an den etablierten Migrationsassay ein Konfrontationsassay auf ECM konzipiert. Der Einfluss von Wnt5b und Dkk-2 auf die Migration der schwach invasiven, epithelialen Zelllinie MCF-7 wurde schließlich im Migrationsassay sowie im neu etablierten Konfrontationsassay auf ECM näher untersucht. Es wurden dazu Messungen zur Migrationsaktivität der eingesetzten Zellen unter Stimulation mit Wnt5b und Dkk-2 erhoben. Jedoch zeigte sich in beiden Assay-Modellen auf ECM kein signifikanter Einfluss der beiden untersuchten Proteine auf das Migrationsverhalten der MCF-7-Zellen. Diese Ergebnisse demonstrieren, dass die Beobachtungen zum Teilaspekt der Migration nicht automatisch Rückschlüsse auf die Invasion zulassen. Letztere ist ein komplex zusammengesetzter Gesamtvorgang, dessen einzelne Bestandteile es noch weiter zu erforschen gilt.

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Prominin-1 (alias CD133) has received considerable interest because of its expression by several stem and progenitor cells originating from various sources, including the neural and hematopoietic systems. As a cell surface marker, prominin-1 is now used for somatic stem cell isolation. Its expression in cancer stem cells has broadened its clinical value, as it might be useful to outline new prospects for more effective cancer therapies by targeting tumor-initiating cells. Cell biological studies of this molecule have demonstrated that it is specifically concentrated in various membrane structures that protrude from the planar areas of the plasmalemma. Prominin-1 binds to the plasma membrane cholesterol and is associated with a particular membrane microdomain in a cholesterol-dependent manner. Although its physiological function is not yet determined, it is becoming clear that this cell surface protein, as a unique marker of both plasma membrane protrusions and membrane microdomains, might reveal new aspects of the cell biology of rare stem and cancer stem cells. The aim of this review is to outline the recent discoveries regarding the dynamic reorganization of the plasma membrane of rare CD133+ hematopoietic progenitor cells during cell migration and division. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

This thesis describes a highly interdisciplinary approach to discern the differing impact of scaffold dimensionality and physical space restrictions on the behavior of single cells. Rolled-up nanotechnology is employed to fabricate three-dimensional (3D) SiO/SiO2 microtube geometries of varied diameter, that after a biofunctionalization step are shown to support the growth of U2OS and six different types of stem cells. Cell confinement quantifiable through the given microtube diameter is tolerated by U2OS cells through a remarkable elongation of the cell body and nucleus down to a certain threshold, while the integrity of the DNA is maintained. This confinement for NSPCs also leads to the approaching of the in vivo morphology, underlining the space-restrictive property of live tissue. The dimensionality of the cell culture scaffold however is identified as the major determiner of NSPC migration characteristics and leads to a morphologically distinct mesenchymal to amoeboid migration mode transition. The 3D microtube migration is characterized by exclusively filopodia protrusion formation, a higher dependence on actin polymerization and adopts aspects of in vivo-reported saltatory movement. The reported findings contribute to the determination of biomaterial scaffold design principles and advance our current understanding of how physical properties of the extracellular environment affect cell migration characteristics.

Single cell migration in artificial collagen gels as an in vitro model system in the context of cancer are studied. Cell and matrix mechanical properties are determined using atomic force microscopy and an advanced analysis method. Matrix pore-size is studied using a novel approach and analysis method. A novel, minimally invasive approach to determine the amount of displacement of the cell microenvironment due to force generation of single cells during migration in artificial 3D collagen gels is introduced. An automated analysis and user friendly software to analyze high-throughput cell invasion is introduced. These methods are used to study cell migration and mechanical properties of the breast cancer cell lines MDA-MB-231 and MCF-7 and the influence of cell nuclear elasticity is investigated. Using mouse embryonic fibroblasts, the role of focal adhesion kinase (FAK) during cell migration is studied using FAK deficient knock-out cell lines FAK-/- and control FAK+/+ as well as kinase-dead mutants FAKR454/R454 and control FAKWT/WT.:Abstract i Acknowledgements iii 1 Introduction 1 2 Background 5 2.1 Cancer — An ever-changing Disease 5 2.1.1 Carcinogenesis and Neoplasm 6 2.1.2 Hallmarks of Cancer 7 2.1.3 Metastasis— The malignant Progression of Cancer 7 2.1.4 Metastatic Cascade 9 2.2 The Cell— Where it begins 10 2.2.1 Actomyosin Complex 12 2.2.1.1 Actin Monomer 12 2.2.1.2 Polymerization 12 2.2.1.3 Structures 14 2.2.1.4 Actin Cortex 15 2.2.1.5 Filopodia 16 2.2.1.6 Lamellipodium 16 2.2.1.7 Invadopodium 17 2.2.1.8 Stress Fibers 17 2.2.1.9 Actin in Cancer and Metastasis 17 2.2.1.10 Myosin and Actin 18 2.2.2 Focal Adhesions 19 2.2.3 Microtubules 20 2.2.4 Intermediate Filaments 21 2.2.5 Cellular Stiffness 22 2.2.6 Nuclear Deformability 23 2.3 The Extracellular Matrix— Where it happens 24 2.3.1 Components and Structure 25 2.3.2 Collagen as a Model System 26 2.3.2.1 Collagen I Fibril Formation 27 2.3.2.2 The Rat/Bovine-Collagen-Mix Model System 28 2.4 Single Cell Migration— Why it spreads 29 3 Materials and Methods 31 3.1 Cell Culture 31 3.1.1 Cancer Cells 31 3.1.2 Mouse fibroblasts 32 3.1.3 Pharmacological treatment 34 3.2 Collagen matrices 34 3.3 Cell Elasticity 36 3.3.1 Atomic Force Microscopy 36 3.3.2 Preparation 37 3.3.3 Data Aquisition 38 3.3.4 Data Analysis 38 3.4 Matrix Stiffness 40 3.4.1 Preparation 40 3.4.2 Data Aquisition 41 3.4.3 Data Analysis 41 3.5 Invasion Assay 42 3.5.1 Preparation 42 3.5.2 Data aquisition 44 3.5.3 Data Analysis 44 3.6 Matrix Topology 48 3.6.1 Preparation 49 3.6.2 Data Acquisition 50 3.6.3 Data Analysis 51 3.6.3.1 Binarization 51 3.6.3.2 Pore-Size 53 3.6.3.3 Fiber Thickness 54 3.7 Fiber Displacement 55 3.7.1 Preparation 56 3.7.2 Data Aquisition 56 3.7.3 Data analysis 57 3.7.3.1 Fiber Displacement 59 3.7.3.2 Cell Segmentation 60 3.7.3.3 Shell Analysis 61 3.8 A toolset to understand Single Cell Migration and what influences it 62 4 Results 65 4.1 Cell Elasticity 65 4.1.1 Example Force-Distance Curves 66 4.1.2 Single Cell Elasticity 67 4.2 Matrix Stiffness 69 4.3 Invasion 71 4.4 Matrix Topology 75 4.5 Influence of Cell Nucleus on Cell Migration 79 4.5.1 Cellular Elasticity 79 4.5.2 Invasion 81 4.6 Fiber Displacement 89 4.7 Effect of FAK on Cell Invasion and Fiber Displacement 93 4.7.1 FAK Knock-Out 93 4.7.2 Kinase-dead FAK Mutant 96 5 Discussion 103 References 107 / Die Einzelzellmigration in künstlichen Kollagennetzwerken als ein in vitro Modellsystem im Kontext von Krebs wurde studiert. Mechanische Eigenschaften von Zellen und der verwendeten Kollagennetzwerke wurden mithilfe der Atomic Force Microscopy (AFM) und weiterentwickelten Analysemethoden bestimmt. Die Porengröße der verwendeten Kollagennetzwerke wurde mit einer neuentwickelten Auswertemethode analysiert. Eine neuartige, minimal-invasive Methode zur Bestimmung der Verformung der Mikroumgebung von Zellen während der Migration verursacht durch Kräftegenerierung der Zelle wird beschrieben. Die Analyse des Invasions-Assays wurde automatisiert und eine nutzerfreundliche Software entwickelt, mit der große Datenmengen ausgewertet werden können. Diese Methoden wurden verwendet, um mechanische Eigenschaften und Migration der humanen Brustkrebszellinien MDA-MB-231 und MCF-7 zu studieren. Die Rolle der focal adhesion kinase (FAK) wurde mithilfe von embryonalen Maus-Fibroblasten studiert. Sowohl eine FAK knock-out Zellinie FAK-/- und Kontrolle FAK+/+, als auch eine kinase-dead Mutante FAKR454/R454 und Kontrolle FAKWT/WT wurden hinsichtlich ihrer Invasion und Verformung der Mikroumgebung analysiert.:Abstract i Acknowledgements iii 1 Introduction 1 2 Background 5 2.1 Cancer — An ever-changing Disease 5 2.1.1 Carcinogenesis and Neoplasm 6 2.1.2 Hallmarks of Cancer 7 2.1.3 Metastasis— The malignant Progression of Cancer 7 2.1.4 Metastatic Cascade 9 2.2 The Cell— Where it begins 10 2.2.1 Actomyosin Complex 12 2.2.1.1 Actin Monomer 12 2.2.1.2 Polymerization 12 2.2.1.3 Structures 14 2.2.1.4 Actin Cortex 15 2.2.1.5 Filopodia 16 2.2.1.6 Lamellipodium 16 2.2.1.7 Invadopodium 17 2.2.1.8 Stress Fibers 17 2.2.1.9 Actin in Cancer and Metastasis 17 2.2.1.10 Myosin and Actin 18 2.2.2 Focal Adhesions 19 2.2.3 Microtubules 20 2.2.4 Intermediate Filaments 21 2.2.5 Cellular Stiffness 22 2.2.6 Nuclear Deformability 23 2.3 The Extracellular Matrix— Where it happens 24 2.3.1 Components and Structure 25 2.3.2 Collagen as a Model System 26 2.3.2.1 Collagen I Fibril Formation 27 2.3.2.2 The Rat/Bovine-Collagen-Mix Model System 28 2.4 Single Cell Migration— Why it spreads 29 3 Materials and Methods 31 3.1 Cell Culture 31 3.1.1 Cancer Cells 31 3.1.2 Mouse fibroblasts 32 3.1.3 Pharmacological treatment 34 3.2 Collagen matrices 34 3.3 Cell Elasticity 36 3.3.1 Atomic Force Microscopy 36 3.3.2 Preparation 37 3.3.3 Data Aquisition 38 3.3.4 Data Analysis 38 3.4 Matrix Stiffness 40 3.4.1 Preparation 40 3.4.2 Data Aquisition 41 3.4.3 Data Analysis 41 3.5 Invasion Assay 42 3.5.1 Preparation 42 3.5.2 Data aquisition 44 3.5.3 Data Analysis 44 3.6 Matrix Topology 48 3.6.1 Preparation 49 3.6.2 Data Acquisition 50 3.6.3 Data Analysis 51 3.6.3.1 Binarization 51 3.6.3.2 Pore-Size 53 3.6.3.3 Fiber Thickness 54 3.7 Fiber Displacement 55 3.7.1 Preparation 56 3.7.2 Data Aquisition 56 3.7.3 Data analysis 57 3.7.3.1 Fiber Displacement 59 3.7.3.2 Cell Segmentation 60 3.7.3.3 Shell Analysis 61 3.8 A toolset to understand Single Cell Migration and what influences it 62 4 Results 65 4.1 Cell Elasticity 65 4.1.1 Example Force-Distance Curves 66 4.1.2 Single Cell Elasticity 67 4.2 Matrix Stiffness 69 4.3 Invasion 71 4.4 Matrix Topology 75 4.5 Influence of Cell Nucleus on Cell Migration 79 4.5.1 Cellular Elasticity 79 4.5.2 Invasion 81 4.6 Fiber Displacement 89 4.7 Effect of FAK on Cell Invasion and Fiber Displacement 93 4.7.1 FAK Knock-Out 93 4.7.2 Kinase-dead FAK Mutant 96 5 Discussion 103 References 107

Für diese Arbeit wurden in-vitro-Studien an kaninen Mammatumorzellen und humanen follikulären B-NHL-Zellen durchgeführt. Es wurden erstmals die migratorischen Eigenschaften einer kaninen Mammatumorzelllinie (CMT-U-27, infiltrierendes duktuläres Karzinom mit Metastasen) und deren Beeinflussbarkeit untersucht. Die Experimente zeigten einen leichten promigratorischen Einfluss von Noradrenalin und EGF; mit dem Tumorpromotor PMA wurde eine sehr deutliche Stimulation der Migration erreicht. Es konnte gezeigt werden, dass Iscador® M in der Lage ist, die PMA-stimulierte Migration der CMT-U-27-Zellen zu hemmen, wobei die spontane, Matrix-induzierte Zellmigration unbeeinflusst blieb. Zwischen der migratorischen Aktivität von Tumorzellen und ihrer Fähigkeit Metastasen zu bilden, besteht ein Zusammenhang. Durch einen inhibierenden Effekt auf die Migration von Tumorzellen könnte eine Progression der Erkrankung durch Metastasenbildung verhindert oder zumindest verzögert werden. IL-6 dient als prognostischer Faktor bei lymphoproliferativen Erkrankungen der B-Zellen und kann sich negativ auf den Krankheitsverlauf bei B-Lymphompatienten auswirken. Unterstützend zu den guten in-vivo Erfahrungen in der Lukasklinik in Arlesheim, Schweiz, sollte in dieser Arbeit untersucht werden, ob Iscador® P bei follikulären B-NHL-Zelllinien (DoHH2, WSU-NHL, Sc-1) einen autokrinen IL-6-Loop auslösen kann. Dafür wurden die Zellen über definierte Zeiträume mit verschiedenen Iscador® P-Konzentrationen inkubiert. Es wurden Proben entnommen und durchflusszytometrische Messungen auf membrangebundenen IL-6R und gp130, Messungen der mRNA-Expression von IL-6, IL-6R und gp130 mittels Real-Time-RT-PCR und ELISA-Messungen zur Bestimmung von IL-6, löslichem IL-6R (sIL-6R) und löslichem gp130 (sgp130) durchgeführt. Es konnte kein Einfluss von Iscador® P auf die Oberflächen- oder Genexpression von IL-6 und den dazugehörigen Rezeptorkomponenten gp130 und IL-6R nachgewiesen werden. Zudem wird kein IL-6, sgp130 oder sIL-6R von den Zellen freigesetzt. Damit kann ein autokriner IL-6-Loop und ein durch Freisetzen von sIL-6R ermöglichtes Transsignalling bei den in dieser Arbeit untersuchten follikulären B-NHL-Zelllinien ausgeschlossen werden. In Wachstumskurven konnte gezeigt werden, dass Iscador® P den proliferativen Einfluss von IL-6, bei gleichzeitiger Inkubation, aufhebt. Genexpressionsmessungen der apoptoserelevanten Gene bcl-2, bax, bcl-xl und bad mittels Real-Time-RT-PCR zeigten bei den WSU-NHL-Zellen, dass die Apoptose über ein Verschieben des bcl-2/bax-Quotienten ausgelöst wird, welches mittels durchflusszytometrischer Analyse bestätigt werden konnte. Im Gegensatz dazu konnte bei Sc-1 Zellen keine Verschiebung des bcl﷓2/bax-Quotienten in Richtung Induktion der Apoptose beobachtet werden, sodass die bei dieser Zelllinie beobachtete Hemmung der IL-6 mediierten Proliferation durch Iscador® P, durch einen anderen, bislang noch nicht geklärten, Mechanismus ablaufen muss.