Die zielgerichtete Therapie und die Immuncheckpoint-Inhibitoren haben die Tumortherapie revolutioniert. Während erstere die Tumorzellen gezielt angreift, verhindern letztere die Hemmung des Immunsystems durch Immuncheckpoints, um eine robuste Immunantwort zu erreichen. Zusätzlich ist das Nebenwirkungsprofil bei direktem Vergleich mit der konventionellen Chemotherapie günstiger. Beim HNSCC werden beide Ansätze angewendet. Cetuximab ist ein monoklonaler Antikörper, der sich gegen EGFR, welcher bei HNSCC überexprimiert ist, richtet. Nivolumab und Pembrolizumab richten sich gegen das Immuncheckpoint-Protein PD-1. Nach wie vor sind die Resistenzen, sowohl die initialen als auch die erworbenen, die größte zu überwindende Herausforderung. Aufbauend auf dem Ergebnis vorangegangener Arbeiten, die zeigen konnten, dass HGF über c-MET die Expression des Immuncheckpointliganden PD-L1 steigert, setzt sich diese Arbeit weiter mit den intrazellulären nachgeschalteten Signalwegen nach c-MET Aktivierung auseinander. Dies ist von besonderem Interesse, weil diese Signalwege ebenfalls für die Resistenzentwicklung verantwortlich sein können, zeitgleich können diese im Rahmen der zielgerichteten Therapie gezielt inhibiert werden.
Um den HGF-Einfluss auf die intrazellulären Signalwege zu prüfen, wurden vier etablierte HNSCC-Zelllinien herangezogen.
Im ersten Teil der Arbeit wurden die 4 HNSCC-abgeleitete Zelllinien mit HGF stimuliert und mittels Western Blot der PD-L1-Anstieg und die Phosphorylierungsänderung der Schlüsselproteine der einzelnen Signalwege nachgewiesen. Daraus ergab sich, dass HGF die MAPK- und PIK3/AKT-Signalwege aktiviert. Während eine kombinierte Blockade des MAPK-Signalwegs den PD-L1-Anstieg vollständig verhindern konnte, hemmte die PIK3/AKT-Blockade den PD-L1-Anstieg nur partiell.
Im zweiten Teil wurde mit siRNA der hauptsächlich für den PD-L1-Anstieg zuständige MAPK-Signalweg unterbunden, was mittels quantitativer PCR auf der mRNA-Ebene nachgewiesen werden konnte. Mittels Western Blot konnte entsprechend gezeigt werden, dass der PD-L1-Anstieg trotz HGF-Stimulation bei nicht funktionsfähigem MAPK-Signalweg eingeschränkt war.
Weiter wurde der Effekt mit dem Medikament Trametinib, das im Rahmen der zielgerichteten Therapie bei malignem Melanom und NSCLC für die MAPK-Signalweg-Hemmung zugelassen ist, evaluiert. Sowohl im Western Blot als auch in der Durchflusszytometrie konnte bestätigt werden, dass Trametinib den HGF-induzierten Anstieg von PD-L1 signifikant blockiert.
Darüber hinaus konnte im Rahmen der Western Blot-Versuche gezeigt werden, dass die Signalwege und die PD-L1-Expression in den Zelllinien unterschiedlich aktiv bzw. hoch waren. Unter den vier Zelllinien zeigte die FaDu-Zelllinie eine erhöhte PI3K/AKT-Aktivität, Detroit562 und SCC9 eine erhöhte MAPK-Aktivität. Die PD-L1- Expression war in der SCC9-Zelllinie am höchsten.
Die Arbeit zeigt eine einheitliche Reaktion der HNSCC-Zelllinien auf den Wachstumsfaktor HGF, welcher im Tumormilieu von HNSCC oft in hoher Konzentration vorhanden ist. Neben dem EGFR-Antikörper (Cetuximab) kann eine kombinierte Hemmung entweder von c-MET oder von den nachgeschalteten Signalwegen MAPK und PI3K/AKT bei Resistenzen, Progression oder Unverträglichkeiten eine Möglichkeit für eine wirksamere Therapie von HNSCC darstellen. Ein Screening der Signalwege und deren Aktivierungsmechanismen könnte bei Resistenzen oder bei einem Rezidiv/Progress dazu beitragen, gezielt die alternative Aktivierung zu hemmen und möglicherweise die Wirksamkeit einer Immuncheckpointblockade zu verbessern. / Targeted therapy and immune checkpoint inhibitors have revolutionized tumor therapy. While the former specifically targets tumor cells, the latter prevents inhibitory immune responses via immune checkpoints to achieve a robust immune response. Additionally, the side effect profile is more favorable when directly compared to conventional chemotherapy. Both approaches are approved for the treatment of Head and Neck Squamous Cell Carcinoma (HNSCC). Cetuximab is a monoclonal antibody that targets EGFR, which is overexpressed in HNSCC. Nivolumab and Pembrolizumab target the immune checkpoint protein PD-1. Resistances, both initial and acquired, however, remain significant challenges to overcome. Building on a previous report that HGF upregulates the immune checkpoint ligand PD-L1 expression via the c-MET pathway, this study investigates the intracellular downstream signaling pathways activated by HGF. This is of particular interest because these signaling pathways contribute to resistance development, while at the same time, they can be specifically inhibited in the context of targeted therapy.
To examine the influence of HGF on intracellular signaling pathways, four established HNSCC cell lines were utilized.
In the first part of the study, the four HNSCC-derived cell lines were stimulated with HGF, and the increase in PD-L1 expression and changes in phosphorylation levels of key proteins in the individual signaling pathways were analyzed using Western Blots. It was found that HGF activates the MAPK and PI3K/AKT pathways. While MAPK inhibition completely blocked the PD-L1 increase, PI3K/AKT inhibition only partially did so after HGF stimulation.
In the second part, the MAPK pathway, mainly responsible for the increase in PD-L1, was inhibited using siRNA. Quantitative PCR validated corresponding mRNA levels. Western Blots further showed that the increase in PD-L1 was reduced despite HGF stimulation when the MAPK pathway was non-functional.
In line with previous results, inhibiting MAPKs with the drug Trametinib, which is approved as a targeted therapy for malignant melanoma and NSCLC, significantly blocks HGF-induced PD-L1 expression based on Western Blot and flow cytometry analysis.
Notably, the activity of the different signaling pathways and the expression levels of PD-L1 vary among the different cell lines, as Western Blot analyses reveal. For instance, while the FaDu cell line manifested high activity in the PI3K/AKT pathway, Detroit562 and SCC9 showed increased MAPK activity. Nonetheless, the SCC9 cell line showed the highest PD-L1 expression level.
This study demonstrated that HNSCC cell lines similarly respond to the growth factor HGF, which is frequently present in high concentrations in the tumor microenvironment of HNSCC. Additionally, the inhibition of c-MET and its downstream MAPK or PI3K/AKT pathways in combination with EGFR blockade by Cetuximab may offer a more effective treatment strategy for HNSCC patients in cases of therapeutic resistance, disease progression, or drug intolerance. Screening of the signaling pathways and their activation mechanisms could, in cases of resistance, recurrence, or progression, contribute to the specific inhibition of alternative activation and potentially improve the efficacy of immune checkpoint blockade.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uni-wuerzburg.de/oai:opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de:37035 |
| Date | January 2024 |
| Creators | Aljasem, Anwar |
| Source Sets | University of Würzburg |
| Language | deu |
| Detected Language | German |
| Type | doctoralthesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/doku/lic_mit_pod.php, info:eu-repo/semantics/openAccess |
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