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Titel:Zelluläre Ursachen des unterschiedlichen Ansprechens HPV-assoziierter und Noxen-induzierter Plattenepithelkarzinome der Kopf- Halsregion auf eine kombinierte Radiochemotherapie
Autor:Ziemann, Frank
Weitere Beteiligte: Wittig, A. (Prof. Dr.)
Veröffentlicht:2017
URI:https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2017/0210
DOI: https://doi.org/10.17192/z2017.0210
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2017-02101
DDC: Medizin, Gesundheit
Titel(trans.):Cellular reasons of the different response rates of HPV-associated and Noxen-induced squamous cell carcinomas the head and neck region on a combined radiochemotherapy
Publikationsdatum:2017-03-31
Lizenz:https://rightsstatements.org/vocab/InC-NC/1.0/

Dokument

Schlagwörter:
Protein p53, p53, cisplatin, p53, E6, HPV, Apoptosis, radiotherapy, cell-cycle regulation, E6, E7, Strahlentherapie, Cisplatin, DSB-Reparatur, Apoptose, HNSCC, apoptosis, Humanes Papillomavirus, Plattenepithelcarcinom, DSB-repair, HNSCC, DNS-Reparatur, Cisplatin, Zellzyklusregulation, Strahlentherapie, Zellzyklus, HPV, E7

Zusammenfassung:
Plattenepithelkarzinome der Kopf- /Halsregion (HNSCC) stellen eine sehr häufige Tumorerkrankung dar. Man unterscheidet bei HNSCC Tumoren hinsichtlich ihrer Ätiologie zwischen Humanen Papillomavirus (HPV) assoziierten Tumoren und durch Noxen wie Nikotin und Alkohol induzierten Karzinomen. Während die Inzidenz für letztere eher stagniert, zeigt sich für HPV-assoziierte Tumore eine starke Zunahme der Inzidenz besonders in der westlichen Welt. Klinische Studien haben gezeigt, dass Patienten mit HPV-positiven Tumoren ein besseres Ansprechen unabhängig vom verwendeten Therapieregime aufweisen. Dies spiegelt sich auch in einem Gesamtüberleben von > 80 % wieder. Im Gegensatz dazu beträgt das Gesamtüberleben HPV-negativer HNSCC weniger als 50 %. Bislang wird in der Therapie beider Tumorentitäten jedoch nicht unterschieden. In fortgeschrittenen Stadien werden HNSCC Tumore mit einer definitiven oder adjuvanten Cisplatin basierten Radiochemotherapie behandelt. Derzeit rekrutieren einige Studien, die eine Deeskalation der Behandlung HPV- assoziierter Tumore prüfen. Die biologischen Hintergründe für das bessere therapeutische Ansprechen HPV-assoziierter Tumore sind jedoch nicht abschließend geklärt. Ziel der hier vorliegenden Arbeit war es, intrinsische Ursachen für das bessere Ansprechen auf eine Radiochemotherapie in vitro zu analysieren. Hierfür wurden das klonogene Zellüberleben, die Zellzyklusprogression, die Proliferation, die Zellviabilität, die Expression von viralen Onko- und humanen Tumorsuppressorproteinen, Zelltod- und DNA-Reparaturmechanismen in vier HPV-negativen und vier HPV-positiven HNSCC Zelllinien nach Bestrahlung und Cisplatininkubation untersucht. In Übereinstimmung mit klinischen Daten von HPV-positiven HNSCC Tumoren, ließ sich auch bei HPV-positiven Zelllinien eine signifikant größere Empfindlichkeit gegenüber Bestrahlung oder Cisplatin feststellen. Zudem ließen sich HPV-positive Zelllinien durch eine simultane Cisplatininkubation deutlich stärker radiosensibilisieren als HPV-negative HNSCC Zelllinien. Nach alleiniger Bestrahlung fand sich in HPV-positiven im Vergleich zu HPV-negativen Zelllinien ein ausgeprägter und prolongierter Arrest in der G2-Phase des Zellzyklus. Es fanden sich keine Unterschiede im Gehalt an residuellen DNA-Doppelstrangbrüchen zwischen HPV-positiven und HPV-negativen Tumorzelllinien. Allerdings zeigte sich besonders nach Cisplatininkubation in HPV-positiven Zelllinien einer Zunahme der Apoptose. Während es nach Bestrahlung zu einem Anstieg der viralen Onkoproteine E6 und E7 kam, führte eine Cisplatininkubation und die Kombination dieser mit Bestrahlung zu einer signifikant geringeren Expression beider Proteine. Es konnte jedoch keine Änderung der Expression des Tumorsuppressorproteins p53 festgestellt werden. Somit scheinen Störungen der Zellzyklusregulation gemeinsam mit Änderungen der Expression der viralen Onkoproteine grundlegend für die höhere Sensibilität HPV-positiver Tumorzelllinien sowohl gegenüber Bestrahlung und Cisplatin alleine, als auch gegenüber einer kombinierten Radiochemotherapie zu sein. Es zeigt sich, dass kombinierte Effekte der Strahlen- und Cisplatintherapie gerade für HPV-positive HNSCC relevant sein können und bei der Planung zukünftiger Deeskalationsprotokolle zu berücksichtigen sind.

Summary:
Head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC) are divided into two distinct subgroups. One group is caused by classical risk factors like nicotine and alcohol, the other group is related to an infection with human papillomavirus (HPV). While the incidence for the first group is almost stable the latter one shows a dramatic increase. Clinical trials have shown that HPV-associated HNSCC have a better treatment response, regardless of treatment protocol, and have a favorable prognosis compared to HPV-negative HNSCC. Together with data from next- generation sequencing studies this led to the acceptance that HPV-associated and HPV- negative HNSCC are two biologically distinct etiologies. However, this did not lead to an HPV- adopted stratification for individualized treatment regimes. Today, both HPV-positive and HPV- negative HNSCC patients receive the same therapy that usually consist of definitive or adjuvant simultaneous Cisplatin based radiochemotherapy especially in advanced stage disease. While in ongoing clinical trials a de-escalation of the therapy for HPV-positive HNSCC is studied, the biological mechanisms causing this better response rates are still not fully understood. This work aims at studying differences in HPV-positive and HPV-negative HNSCC cell lines that contribute to the improved treatment response of HPV-associated HNSCC. Therefore, the response of a panel of four HPV-positive and four HPV-negative cell lines to ionizing radiation and/or Cisplatin incubation was analyzed by measuring proliferation, cell viability, clonogenic survival, cell-cycle progression, expression of onco- and tumor suppressor-proteins, cell death and DNA-damage repair. In concordance with clinical data, HPV-positive cell lines were sensitive to both ionizing radiation and Cisplatin incubation when compared with HPV-negative cell lines. In addition, in HPV-positive cell lines the radiosensitizing effect of Cisplatin was significantly stronger than in HPV-negative ones. HPV-positive cell lines exhibited a greater and prolonged cell-cycle arrest in G2-phase after irradiation alone and tended to arrest in S-phase after Cisplatin incubation. However, this was not reflected by a higher number of residual DNA double-strand breaks compared to HPV-negative cell lines. Instead, an increase in apoptosis mainly after Cisplatin incubation was found especially in HPV-positive cell lines. In line with this a decreased expression of both viral oncoproteins E6 and E7 was seen when cells where incubated with Cisplatin or a combination of Cisplatin and ionizing radiation. In contrast, irradiation alone led to an increase of both proteins. For tumor suppressor protein p53 no change in expression was found in all cell lines, regardless of treatment and HPV-status. These data indicate that cell-cycle deregulation together with down-regulation of E6 and E7 leading to increased apoptosis facilitates the higher sensibility of HPV-positive cell lines to combined radio-chemotherapy. Thus, combined effects of radiotherapy and Cisplatin seem to promote the improved response rates of HPV-associated HNSCC. Therefore, adapting the dosage of radiation and Cisplatin might be a more promising strategy than restricting treatment to a single modality.


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