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Isoform-specific Loss of CD44 Interferes with Different Aspects of the Metastatic Process

Klingbeil, Pamela

German Title: Isoform-spezifischer Verlust von CD44 beeinflußt verschiedene Aspekte der Metastasierung

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Abstract

The cell-cell and cell-matrix adhesion molecule CD44 and its numerous splice variants are involved in a multitude of physiological and pathological processes, including tumour progression. Especially variant CD44 has been implicated in metastasis formation. For long term in vivo experiments on metastasis formation, a plasmid based RNAi technique was applied to generate stable splice variant ‘v7’-specific CD44 knock-down clones of a highly metastatic rat pancreatic adenocarcinoma cell line (BSp73ASML). The resulting phenotype was characterized with an emphasis on interactions of CD44v with the tumour surrounding during the course of metastasis formation. Loss of CD44v is accompanied in vivo by a marked reduction in metastatic growth in the lymph nodes and particularly in the lung, which could be reverted by restoring CD44v expression in the knock-down cells. The impaired metastatic growth was not due to a lower proliferative activity or a reduced anchorage-independence of these cells in vitro. Instead, they display several defects, which can be attributed to perturbed interactions of CD44v with the microenvironment. Compared to ASMLwt cells CD44vk.d. cells do not form cell aggregates in stromal surroundings, such as lymph nodes and the lung, due to lost cell-cell adhesion, mediated by interactions of CD44v and hyaluronic acid (HA). Furthermore, CD44vk.d. cells exhibit an impaired matrix production, as CD44v is most likely involved in the assembly of matrix components, containing HA, collagen and laminin. The matrix supports rapid adhesion of ASML cells through ?1 integrin and in addition contributes to survival. Finally, the loss of CD44v is accompanied by a marked decrease in apoptosis resistance. Impaired PI3K-Akt survival signalling, activated by CD44v was identified as the cause of this defect. In conclusion, CD44v contributes to the metastatic phenotype of ASML cells as a multifunctional player interacting with the surrounding in several ways. First, as cell-cell adhesion molecule by mediating cell aggregation, second, as cell-matrix adhesion molecule by organizing matrix generation and last, as signalling molecule supporting survival. This highlights the role of variant CD44 in the metastatic spread of tumour cells through complex interactions with the tumour microenvironment and underlines the important role of a highly regulated interplay between tumour cells and their surrounding for metastasis formation.

Translation of abstract (German)

Das Zell-Zell und Zell-Matrix Adhäsionsmolekül CD44, sowie seine zahlreichen Spleißvarianten sind an einer Vielzahl physiologischer und pathologischer Prozesse beteiligt, zu denen auch die Tumorprogression zählt. Besonders variante CD44 Formen wurden mit Metastasierung in Verbindung gebracht. Um langwierige in vivo Experimente zur Untersuchung von Metastasenausbildung zu ermöglichen, wurden stabile CD44-‘knock-down’-Klone einer stark metastasierenden Pankreas-Adenokarzinomlinie der Ratte (BSp73ASML) generiert. Über plasmidbasierte ‘RNA interference’ (RNAi) wurde die CD44-Expression spleißvarianten-‘v7’-spezifisch reguliert. Der resultierende Phänotyp wurde besonders im Hinblick auf Interaktionen zwischen CD44v und der Mikroumgebung im Verlauf der Metastasierung charakterisiert. In vivo führt der Verlust von CD44v zu deutlich reduzierter Metastasenbildung in den Lymphknoten und besonders in der Lunge, und dieser Effekt war durch wiederhergestellte CD44v-Expression in den ‘knock-down’-Zellen wieder umkehrbar. In vitro zeigen die CD44v-k.d.-Zellen unveränderte Proliferationsaktivität und das gleiche verankerungsunabhängige Wachstumsvermögen wie der Wiltyp. Demgegenüber weisen sie mehrere Defekte auf, die auf Interaktionsverlust von CD44v mit der Mikroumgebung beruhen. In stromaler Umgebung, wie in den Lymphknoten und der Lunge, bilden CD44v-k.d.-Zellen im Gegensatz zu ASMLwt-Zellen keine Zellaggregate aus, was auf den Verlust von CD44 und Hyaluronsäure vermittelten Zell-Zell-Kontakten zurückgeführt werden konnte. Zusätzlich ist die Matrixproduktion dieser Zellen beeinträchtigt, da CD44v höchst wahrscheinlich eine Rolle bei der ‘Matrixmontage’ zukommt. Als Bestandteile der Matrix konnten Hyaluronsäure, sowie Laminin und Kollagen identifiziert werden. Die Matrix ermöglicht ASML-Zellen eine rasche über ?1-Integrin vermittelte Adhäsion und trägt darüberhinaus zum Überleben der Zellen bei. Schließlich geht der Verlust von CD44v mit einer deutlichen Abnahme der Apoptoseresistenz einher. Als Ursache für diesen Defekt konnte eine beeinträchtigte PI3K-Akt-Signaltransduktion identifiziert werden, die durch CD44v aktiviert wird. Zusammenfassend konnte gezeigt werden, daß variantes CD44 maßgeblich zum metastasierenden Phänotyp von ASML Zellen als multifunktionales Molekül beiträgt, indem es mit der Mikroumgebung auf verschiedene Art und Weise interagiert. Zunächst als Zell-Zell Adhäsionsmolekül, das Zellaggregation vermittelt, dann als Zell-Matrix Adhäsionsmolekül, das die Bildung der Matrix organisiert, und schließlich als Signaltransduktionsmolekül, das zum Überleben der Zelle beiträgt. Diese Ergebnisse heben die Rolle von variantem CD44 für die Metastasenbildung von Krebszellen durch komplexe Interaktionen mit der Tumor-Mikroumgebung hervor und unterstreichen die entscheidende Bedeutung von komplex regulierten Wechselwirkungen zwischen Tumorzellen und ihrer direkten Umgebung für die Metastasierung.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Wittbrodt, Dr. PD Jochen
Date of thesis defense: 5. March 2007
Date Deposited: 28. Mar 2007 11:07
Date: 2006
Faculties / Institutes: The Faculty of Bio Sciences > Dean's Office of the Faculty of Bio Sciences
Subjects: 570 Life sciences
Controlled Keywords: Metastase, Antigen CD44, RNS-Interferenz, Apoptosis, Adhäsion
Uncontrolled Keywords: Metastasierung , CD44v , extrazelluläre Matrix, PI3K , Apoptoseresistenzmetastasis , CD44v , extra cellular matrix, PI3K , resistance to apoptosis
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