Hintergrund
Bei Brustkrebs sind Epitheliale-Mesenchymale Transition (EMT) und die Anwesenheit von Krebsstammzellen (BCSC) mit hoher Tumoraggressivität, Therapieresistenz, Metastasierung, Rezidiven und schlechter Prognose verbunden. Eine entscheidende Rolle spielen dabei Glykoproteine, Glykolipide sowie Proteoglykane. Tumor-assoziierte Glykane stehen im Zusammenhang mit Zelladhäsion, Migration, Proliferation und Tumorwachstum und könnten auf dem Weg zu neuen, individuell maßgeschneiderten Therapien als diagnostische Marker herangezogen werden.
β1,3-Galactosyltransferase 5 (B3GALT5) ist vor wenigen Jahren als wichtiger Überlebensmarker für Brustkrebs-Stammzellen identifiziert worden. Das Enzym katalysiert die Erzeugung des Glykolipids Stage-Specific Embryonic Antigen-3 (SSEA-3), ein erst kürzlich identifizierter Biomarker für BCSC. Es ist gezeigt worden, dass die Expression von B3GALT5 mit Tumorprogression assoziiert ist. Wenig ist bisher bekannt über die prognostische Bedeutung von B3GALT5 bei Brustkrebs und die klinische Relevanz von B3GALT5 für einzelne Brustkrebs-Subtypen [1,2,3].
Zielsetzung
Die Zielsetzung einer Forschungsgruppe aus Taiwan und den USA war die Aufklärung der klinischen Bedeutung von B3GALT5 bei Brustkrebs einschließlich seiner Rolle für die Epitheliale-Mesenchymale Transition und den Erhalt der Stammzellfähigkeit.
Methodik
Von einer Kohorte von 202 Brustkrebs-Patientinnen wurden gepaarte Gewebeproben (Tumorgewebe und benachbartes nicht-tumoröses Gewebe) verwendet, um den Expressionslevel an B3GALT5 mRNA mittels qRT-PCR zu bestimmen. Kaplan-Meier und multivariable Cox proportionale Hazard Modelle wurden eingesetzt, um die Unterschiede beim Überleben in Bezug auf rückfallfreies (RFS) und Gesamtüberleben (OS) zu evaluieren.
In vitro Effekte einer Überexpression von B3GALT5 bzw. eines B3GALT5-Knockdowns auf Zellmigration, Invasion und EMT wurden sowohl an Brustkrebszellen als auch Brustkrebs-Stammzellen untersucht. B3GALT5-Knockdown und -Überexpression wurden unter anderem anhand einer Hoch- bzw. Runterregulation des B3GALT5-Effektormoleküls SSEA-3 mittels Flow Zytometrie nachgewiesen. Ein von Patienten abgeleitetes Xenograft (PDX)-Modell wurde verwendet, um in vivo Effekte des B3GALT5 -Knockdowns in BCSC auf Tumorwachstum und Metastasierung zu analysieren.
Ergebnisse
Bei den 202 Brustkrebs-Patientinnen korrelierte eine höhere Expression von B3GALT5 im Tumorgewebe und insbesondere im angrenzenden nicht-tumorösen Gewebe mit einem schlechteren klinischen Endergebnis (kürzeres Gesamtüberleben und kürzeres rückfallfreies Überleben). Diese Tendenz war besonders ausgeprägt bei Patienten mit Hormonrezeptor-positivem Brustkrebs im frühen Krankheitsstadium.
Knockdown von B3GALT5 führte zu einer verminderten Zellmigration und Invasionsfähigkeit von BCSC während die Überexpression von B3GALT5 zu einer verbesserten Migration und Invasionsfähigkeit von Brustkrebszellen führte. Darüber hinaus wurde im Zusammenhang mit der Hoch-bzw. Runterregulation von B3GALT5 eine veränderte Zellmorphologie beobachtet, was auf die Rolle von B3GAT5 im Rahmen der EMT hindeutete. Weitergehende Studien zeigten, dass B3GALT5 die Expression von ZEB1 (Zinkfinger E-Box binding homebox 1), einem Schlüsselelement bei der Aktivierung des EMT-Prozesses und der Metastasierung von Krebszellen, über den ZEB1-upstream-Regulator β-Catenin reguliert.
Die Bildung von Mammosperen, ein funktionelles Charakteristikum von Krebsstammzellen mit starkem tumorinitiierendem Potenzial, wurde ebenfalls von B3GALT5 positiv beeinflusst. In vivo Studien am PDX-Mausmodell zeigten, dass die Expression von B3GALT5 in BCSC nicht nur für das Tumorwachstum entscheidend ist, sondern auch für Lymphknoten- und Lungenmetastasierung.
Fazit
B3GALT5 nimmt eine Schlüsselfunktion in der Epithelialen-Mesenchymalen Transition (EMT), der Zellmigration und für den Erhalt der Stammzelleigenschaften ein und fördert so das Voranschreiten des Brustkrebses. Zusammengefasst deuten die Daten darauf hin, dass B3GALT5 ein wertvoller Kandidat als prognostischer Brustkrebsmarker ist, insbesondere bei Patienten in frühen Krankheitsstadien.
