Hintergrund
Das basal-like Mammakarzinom ist ein aggressiver Brustkrebs mit limitierten Behandlungsoptionen. Expression und Phosphorylierungsgrad der zytoplasmatischen Focal Adhesion Kinase (FAK) sind in dreifach negativen Brustkrebs-Subtypen einschließlich dem basal-like Brustkrebs stark erhöht. Als Bestandteil mehrerer Signaltransduktionskaskaden überträgt die Kinase Signale von Wachstumsfaktoren und Zytokin-Rezeptoren und ist beteiligt an Tumorwachstum und Metastasierung. Dabei spielen Kinase-abhängige wie auch Kinase-unabhängige Mechanismen eine Rolle.
FAK kann zahlreiche downstream-Effektoren aktivieren, die in die Kontrolle von Tumorzell-Überleben, Proliferation und Migration involviert sind. Dazu gehören unter anderem Src-Kinasen, die ihrerseits z.B. p130Cas-Adaptormoleküle und zahlreiche weitere Signaltransduktionskomponenten auch des Ras-Erk- Signalweges aktivieren. Darüber hinaus aktiviert FAK den PI3K-AKT-Signalweg. Die damit verbundene Stimulierung des mTOR-Signaling schützt vor Apoptose und fördert das Überleben der Zellen. Ein direkter Nachweis der Bedeutung von FAK für das basal-like Mammakarzinom stand bislang aus. [1]
Zielsetzung
Auf der Suche nach effektiven Behandlungsoptionen für Patienten mit Brusttumoren vom basal-like Subtyp haben Forscher in den USA die Rolle der Focal Adhesion Kinase näher untersucht.
Methodik
MMTV-Wnt1-Mausmodell
In humanen basal-like Brusttumoren spielt unter anderem der kanonische Wnt-Signalweg eine Rolle. Dieser führt zur Stabilisierung von β-Catenin, welches in den Zellkern eindringen und dort Wnt-Zielgene transaktivieren kann. Transgene Expression des als Protoonkogen fungierenden Wnt-Liganden Wnt1 mithilfe des MMTV (mouse mammary tumor virus)-LTR Enhancers ist ausreichend um Adenokarzinome der Brust zu bilden. Das MMTV (mouse mammary tumor virus)-Wnt1 Mausmodell entwickelt Brusttumoren hauptsächlich vom basal-like Subtyp und dient in der Forschung zur Aufklärung von Signalwegen, die in humanen basal-like Brusttumoren aktiv sind.
Konditionale Entfernung von FAK und Knock-in-Mutation in der Kinase-Domäne
Um die Rolle von FAK in diesem Brustkrebs-Subtyp zu untersuchen, wurden mithilfe etablierter Verfahren (z.B. knock-out- und knock-in mit Cre/loxP Technik) Mäusekohorten mit MMTV-Wnt1-gesteuerten Tumoren generiert, bei denen FAK bzw. deren Kinaseaktivität gezielt ausgeschaltet war. Immunoblot-Analysen wurden eingesetzt, um die Entfernung von FAK bzw. deren Kinaseaktivität in den Tumorzellen zu verifizieren.
Für weitere Untersuchungen zum Nachweis der Kinaseaktivität und Aufdeckung involvierter Signalwege wurden immunhistologische, immunhiostochemische und pharmakologische Methoden sowie transkriptomische Analysen eingesetzt. Zellmigration wurde unter anderem mithilfe eines Wundheilungsassays analysiert.
Ergebnisse
Analysen einer großen Brustkrebs-Patientenkohorte (METABRIC Datensatz) mit 2509 Tumoren zeigten, dass das FAK-Gen bei 415 der Tumore (21%) amplifiziert war. Patienten mit einem erhöhten Anteil an FAK hatten dabei eine signifikant schlechtere Prognose (medianes Gesamtüberleben von 139,5 Monaten) als Patienten ohne FAK-Amplifikation (medianes Gesamtüberleben von 164,3 Monaten). Weitere Untersuchungen und Stratifizierung nach dem basal-like Subtyp deuteten auf eine entscheidende Rolle von FAK in humanen basal-like Brusttumoren hin.
Die zur Untersuchung der Rolle von FAK generierten Mäusekohorten wurden hinsichtlich Tumorentstehung und -wachstum sowie der Metastasierung charakterisiert. In Mäusen bei denen FAK entfernt bzw. die Kinasetätigkeit gehemmt war, waren Wachstum und Metastasierung der Tumoren im Vergleich zu MMTV-Wnt1-Kontrollmäusen signifikant unterdrückt. Immunhistologische Untersuchungen von Gewebeschnitten der Lunge zeigten, dass Mäuse mit fehlender FAK-Aktivität im Gegensatz zu Kontrollmäusen weniger Lungenmetastasen hatten. Während in Kontrollmäusen ein bis vier (meistens aber mehr als zwei) Metastasen pro Schnitt gezählt wurden, sind in Mäusen, bei denen FAK bzw. deren Kinaseaktivität ausgeschaltet war, nur ein bis zwei Metastasen pro Schnitt gefunden worden.
Immunhistochemische Analysen zeigten, dass die Abwesenheit von FAK eine erhöhte Apoptose der Tumorzellen nach sich zieht, die auf einem autonomen Mechanismus beruht. Eine gestörte Angiogenese oder zytotoxische Infiltration von T-Zellen konnten als Ursache ausgeschlossen werden.
Weitergehende Untersuchungen der zugrundeliegenden Mechanismen an immortalisierten Tumorzellen zeigten, dass die Entfernung von FAK in den Tumorzellen zu einer erhöhten Sensitivität gegenüber ER (Endoplasmatisches Retikulum)-Stress-induziertem Zelltod führte. Darüber hinaus wurde eine verminderte Tumorzellmigration und eine reduzierte Formation von Tumorsphären (Metastasen) beobachtet. Transkriptomische Analysen deuten auf eine Herabregulierung des AKT-mTOR-Signalweges hin. Es konnte gezeigt werden, dass FAK nicht die Expression von mTOR beeinflusst, sondern dessen Aktivität.
Zusammengefasst zeigen die Daten, dass FAK in Wnt1-gesteuerten Tumoren erforderlich ist, um AKT-mTOR-Signalwege zu aktivieren.
Fazit
FAK stellt ein potenzielles therapeutisches Target für die Behandlung des Brustkrebses vom basal-like Subtyp dar, da die Kinase zwar nicht für die Entstehung, aber für das Überleben und die Progression der Tumoren notwendig ist.
