Selectins Mediate Small Cell Lung Cancer Systemic Metastasis

Abstract

Das kleinzellige Bronchialkarzinom hat vor allem aufgrund seiner frühen Metastasierung eine äußerst schlechte Prognose. Die Interaktionsmechanismen, welche die Metastasierung bei dem kleinzelligen Bronchialkarzinom ermöglichen, sind bislang weitestgehend ungeklärt. Bei verschiedenen Tumorentitäten konnte bereits nachgewiesen werden, dass zirkulierende Tumorzellen die Selektin-vermittelte Leukozytenadhäsionskaskade imitieren, um das Gefäßendothel zu überwinden und zum Zielort der Metastasierung zu gelangen. Um den Metastasierungsmechanismus beim kleinzelligen Bronchialkarzinom zu untersuchen, benutzten wir die vom Menschen gewonnene Zelllinie OH-1. Wir konnten feststellen, dass die OH-1-Zellen E- und P-Selektinbindungsstellen besitzen. Auch das Selektin-bindende Kohlenhydratmotiv sialyl-Lewis A konnte dargestellt werden. Zudem ließen sich sowohl in vitro als auch in vivo Oberflächenmoleküle wie PSGL-1, CD44 und CEA auf den OH-1-Zellen nachweisen, welche dieses für die Selektinbindung erforderliche Kohlenhydratmotiv tragen. Mithilfe der Intravitalmikroskopie von murinen Mesenterialgefäßen konnten wir zirkulierende OH-1-Zellen aufzeichnen, welche am Gefäßendothel entlang rollten. Diese Beobachtung weist darauf hin, dass Tumorzellen des kleinzelligen Bronchialkarzinoms tatsächlich die Leukozytenadhäsionskaskade im Sinne eines Selektin-vermittelten Rollens mit Interaktion von Selektinliganden der Tumorzellen und exprimiertem Selektin am Endothel nachahmen. Passend zu dieser Vermutung zeigten weitere Untersuchungen an Selektin-defizienten Mäusen im Vergleich zu Selektin-suffizienten Mäusen eine um ca. 50 % reduzierte Anzahl der Spontanmetastasen. Da die Selektindefizienz jedoch die Metastasierung nicht völlig verhinderte, liegt die Vermutung nahe, dass auch andere Moleküle der Leukozytenadhäsionskaskade die Metastasierung des kleinzelligen Bronchialkarzinoms vermitteln. Die Nutzung diverser Adhäsionsmoleküle macht die Metastasierung des kleinzelligen Bronchialkarzinoms wahrscheinlich so potent.

Metastasis formation is the major reason for the extremely poor prognosis in small cell lung cancer (SCLC) patients. The molecular interaction partners regulating metastasis formation in SCLC are largely unidentified, however, from other tumor entities it is known that tumor cells use the adhesion molecules of the leukocyte adhesion cascade to attach to the endothelium at the site of the future metastasis. Using the human OH-1 SCLC line as a model, we found that these cells expressed E- and P-selectin binding sites, which could be in part attributed to the selectin binding carbohydrate motif sialyl Lewis A. In addition, protein backbones known to carry these glycotopes in other cell lines including PSGL-1, CD44 and CEA could be detected in in vitro and in vivo grown OH1 SCLC cells. By intravital microscopy of murine mesenterial vasculature we could capture SCLC cells while rolling along vessel walls demonstrating that SCLC cells mimic leukocyte rolling behavior in terms of selectin and selectin ligand interaction in vivo indicating that this mechanism might indeed be important for SCLC cells to seed distant metastases. Accordingly, formation of spontaneous distant metastases was reduced by 50% when OH-1 cells were xenografted into E-/P-selectin-deficient mice compared with wild type mice (p=0.0181). However, as metastasis formation was not completely abrogated in selectin deficient mice, we concluded that this adhesion cascade is redundant and that other molecules of this cascade mediate metastasis formation as well. Using several of these adhesion molecules as interaction partners presumably make SCLC cells so highly metastatic