Medizinische Universität Graz

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Bibliografische Informationen

Titel

Veränderungen der Mikrobiota während der Entwicklung des Epitheltumors und ihre funktionellen Konsequenzen

Kurzfassung

Maligne Tumoren entwickeln sich aus präinvasiven neoplastischen Läsionen, die für die meisten Epithelorgane beschrieben wurden, z.B.: Aktinische Keratose (AK) bei Plattenepithelkarzinomen der Haut (SCC) und adenomatöse Polypen bei Darmkrebs (CRC). Sie beherbergen genetische Aberrationen, Immun- und Stromazellen sowie Mikroben. Während der Tumorentwicklung ändert sich die Homöostase zwischen Wirt und Mikrobiota, was zu einer proinflammatorischen Mikrobiota führt, die die Krebsentwicklung vorantreiben kann. Die Aufklärung von Faktoren, die mikrobielles Ungleichgewicht und letztlich chronische Entzündungen bewirken, wird unser Verständnis von Krebsentstehung und -progression entscheidend verbessern.
Die Haut beherbergt eine beträchtliche Anzahl von Mikroben, deren Beitrag zur Hauttumorentstehung bisher jedoch nicht ausreichend untersucht wurde. Daher haben wir die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft bei menschlichen Keratinozyten-Hauttumoren, AK, SCC und Basalzellkarzinomen (BCC) verglichen. Unsere Studie zeigt, dass Hauttumoren durch deutlich unterschiedliche mikrobielle Gemeinschaften gekennzeichnet sind. AK und SCC weisen im Gegensatz zu BCC eine signifikant erhöhte bakterielle Biomasse auf. Staphylococcus aureus ist in den hyperkeratotischen Regionen von SCC deutlich häufiger. Ferner zeigen Hauttumoren eine veränderte Expression von antimikrobiellen Peptiden (AMPs), wobei menschliches ß-Defensin-2 (hBD-2) in SCC erhöht ist. Interessanterweise ist bekannt, dass dieses AMP die Proliferation von Plattenepithelien induziert. Wir infizierten SCC-Zellen in vitro mit S. aureus und beobachteten eine spezifische Induktion der hBD-2-Expression, die auch das Wachstum von SCC-Zellen fördert. Unsere Studien zeigen somit, dass eine Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft, die möglicherweise aufgrund der Veränderung des mikrobiellen Lebensraums bevorzugt wird, die Krebsentstehung fördert. Im Fall von SCC fördert ein erhöhter S. aureus wahrscheinlich das Tumorzellwachstum durch spezifische Induktion von hBD-2, wodurch der neoplastische Prozess vorangetrieben wird.
Auch im GI-Trakt trägt die Mikrobiota zur Krebsentstehung bei. Es hat sich gezeigt, dass Fusobacterium Spezies, die typischerweise die Mundhöhle besiedeln, bei GI-Tumoren erhöht sind und deren Wachstum fördern können. Unsere Studien bestätigten eine erhöhte Häufigkeit von tumorförderndem Fusobacterium und F. nucleatum in adenomatösen Polypen und CRC im Vergleich zu normalem Gewebe. Außerdem beobachteten wir auch eine verminderte Expression von FadA von Adenomen zu Karzinomen, was auf eine mögliche Herunterregulierung dieses mikrobiellen Kolonisationsfaktors hindeutet.
Ein weiterer Aspekt dieser Arbeit war die Entwicklung von Methoden zur Analyse von Pilzen, als Teil des Haut-Mikrobioms. Die typischen Werkzeuge zur Mikrobiom-Analyse wurden für Bakterien entwickelt und sind häufig unzureichend für die Analyse von Pilzen. Wir wollten zunächst eine Methode zur Isolierung von Pilz-DNA aus Haut-Biopsien in FFPE erreichen, welche die typischen Proben für die Histopathologie sind. Wir haben ferner versucht, die PCR-Amplifikation von ribosomaler Pilz-DNA unter Verwendung der ITS1- und -2 Regionen (hochvariable Sequenzen zur Unterscheidung von Pilzarten) zu optimieren. Wir zeigen, dass eine mechanische Zellzerstörung während der DNA-Isolierung die DNA-Ausbeute signifikant senkt, was zu einer signifikanten Abnahme des Signal-Rausch-Verhältnisses bei der ITS-PCR führte. Wir beobachten auch eine erhöhte PCR-Leistung unter Verwendung von ITS2-Primern im Vergleich zu ITS1.
Zusammenfassend zeigt diese Arbeit, dass Veränderungen der Mikrobiota, die während der Karzinogenese auftreten, das Tumorzellwachstum fördern können, das durch verschiedene Wirts- und Mikrobenfaktoren, wie die Veränderung der AMP-Expression in der cSCC-Progression oder durch die Regulierung des mikrobiellen Kolonisationsfaktors wie bei CRC moduliert wird.

Schlagwörter

Mikrobiota, Haut, aktinische Keratose, Plattenepithelkarzinom, Basalzellkarzinom, Staphylococcus aureus, antimikrobielle Peptide, menschliches ß-Defensin, Magen-Darm-Trakt, adenomatöser Polyp, Darmkrebs, Fusobacterium, Mykobiota.

Anzahl Seiten

Publikationsjahr

2020

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