Titelaufnahme

Hypoxia, or reduced oxygen supply, is a common attribute of solid tumours and is caused by excessive cellular proliferation.

Adaptation to this microenvironmental stress is mediated by the activation of the hypoxia-inducible factor (HIF) pathway promoting metabolic alterations, invasion, metastasis and the induction of angiogenesis.

The transcription factor HIF-1, itself composed of HIF-1a and HIF-1b, is the major player within this pathway. HIF-1 is degraded under normoxic conditions and accumulates under oxygen deprivation. In contrast, HIF-1b is regarded as constitutively expressed. HIF signalling contributes to the development of malignant melanoma, the most aggressive form of skin cancer. There is evidence of elevated HIF activity even under normoxia within this cell type. The HIF pathway thus represents an attractive drug target for cancer therapy. However, currently consequences of HIF inhibition are poorly defined.

Therefore the objective of this project was to investigate cellular effects elicited by HIF inhibition under hypoxia and exposure to the hypoxia-mimetic cobalt chloride. Suppression of HIF signalling was achieved by siRNA mediated knockdown of HIF subunits, ectopic expression of a dominant-negative form of HIF-1a, as well as by pharmacological inhibition. A Hen´s egg test - chorioallantoic membrane (Het-CAM) model was used to study the HIF-dependent processes angiogenesis and invasion.

The data obtained demonstrates unique angiogenic and invasive characteristics of different human melanoma cell lines in the Het-CAM assay. Secretion of the pro-angiogenic cytokine Interleukin (IL)-8 by melanoma cells was elevated via HIF inhibition under cobalt chloride-induced hypoxia. In addition, the results indicate that HIF-1b obviously is a hypoxia-responsive protein within certain melanoma cell lines. A series of experiments revealed the existence of a novel, cell specific mechanism by which HIF-1a upregulates HIF-1b expression under hypoxic conditions.

In conclusion, the results indicate an IL-8-mediated compensatory response due to HIF inhibition and demonstrate that melanoma cells can acquire the capability to upregulate HIF-1b under hypoxia, which might prevent this subunit to become a limiting factor.

Hypoxie, oder Sauerstoffmangel, ist charakteristisch für solide Tumore und eine Folge vermehrter Zellproliferation. Die Aktivierung des Hypoxie-induzierbaren Faktor (HIF) Signalweges ermöglicht es Zellen sich an diesen Stress anzupassen, beispielsweise durch Veränderungen des Zellstoffwechsels. Weiters fördert der HIF Signalweg die Invasion und Metastasierung von Tumorzellen, sowie die Induzierung der Angiogenese.

Der Transkriptionsfaktor HIF-1, bestehend aus HIF-1a und HIF-1b, hat eine Schlüsselrolle innerhalb dieses Signalweges. HIF-1a wird bei ausreichender Sauerstoffversorgung abgebaut, aber akkumuliert bei Sauerstoffmangel innerhalb der Zelle. Im Gegensatz zu HIF-1a wird HIF-1b als konstitutiv exprimiert betrachtet. Der HIF Signalweg trägt zur Entstehung von malignen Melanomen bei, der aggressivsten Form von Hautkrebs. Es gibt Hinweise darauf, dass in Melanomzellen der HIF Signalweg auch bei ausreichender Sauerstoffversorgung hoch aktiv ist.

Der HIF Signalweg stellt daher einen validen Angriffspunkt für Medikamente in der Krebstherapie dar. Gegenwärtig sind die Konsequenzen der HIF Inhibierung allerdings unzureichend erforscht.

Das Projektziel war daher zelluläre Effekte zu untersuchen, die durch die Inhibierung des HIF Signalweges unter Sauerstoffmangel bzw.

Kobaltchlorid-induzierter Hypoxie auftreten. Der HIF Signalweg wurde inhibiert durch knockdown einzelner HIF Untereinheiten, ektopischer Expression einer dominant-negativen Form von HIF-1a, sowie pharmakologisch. Ein Tierversuch-Ersatzmodell, basierend auf bebrüteten Hühnereiern (Hen´s egg test - chorioallantoic membrane assay; Het-CAM assay) wurde verwendet, um die HIF-abhängigen Prozesse Angiogenese und Invasivität zu untersuchen.

Die erhaltenen Daten zeigen spezifische angiogenetische und invasive Eigenschaften humaner Melanomzellen im Het-CAM Modell auf. Die Ausschüttung des Angiogenese-fördernden Botenstoffs Interleukin (IL)-8 durch Melanomzellen war in Folge der Inhibierung des HIF Signalweges unter Kobaltchlorid-induzierter Hypoxie signifikant erhöht. Weiters zeigen die Ergebnisse, dass HIF-1b offensichtlich in einigen Melanomzelllinien in Abhängigkeit von der Sauerstoffkonzentration reguliert wird. Eine Reihe von Experimenten belegte die Existenz eines neuen, zell-spezifischen Mechanismus, durch den HIF-1a in der Lage ist, die Expression des Bindungspartners HIF-1b unter Hypoxie zu erhöhen.

Zusammengefasst zeigen die Ergebnisse einen IL-8-vermittelten kompensatorischen Effekt, als Folge der Inhibierung des HIF Signalweges in Melanomzellen. Weiters beweisen die Ergebnisse, dass Melanomzellen die Fähigkeit erlangen können, die HIF-1b Expression bei Sauerstoffmangel zu erhöhen. Diese zell-spezifische Eigenschaft könnte verhindern, dass HIF-1b zu einem limitierenden Faktor wird.