PowerPoint-Präsentation

Der EPO-Rezeptor und seine
Funktionen
Das ‘Janus-Gesicht’ der Tumorhypoxie
Hypoxie
Verringerte
Proliferation
Differenzierung
Apoptose
Nekrose
Adaptive Prozesse
Aggressiver Phänotyp
Tumorprogression
Erworbene
Therapieresistenz
Schlüsselbotschaft
Die überwiegende Mehrzahl hypoxischer Tumorzellen leiden unter diesen
Folgen.
Ein kleiner Teil (< 5%?) der Zellen zeigt jedoch ein ganz anderes Verhalten, sie
bestimmen das Schicksal des Krebspatienten.
Eine Hypoxie führt zur Selektion eines
Phänotyps aggressiver Tumorzellen
Schlechte Durchblutung
Anämie
Hypoxie
Resistenz gegen
Chemotherapie
und Bestrahlung
Selektionsdruck 
Genominstabilität 
Adaptationsvorgänge 
Maligne Progression
Negative Beeinflussung des langfristigen
Ergebnisses
Teufelskreis von Tumorhypoxie und
maligner Progression
Tumorhypoxie
(feindliche Mikroumgebung)
Tumorförderung
Tumorhypoxie/Anämie:
– verstärkt die Aggressivität Veränderungen der Genexpression
des Tumors
Proteomveränderungen (< 1% O2)
– verstärkt die TherapieGenomveränderungen (< 0,1% O2)
resistenz
Klonselektion
– verkürzt die Überlebenszeit
– vermindert die lokale
Kontrolle
Maligne Progression
 Aggressivität
Vaupel et al. In: Nowrousian MR, ed. Recombinant Human Erythropoietin
(rhEPO) in Clinical Oncology. Berlin, Springer, 2002:127–46.
Oxygenierungsstatus als Funktion der
Hämoglobinspiegel (cHb)
Karzinome der Zervix uteri
n=104
Durchschnitt +/- SEM
Medianer pO2 (mmHg)
Medianer pO2 (mmHg)
Karzinome im HNO-Bereich
n=142
Durchschnitt +/- SEM
cHb (g/dl)
cHb (g/dl)
Es gibt einen optimalen Oxygenierungsstatus innerhalb
eines geschlechtsspezifischen cHb-Bereichs
Becker et al. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2000;46:459–66.
Vaupel et al. Strahlenther Onkol 2001.
Medianer pO2 (mmHg)
Oxygenierungsstatus als Funktion des
Hämoglobinspiegels
100
80
60
50
40
30
(3)
(5)
(5)
(3)
(8)
Normale Mamma
20
10
8
6
5
4
3
(9)
(9)
(9)
(3)
Mammakarzinome
2
(7)
1
8
10
12
Hb (g/dl)
14
Vaupel et al. Cancer Res 2003;63:7634–7.
Gesamt-Überlebenswahrscheinlichkeit
Tumoroxygenierung und Überleben
1.0
nn
n n
nn n
n
nn nn
n
nn
nn
0.8
n
Zervixkarzinom
n
nn
n
Alle behandelten
Patientinnen (n = 89)
n
nn
n
n
nn
n
n
n
nn
nn
nn
n
0.6
n
n
n
n
0.4
Medianer pO2 ≥ 10 mmHg
(n = 41)
n
n
n
Medianer pO2 < 10 mmHg
(n = 48)
0.2
Log-Rank p = 0,0039
0
0
10
20
30
40
50
Zeitraum (Monate)
60
70
80
Höckel et al. Cancer Res 1996;56:4509–15.
Oxygenierung von normalem Gewebe
und Tumoren im HNO-Bereich
Normalgewebe kann eine leichte Anämie kompensieren; Tumoren können dies nicht
Tumoren im HNOBereich
p < 0,0001
50
Normalgewebe
(M. sternocleidom.)
Tumor
0
Mäßige/starke
Anämie (Hb <11 g/dl)
Leichte Anämie
Normaler
Hb F: 11,0–11,9 g/dL Hb-Wert
M: 11,0–12,9 g/dL
Becker et al. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2000;46:459–66.
Maximale Tumoroxygenierung im Hb-Bereich
zwischen 12,2 und 14,4 g/dl
Henke (2003) RT –Studie lag über diesem Wert
18
16
Hb (g/dl)
18
Henke (2003)
HNO
Becker (2000), Vaupel (2002)
Plattenepithelkarzinom
16
EPO
14
14
Placebo
12
12
0
10
2
4
6
8
Zeit (Wochen)
10
0
4
8
12 16 20
Medianer pO2 (mmHg)
10
Becker et al. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2000;46:459–66. Henke et al. Lancet 2003;362:1255–60.
Vaupel et al. In: Nowrousian MR, ed. Recombinant Human Erythropoietin (rhEPO) in Clinical Oncology. Berlin, Springer, 2002:127–46.
Anämie, Hypoxie und Ergebnis einer
Bestrahlung
• Die Entwicklung einer Tumorhypoxie steht mit einer
Anämie im Zusammenhang (Hb <13 g/dl)1,2
• Hypoxische Regionen sind bei soliden Tumoren
aufgrund einer unzureichenden Blutversorgung und
hohem intratumoralem Sauerstoffverbrauch häufig.
• Molekularer Sauerstoff scheint hoch reaktive
Hydroxylradikale, die eine DNA-Schädigung vermitteln,
zu stabilisieren
• Zum Abtöten von Zellen ist unter hypoxischen
Bedingungen im Vergleich zu Normalbedingungen das
2,5- bis 3,5-Fache der Standard-Bestrahlungsdosis
erforderlich.
1. Brizel et al. Radiother Oncol 1999;53:113–17.
2. Becker et al. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2000;46:459–66.
Zusammenfassung zur
Tumoroxygenierung
• Nur für Anstiege der Hb-Werte, die zu einer Verbesserung der
Tumoroxygenierung führen, ist eine günstige Auswirkung auf
die Prognose zu erwarten.
• Bei höheren Hb-Werten (Hb >14 g/dl) ist ein erheblicher Anstieg
der viskösen Resistenz innerhalb der chaotischen Mikrogefäße
zu erwarten, was zu einer Nettoreduktion der Sauerstoffzufuhr
führt (schlechte Tumoroxygenierung)
• Nur Anstiege bis zu den gegenwärtig empfohlenen Hb-Werten
führen zu Verbesserungen der Tumoroxygenierung, was die
Prognose verbessern kann.
Rekombinante Epoetine verschlechtern die
Wirksamkeit einer CT bei Krebs nicht
Ergebnisse
• In Mammakarzinom-Zelllinien
Proliferation (% der Kontrollen)
Proliferation (% der Kontrollen)
– Eine EPO-Therapie beeinträchtigte die antiproliferativen und/oder
zytotoxischen Wirkungen von Adriamycin, Taxol und Tamoxifen nicht
Keine
• Bei Mäusen
– Durch Zugabe von EPO zu Paclitaxel wurde das Therapieergebnis nicht
beeinflusst
LaMontagne et al. Mol Cancer Ther 2006;5:347–55.
Gewirtz et al. Clin Cancer Res 2006;12:2232–38.
Kenntnisse über den EPO-Rezeptor
• Offene Fragen
– Gibt es auf Tumorzellen EPO-Rezeptoren?
– Ist der EPO-Rezeptor auf Tumorzellen
funktionsfähig?
– Können ESA in vivo den EPO-Rezeptor auf
Tumorzellen stimulieren?
EPO-Rezeptoren (EPO-R) auf
menschlichen Tumoren?
• Indirekte Belege1,2
– Elimination von IHC-Färbung des Tumors bei vorheriger
Resorption von EPO-R
– In klinischen Studien lassen sich eine Verringerung des
lokoregionalen PFS oder des Gesamtüberlebens in der mit ESA
behandelten Gruppe beobachten
• Direkte Belege3
– Demonstration eines EPO-R-Effekts in Tumorzelllinien oder
Tumorproben mit polyklonalen Antiseren von Kaninchen (IHC)
– Förderung des Tumorzellwachstums und/oder Therapieresistenz
in vitro
IHC = Immunhistochemie.
1. Osterborg et al. Eur J Cancer 2007;43:510–9.
2. Lai et al. J Clin Oncol 2006;24:4675–6.
3. Sinclair et al. Cancer 2007;110:477–88.
Rekombinantes Epoetin ist nicht mit
einem Tumorwachstum assoziiert
Präklinische Studien
• Untersuchung der EPO-Rezeptor-Expression und Auswirkung
einer Therapie mit rekombinanten Epoetinen auf das
Tumorwachstum
Ergebnisse
• In Mammakarzinom-Zelllinien
– Es wurde eine EPO-Rezeptor-Expression nachgewiesen
– Es war keine spezifische Bindung von Epoetin an den Rezeptor
zu beobachten, was darauf hinweist, dass der EPO-Rezeptor
nicht funktionsfähig ist
– Eine Epoetin-Therapie führte nicht zu Tumorwachstum
• Epoetin löste keine physiologische Reaktion des Tumors
aus (Proliferation, Migration, Signaltransduktion)
LaMontagne et al. Mol Cancer Ther 2006;5:347–55.
Gewirtz et al. Clin Cancer Res 2006;12:2232–38.
Präklinische Studien zur Auswirkung
von ESA auf menschliche Tumoren
• Die Mehrzahl der in-vitro- und in-vivo-Studien zeigte eine
neutrale Auswirkung
• In einigen wenigen in-vitro- Studien zeigte sich eine gewisse
Auswirkung auf die Proliferation und/oder Apoptoseresistenz
–
–
–
–
Suprapharmakologische Konzentration von ESA
Nicht statistisch signifikant; synchronisierte Zellen
Nicht konsistent, was positive/negative Kontrollen betrifft
Keine eindeutigen Belege für intrazelluläre Signalgebung
Osterborg et al. Eur J Cancer 2007;43:510–9.
Präklinische Daten deuten nicht auf eine
Bedeutung von EPO-R für die
Tumorprogression hin
• Das EPO-R-Gen ist kein Onkogen, und eine Überexpression dieses
Gens bringt für Tumoren keinen Selektionsvorteil
• EPO-R-mRNA-Spiegel sind in Tumorzelllinien nachweisbar, im
Vergleich zu nicht tumorösen Geweben aber nicht erhöht
• Tumorzelllinien zeigen eine schwache oder nicht nachweisbare EPOBindung
• Eine Oberflächenexpression von EPO-R auf Tumoren wurde nicht
zweifelsfrei gezeigt
• In den meisten klinischen Modellen zeigen sich verbesserte
Ergebnisse (keine Tumorprogression in 23 unabhängigen Studien)
Sinclair et al. Cancer 2007;110:477–88.
Korrelation von EPO-R und EPO mit schlechtem
Ergebnis?
A
100
p = 0,003
•
Zusätzliche Analyse einer Studie mit
Bestrahlung ± EPO bei Karzinomen im
HNO-Bereich
EPO-R (unter Verwendung von C20 Antiserum) korrelierte in der EPO-Studie mit
einem schlechten Ergebnis
Rezeptoraktivität nicht untersucht, nur
Expression
– EPO-R-Expression lässt sich ohne
Signaltransduktion zeigen
– HSP70-Kontrollen wurden nicht vorgestellt (falls
durchgeführt)
•
•
‘Validierte’ eine Hypothese mit dem
gleichen Datensatz, der zu ihrer
Formulierung gebraucht wurde
Sehr große Fehlerwahrscheinlichkeit für
Beta-Fehler in der ‘EPO-R-negativen’
Gruppe
60
Placebo
40
Epoetin beta
0
20
– Seren von 154 oder 351 Originalprobanden
– 2/3 exprimierten EPO-R
•
EPO-R pos.
20
Mit Risiko
Placebo
Epoetin beta
B
52
52
28
18
40
60
80
Monate
20
7
10
3
100
p = 0 ,36
80
Wahrscheinlichkeit
für LDFS (%)
•
Wahrscheinlichkeit
für LDFS (%)
80
EPO-R neg.
60
Epoetin beta
40
20
Placebo
0
20
Mit Risiko
Placebo
Epoetin beta
40
60
80
Monate
26
24
10
11
6
6
2
2
Henke et al. J Clin Oncol 2006;24:4708–13.
Welche weiteren möglichen Erklärungen
gibt es?
Anämie
Hypoxie
Chemotherapie-Resistenz
Bestrahlungsresistenz
Selektionsdruck 
Genom-Instabilität 
Angiogenese 
Maligne Progression
Negative Auswirkungen auf das langfristige
Ergebnis
Vaupel et al. Med Oncol 2001;18:243–59.
Leerer Vektor
Leerer Vektor
Kommerzielle polyklonale Anti-EPO-RAntikörper sind nicht spezifisch und
weisen multiple Proteine nach
EPOR
EPOR
Elliott et al. Blood 2006;107:1892–5.
Hitzeschockprotein 70 (HSP70)
• Sehr gut erhaltene Familie von Chaperon-Proteinen, die in normalen
Zellen durch Stress induziert werden und wichtige Funktionen für das
Überleben der Zelle und die Apoptoseresistenz haben
• Die Expression wird bei vielen menschlichen Tumoren verstärkt
– Die Expression korreliert bei vielen Tumorarten (Bronchien,
Mamma, HNO, Prostata, Darm, Magen, Blase) mit einem kürzeren
Überleben und einer Therapieresistenz
– Die Expression wird unter hypoxischen Bedingungen verstärkt
– Eine Hinunterregulierung (z.B. Antisense) induziert den Tod von
Tumorzellen
• Homologe Sequenz mit Antigen, das zur Bildung von polyklonalen
Antikörpern C20 verwendet wird (insbesondere HSP70-2 und HSP705)
Viele der ‘EPO-R’, die mit C20 nachgewiesen werden,
könnten auch HSP70-2 oder HSP70-5 sein
Schmitt et al. J Leukoc Biol 2007; 81:15–27.
Zusammenfassung der Datenlage: ESA sind
nicht mit Tumorwachstum/Proliferation assoziiert
• Präklinische und klinische Daten sprechen nicht für die Hypothese,
eine ESA-Therapie führe zu Tumorwachstum/-proliferation
• Der Antikörper, der zum Nachweis des EPO-Rezeptors verwendet
wird, ist unspezifisch und weist auch das Hitzeschockprotein 70 nach
( HSP70-2, HSP70-5)
• In Modellen heterologer Transplantate wurde EPO-R auf der
Plasmamembran von Tumorzellen nicht funktionell exprimiert
• In keiner Studie zeigte sich, dass pharmakologisch relevante ESADosen das Tumorzellwachstum stimulieren
• ESA hatten keinen negativen Einfluss auf die Zytotoxizität einer CT
• Erythropoetin war nicht proangiogen und verstärkte die
Metastasenentstehung nicht
Laufende Studien werden Informationen zur Funktion
von EPO-R bei Tumoren liefern
Zusammenfassung: Kenntnisse über
EPO-R
Offene Fragen
• Gibt es auf Tumorzellen EPO-R?
• Rezeptoren lassen sich mit Hilfe eines unspezifischen
Antikörpers auf Tumorzellen nachweisen
– EPO-R und HSP-70 haben sehr ähnliche Strukturen
• Ist der EPO-R auf Tumorzellen funktionsfähig?
• Es gibt keine Belege dafür, dass EPO-R oder HSP-70 durch
ESA aktiviert werden
• Können ESA in vivo EPO-R auf Tumorzellen stimulieren?
• Es gibt keine Belege dafür, dass ESA innerhalb der
zugelassenen Anwendungsgebiete bei Patienten mit CT
Tumorzellen stimulieren
Kontrolle der Erythropoetin-Synthese
Normaler Sauerstoffgehalt
Erhöhung des Sauerstoffgehalts des Plasmas
Stimulus: Hypoxie
aufgrund von
verminderter
Erythrozytenzahl,
verminderter Verfügbarkeit
von Sauerstoff im Blut
oder gesteigertem
Sauerstoffbedarf
der Gewebe
Verringert den
Sauerstoffgehalt
des Plasmas
Gesteigerte
Erythropoese erhöht
die Erythrozytenzahl
Erythropoetin
stimuliert das
Knochenmark
Niere: Freisetzung
von
Erythropoetin
Veränderungen der endogenen
Plasmakonzentrationen von Erythropoetin
und Hb-Anstiege
Hämoglobin
Hb g/dl
EPO mIU/ml
Endogenes Erythropoetin
Tage
Modified from Al-Huniti et al. J Pharmacol Exp Ther 2004;310:202–8.
Liganden-induzierte Dimerisierung des EPO-R
und nachfolgende Interaktion mit und Aktivierung
von JAK2
Extrazellulär
Plasmamembran
Intrazellulär
JAK2: Januskinase 2
Damen et al. EMBO J 1995; 14:5557–68. Klingmuller et al. Cell 1995;80:729–38.
EPO-R-Aktivierung und
Signaltransduktion
Inaktiver
monomerischer
Rezeptor
Dimerischer Rezeptor
und JAK2-Aktivierung
GenBeendigung
transkription der Signalgebung
Damen et al. EMBO J 1995;14:5557–68. Klingmuller et al. Cell 1995;80:729–38
Internalisierung und Abbau des
EPO-R-Komplexes
Erythropoetin
Ubiquitin
Phosphotyrosin
Intrazelluläre
Signalgebung
Modified from Walrafen et al. Blood 2005;105:600–8.
Bindungsaffinität von Epo alfa
Epoetin alfa
Epoetin
alfa
Darbepoetin
alfa
Darbepoetin alfa
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Bindungsaffinität sinkt
IC
IC50 für
for die
EPOEPO-Rezeptor-Bindung
Receptor Binding (pM) (pM)
Die Bindungsaffinität für Epoetin alfa ist 4-mal höher als für Darbepoetin
Elliott et al. Blood. 2000;96(abstract 352).