Gemcitabinbehandlung führt zu morphologischen Veränderungen, gesteigerter Migration und zur Selektion von Zellpopulationen mit Stammzelleigenschaften in Panc-1 Zellkulturen

Hintergrund: Das Stammzellmodell von Tumoren hat in den letzten Jahren immer mehr an Bedeutung gewonnen und wird auch als Erklärungsmodell für die Chemotherapieresistenz bei verschiedenen Tumorentitäten postuliert. In anderen soliden Tumoren des GI Traktes konnte nachgewiesen werden, dass die medikamentöse Tumorbehandlung zur Selektion von chemotherapieresistenten Subpopulationen mit stammzelltypischen Eigenschaften führt.

Methoden: Panc-1 Zellen wurden in vitro mit 10µM Gemcitabin behandelt und die Expression der für die frühe Pankreasentwicklung relevanten Gene Sonic hedgehog (SHH), PDX-1, GLI, Patched (PTC), Smoothened (SMO) und Notch mittels quantitativer PCR nach 1, 3 und 6 Tagen Behandlung, untersucht. Zellmigration sowie morphologische Veränderungen wurden mittels Zeitrafferaufnahmen in der Videomikroskopie sowie im Scratch Assay untersucht. Zusätzlich wurden elektronenmikroskopische Aufnahmen angefertigt.

Ergebnisse: Gemcitabin induzierte schon nach 1–3 Tagen und am deutlichsten nach 6 Tagen Behandlung eindrucksvolle morphologische Veränderungen in den Panc-1 Zellen, mit starker Vergrößerung des Zellvolumens, Abflachung der Zellen und Ausbildung von Filopodien bei starker Reduktion der Gesamtzellzahl. Nach 6 Tagen Behandlung waren alle verbliebenen Zellen morphologisch verändert. Die Zellmigration war stark erhöhnt gegenüber den unbehandelten Kontrollzellen. Auf mRNA Ebene zeigte sich eine Erhöhung der Genexpression für PDX-1 (Tag 1: 2,54-fach, Tag 3: 3,01-fach, Tag 3: 12,22-fach) und SHH (Tag 1: 1,06-fach, Tag 2: 3,25-fach, Tag 3: 18,77-fach) gegenüber den unbehandelten Kontrollen. PTC und GLI wurden transient supprimiert (Tag 3: 0,21 bzw. 0,26), erreichten nach 6 Tagen jedoch wieder das Ausgangsniveau. SMO zeigte eine kurzfristig erhöhte Expression, mit anschließender Suppression (Tag 1: 2,1-fach, Tag 3: 0,6-fach, Tag 6: 1,3-fach), während Notch an Tag 1 und 3 unverändert blieb und am Tag 6 eine 3,3-fach erhöhte Expression zeigte.

Schlussfolgerung: Die Behandlung von Panc-1 Zellen mit Gemcitabin führt zu EMT-ähnlichen morphologischen Veränderungen bei gleichzeitiger starker Erhöhung der stammzellassoziierten Marker PDX-1, SHH und Notch. Diese Ergebnisse belegen die Selektion stammzellassoziierter Phänotypen durch Gemcitabin-Behandlung in vitro.