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23. Wissenschaftliche Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Phoniatrie und Pädaudiologie e. V.

Deutsche Gesellschaft für Phoniatrie und Pädaudiologie e. V.

15. - 17.09.2006, Heidelberg

Expression und Verteilungsmuster von Cytokeratinen + Vimentin in bestrahlten Laryngo-Trachealgeweben

Expression and distribution of cytokeratins and vimentin in rat larynx and trachea following irradia

Poster

  • corresponding author presenting/speaker Sylva Bartel–Friedrich - HNO-Klinik, Abt. Phoniatrie & Pädaudiologie, Univ.-Klinikum, Halle/Saale, Deutschland
  • Reinhard E. Friedrich - MKG-Chirurgie, Univ.-Klinikum, Hamburg, Deutschland
  • Christine Rasinski - HNO-Klinik, Abt. Phoniatrie & Pädaudiologie, Univ.-Klinikum, Halle/Saale, Deutschland
  • Cornelia Wulke - HNO-Klinik, Abt. Phoniatrie & Pädaudiologie, Univ.-Klinikum, Halle/Saale, Deutschland

Deutsche Gesellschaft für Phoniatrie und Pädaudiologie. 23. Wissenschaftliche Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Phoniatrie und Pädaudiologie. Heidelberg, 15.-17.09.2006. Düsseldorf, Köln: German Medical Science; 2006. Doc06dgppP19

Die elektronische Version dieses Artikels ist vollständig und ist verfügbar unter: http://www.egms.de/de/meetings/dgpp2006/06dgpp69.shtml

Veröffentlicht: 5. September 2006

© 2006 Bartel–Friedrich et al.
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Zusammenfassung

Hintergrund/Methoden: Zur Frage der Mitbeteiligung der integritätsgewährleistenden Cytokeratine (CK) bzw. Vimentin [intrazelluläre Stützgerüstproteine (IF-Proteine) zur Stabilisierung der Einzelzelle und des Gewebeverbandes bei Epithel- bzw. Mesenchymzellen] bei radiogenen Normalgewebsreaktionen untersuchten wir bei Laryngo-Trachealgeweben von 61 Wistar-Ratten das IF-Protein-Expressionsprofil und Verteilungsmuster (CK 13, CK 17/19, CK 18, Vimentin) immunhistochemisch in Abhängigkeit von der Strahlendosis (fraktionierte Radiatio, 2 Gy/Tag bis zu einer Gesamtdosis von 20, 40 oder 60 Gy), der Latenzperiode nach abgeschlossener Radiatio (6 Monate vs. 12 Monate) und vom Alter der Tiere (1 Jahr vs. 1½ Jahre).

Ergebnisse: Bei bestrahlten Geweben zeigten sich leichte bis moderate, dosisabhängige Alterationen der IF-Proteinexpression. Diese Alterationen differierten bzgl. der Häufigkeit und Ausprägung je nach Zelltyp und Zelllokalisation. Bemerkenswert war eine dosisabhängige Heterogenität mit Expressionsverstärkungen (z. B. CK 18 bei subglottischen Drüsen), -abnahmen (z. B. CK 13 im Glottisepithel) und -fluktuationen (z. B. CK 17/19 in respiratorischen Epithelien). Alter und Latenzperiode waren unerheblich.

Zusammenfassung: Die IF-Proteinexpression zeigte überwiegend eine bemerkenswerte, dosisabhängige Heterogenität. Die veränderte Expression kann wenigstens teilweise zur Erklärung morphologischer (z. B. den häufigen Ödemen) und funktioneller (z. B. Stimmstörungen) Befunde beitragen.


Text

Hintergrund/Zielsetzung

Das Ausmaß der Strahlenschädigung in Laryngo-Trachealgeweben hängt ab von der Strahlendosis, der Fraktionierung und Volumeneffekten verschiedener Strahlentherapietechniken [3]. Die zum Cytoskelett gehörenden Cytokeratine (CK), die Proteinbestandteile der Intermediärfilamentproteine (IF-Proteine) der Epithelzellen darstellen und Vimentin, ein Marker mesenchymaler Zellen, bilden das intrazelluläre Stützgerüst aus und spielen eine wichtige Rolle für die mechanische Stabilität nicht nur der Einzelzelle, sondern auch des epithelialen Gewebeverbandes [5]. Während CK-Alterationen in der Lunge bei morphologischen Veränderungen in pulmonal-alveolären Umstrukturierungsprozessen, während der Lungenentwicklung und bei kultivierten Typ II-Pneumozyten sowie selten beim strahleninduzierten Lungenschaden (alveoläres und bronchiales Epithel) berichtet wurden [2], [4], [6], sind Berichte über radiogene CK-Alterationen in Laryngo-Trachealgeweben selten. Im Rahmen einer externen Bestrahlung (IRR) fortgeschrittener Kopf-Hals-Tumoren kommt es zur Mitbelastung von nicht tumorbefallenen Normalgeweben im Laryngo-Trachealbereich. In diesen Normalgeweben sind sowohl Einzelzellschäden (Nekrose, Apoptose, funktionaler Zelltod) als auch interstitielle Schäden (Ödeme, Fibrose, Gefäßalterationen, zelluläre Infiltrationen), die zu einem Gewebeumbau führen, zu beobachten [1]. Das Ausmaß hängt ab von verschiedenen Bestrahlungsparametern. Es war das Ziel dieser Studie, zu phänotypischen Expressionsmustern der normalerweise integritätsgewährleistenden CK/IF-Proteine im Laryngo-Trachealgewebe nach einem humantherapeutisch relevanten Strahlentherapieprotokoll beizutragen.

Methoden

Wir untersuchten bei Laryngo-Trachealgeweben von 61 Wistar-Ratten das CK/IF-Protein-Expressionsprofil und das Verteilungsmuster (CK 13, CK 17/19, CK 18, Vimentin) in Abhängigkeit von der Strahlendosis (fraktionierte IRR, 2 Gy/Tag bis zu einer Gesamtdosis von 20, 40 oder 60 Gy), der Latenzperiode nach abgeschlossener IRR (6 Monate vs. 12 Monate) und vom Alter der Tiere (1 Jahr vs. 1½ Jahre) mittels immunhistochemischer Methoden. Die Befunde wurden semiquantitativ ausgewertet und einer multivariaten Analyse unterzogen.

Ergebnisse

Die Ergebnisse fasst Tabelle 1 [Tab. 1] zusammen. Bei bestrahlten Geweben zeigten sich leichte bis moderate, dosisabhängige Alterationen der CK- und Vimentin-Expression. Die Expression war jedoch je nach Befund und Lokalisation unterschiedlich häufig und unterschiedlich deutlich ausgeprägt. Bemerkenswert war vor allem eine deutliche, dosisabhängige Heterogenität mit Färbereaktionsverstärkungen, -abnahmen und -fluktuationen. Es zeigte sich eine CK 13-Expressionsabnahme bei zunehmender Strahlendosis im Bereich der Glottisschleimhaut. CK 17/19 wurde in supra- und subglottischen respiratorischen Epithelien, besonders nach 20 Gy- und 60 Gy-Exposition vermindert exprimiert. Respiratorische und z. T. kuboidale Indifferenz-Epithelien an der Innenseite der aryepiglottischen Falte zeigten nach initialer Zunahme bis 40 Gy Exposition eine CK 17/19-Reaktivitätsabnahme nach 60 Gy Strahlendosis. Im Bereich subglottischer Drüsenstrukturen zeigte sich eine zunehmende CK 18-Expression. Tendenzielle zunehmende CK 18-Expressionen betrafen die supra- und subglottische respiratorische Schleimhaut, supraglottische Drüsenstrukturen und Thyreozyten. Tendenziell abnehmende Reaktionen betrafen die Trachealschleimhaut, die trachealen submukösen Drüsen und z. T. das respiratorische Epithel an der Innenseite der aryepiglottischen Falte. Zusätzlich waren auch hier dosisabhängige Fluktuationen der Färbereaktionen auffällig. Auch Vimentin-Immunreaktionen zeigten dosisabhängige, heterogene Expressionsmuster mit zu- und abnehmender Färbeintensität sowie Fluktuationen. Auch hier war zu bemerken, dass die Expression hinsichtlich der Häufigkeit und der Ausprägung je nach Zelltyp und Lokalisation variierte. Das Alter der Tiere und die Latenzperiode nach abgeschlossener Radiatio waren unerheblich bei der Färbereaktionsbeurteilung.

Fazit

Die Expression von CK und Vimentin zeigte überwiegend eine bemerkenswerte, dosisabhängige Heterogenität mit zunehmender und abnehmender sowie fluktuierender Immunreaktion. Das Expressionsmuster persistierte bis zu 1 Jahr nach Abschluss der Bestrahlung. Diese Befunde sind daher radiogenen Spätreaktionen zuzuordnen. Die Veränderungen der CK- und Vimentin-Expressionsmuster können wenigstens teilweise zur Erklärung morphologischer (z. B. den häufigen Ödemen) und funktioneller (z. B. Stimmstörungen) Befunde beitragen.


Literatur

1.
Bartel-Friedrich S, Friedrich RE, Holzhausen HJ, Lautenschläger C. Zur Pathohistologie des Larynx und der Trachea nach fraktionierter, externer Bestrahlung. Eine tierexperimentelle Studie. In: Gross M, Kruse E, eds. Aktuelle Phoniatrisch-Pädaudiologische Aspekte 2001/2002. Band 9. Heidelberg: Median-Verlag; 2002. p. 46-50.
2.
Fujita J, Bandoh S, Ohtsuki Y, Dobashi N, Hiroi M, Takeuchi T, Fukunaga Y, Miyaue H, Onischi S, Ispida T, Takahara J. The role of anti-epithelial cell antibodies in the pathogenesis of bilateral radiation pneumonitis caused by unilateral thoracic irradiation. Respir Med. 2000;94(9):875-80.
3.
Herrmann T, Baumann M. Strahlenwirkung auf Normalgewebe. In: Hermann T, Baumann M, eds. Klinische Strahlenbiologie. Jena: Gustav Fischer Verlag; 1997. p. 80-109.
4.
Kasper M, Rudolf T, Haase M, Schuh D, Müller M. Changes in cytokeratin, vimentin and desmoplakin distribution during the repair of irradiation-induced lung injury in adult rats. Virchows Arch B Cell Pathol. 1993;64:271-9.
5.
Moll R. Cytokeratine als Differenzierungsmarker: Expressionsprofile von Epithelien und epithelialen Tumoren. Veröffentlichungen aus der Pathologie. Bd. 142. Stuttgart: Fischer Verlag; 1993.
6.
Österreicher J, Mokry J, Navratil L, Knizek J, Vavrova J, Skopek J, Macela A. The alveolar septal thickness and type II pneumocytes number in irradiated lungs, time expression and the effect of pentoxifylline. Acta Medica (Hradec Kralove). 2001;44 (1):15-9.