Gen- und Proteinexpression von Cyclin D1 und VEGF in Meningeomen – Korrelation mit der Histopathologie

Abstract

Meningeome gehören zu den häufigsten intrakraniellen Tumoren des Menschen. In der Mehrheit der Fälle sind sie benigne und können durch vollständige chirurgische Resektion geheilt werden. Ein kleiner Anteil jedoch zeigt einen malignen Phänotyp, eine hohe Rezidivwahrscheinlichkeit und schlechtere Prognose. (FATHI, ROELCKE, 2013; WIEMELS et al., 2010) Die Graduierung der Meningeome erfolgt anhand der dreistufigen Klassifikation der Weltgesundheitsorganisation (World Health Organization, WHO). Gemeinsam mit der Vollständigkeit der chirurgischen Resektion bildet der WHO-Grad den wichtigsten Prognosefaktor für den Krankheitsverlauf. (MAWRIN et al., 2015; ROCKHILL et al., 2007) Die Überexpression von Cyclin D1 spielt eine entscheidende Rolle bei der Krebsentstehung und wurde in einer Reihe von Neoplasien beschrieben. (DONNELLAN, CHETTY, 1998) VEGF (Vascular Endothelial Growth Factor) erfüllt eine Schlüsselfunktion in der Tumorangiogenese und damit in der Progression maligner Tumore. Gleichzeitig stellen Cyclin D1- und VEGF-Expression potenzielle Ansatzpunkte für Therapien dar. (HARRIS, 1997; LOCOPO et al., 1998) Beide werden allgemein mit höherem Tumorgrad und schlechter Prognose in Verbindung gebracht. Obgleich ihrer wichtigen Rolle als Stellgrößen in Zellzyklus und Angiogenese ist über ihre nähere Bedeutung in Meningeomen wenig bekannt. Ziel dieser Arbeit war deshalb, anhand der systematischen Evaluation der Expression von Cyclin D1 und VEGF in 112 Meningeomen sowohl auf mRNA- als auch Proteinebene, Einblick in die Wirkung beider Faktoren auf die Zellzyklusderegulation und Tumorangiogenese bei Meningeomen zu erlangen. Es erfolgte die Erfassung etwaiger Unterschiede zwischen den verschiedenen WHO-Graden und histologischen Subtypen. Besonderes Augenmerk galt dabei den Zusammenhängen von Gen- und Proteinexpression und histologischem Erscheinungsbild. Die Quantifizierung erfolgte mithilfe der qRT-PCR sowie Immunhistochemie und semiquantitativer Auswertung anhand des Immunreaktiven Scores (IRS). (REMMELE, STEGNER, 1987) atypischen war. Auch in Bezug auf die MVD war ein solcher Unterschied zu beobachten (p=0.010). Zusammenfassend tragen die Resultate der vorliegenden Arbeit zu einem besseren Verständnis der Deregulation des Zellzyklus und Tumorangiogenese anhand der Cylin D1- und VEGF-Expression in Meningeomen sowie der Charakterisierung derselben zwischen den verschiedenen Tumorgraden bei. Sie erlaubt Einblicke in die Zusammenhänge zwischen Malignitätsgrad und Cyclin D1-Expression, welche sich in statistischer Signifikanz auf mRNA- und Proteinebene widerspiegeln. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass der IRS sich als Werkzeug zur standardisierten Erhebung der Cyclin D1-Expression in Meningeomen eignet. In Hinblick auf die VEGF-Expression und die WHO-Grade konnte kein statistisch signifikantes Ergebnis beobachtet werden. Die vorliegende Arbeit zeigt außerdem, dass sich Unterschiede in der Expression von Cyclin D1 und VEGF in den verschiedenen Phänotypen der Meningeome widerspiegeln. Insbesondere fibröse Meningeome scheinen dabei anderen molekularen Grundlagen zu unterliegen als etwa meningotheliale. Ferner zeigte sich, dass Cyclin D1 anhand des IRS Potential besitzt, um in Grenzfällen die nicht immer einfache Diagnosefindung zwischen transitionalen bzw. fibrösen und atypischen Meningeomen, und damit WHO-Grad I und II, zu erleichtern. Die zudem auf mRNA-Ebene beobachtete Assoziation von Cyclin D1- und VEGF-Expression kann von besonderem Interesse im Hinblick auf targeted therapies sein.

Meningiomas are among the most common primary intracranial neoplasms in humans. In the majority of cases they are benign and can be cured by surgical resection. However, a small proportion of cases show a malignant phenotype and are linked to high recurrence rates and poorer prognosis. (FATHI, ROELCKE, 2013; WIEMELS et al., 2010) The grading of meningiomas follows the three-grade World Health Organization (WHO) classification. Together with the extent of surgical resection, the WHO grade is the most essential prognostic factor for patient outcome. (MAWRIN et al., 2015; ROCKHILL et al., 2007) Overexpression of Cyclin D1 plays an important role in cancer development and has been reported in a variety of neoplasms. (DONNELLAN, CHETTY, 1998) VEGF (Vascular Endothelial Growth Factor) has a key function in tumorangiogenesis and thereby in the progression of malignant tumors. At the same time expression of Cyclin D1 and VEGF represents a potential therapeutic target. (HARRIS, 1997; LOCOPO et al., 1998) Furthermore, as important variables in cell cycle and angiogenesis, they are both associated with higher tumor grade and poorer prognosis, however, little is known about their significance in meningioma. The purpose of this study was therefore to gain insight in the nature of cell cycle deregulation and tumor angiogenesis in meningioma by evaluating the expression of Cyclin D1 and VEGF in 112 meningiomas on mRNA as well as on protein level. Possible differences between the WHO grades and histological subtypes were aimed to be revealed. Special emphasis was directed towards the relationship of gene and protein expression and morphologic appearance. Quantification was performed by qRT-PCR and immunohistochemistry with semiquantitative evaluation by an immunoreactive score (IRS). (REMMELE, STEGNER, 1987) In addition it was investigated whether there is a correlation between VEGF expression and microvascularisation of meningiomas. For this purpose, microvessel density (MVD) was measured by light microscopy in a single neovascular hotspot after the endothelial cells of microvessels were immunostained for CD31. (WEIDNER, 2008) SUMMARY 13 In the present study, expression of Cyclin D1 is shown to differ among the WHO grades in meningioma and to correlate with malignancy grade. High grade meningiomas show a higher Cyclin D1 expression (p=0.001). The results on mRNA and protein level were consistent (p=0.0001) and IRS proved to be an effective tool for the immunohistochemical evaluation of Cyclin D1 expression. Expression of VEGF showed no statistical significant variation among the WHO grades (p=0.304). There was rather a slight tendency towards lower expression in meningiomas of WHO grade III. In transitional meningioma expression of Cyclin D1 was lower than in atypical meningioma, both on gene (p=0.025) and protein level (p=0.0001). On protein level Cyclin D1 expression was shown to be lower in transitional meningioma compared to fibrous (p=0.0004) and meningothelial meningioma (p=0.009). On mRNA level a relationship of Cyclin D1 and VEGF expression was observed (p=0.000004). There was no correlation of VEGF expression and MVD. Furthermore, MVD showed no statistical significant differences among WHO grades (p=0.99). On mRNA level fibrous meningiomas showed lower VEGF expression than meningothelial meningiomas (p=0.011). Microvessel density was lower in fibrous meningioma compared to meningothelial (p=0.027). On protein level the VEGF expression was shown to be statistically significant higher in atypical meningioma compared to fibrous meningioma (p=0.025). This difference was also reproduced for microvessel density in atypical compared to fibrous meningiomas (p=0.010). In summary, the results of the present thesis contribute to a better understanding of cell cycle deregulation and tumor angiogenesis by means of Cyclin D1 and VEGF expression in meningiomas and their characterization with regard to tumor grades. It sheds light on the correlations between tumor grade and expression of Cyclin D1, which were statistically significant both on mRNA and protein level. Furthermore, the IRS used for the immunohistochemical evaluation of the probes proved to be a reliable tool. No statistical significance could be observed in terms of expression of VEGF. SUMMARY 14 The present study elucidates how the differences in Cyclin D1 and VEGF expression resonate in the different phenotypes of meningiomas. Fibrous meningiomas particularly seem to be differently triggered on a molecular level compared to meningothelial meningiomas. Furthermore, it was shown that immunohistochemistry for Cyclin D1 could potentially help distinguish between transitional or fibrous and atypical meningiomas in borderline cases. Nonetheless, there was evidence for an association of expression of Cyclin D1 and VEGF on mRNA level, which could prove to be of specific interest for the development of targeted therapies.