Beitr. Path. Bd. 159, 398-4I2 (1976)

Institut fiir Medizin der Kernforschungsanlage Jiilich GmbH (Direktor: Prof. Dr. med. L. E. Feinendegen)

DNA-Umsatz im Ganzkorper tumortragender Mause

DNA Turnover in the Whole Body of Tumour Bearing Mice

P. H. KRONENBERGER, W. PORSCHEN und L. E. FEINENDEGEN

Mit 4 Abbildungen und 2 Tabellen . Eingegangen am 26. Juli 1976 . Angenommen In

revidierter Form am 25. Oktober I976

Key words: Nuklear-biologische Ganzkorpermessungen - 125Joddeoxyuri­din - DNA-Umsatz - Zellverlustrate - Sarkom-I80 tragende Mtiuse

Abstract Introduction: During the last 3 decades several authors have found in tumour-bearing

animals an increase of synthesis and content of DNA in various organs which were free from neoplastic cells (Griffin, 1957; Kelly and Jones, 1950; Morgan and Cameron, 1973; Cerecedo et aI., 1951; Lombardo et aI., 1952). 5-iodo-2'-deoxyuridine (IUdR) is a thymidine analogue and specifically incorporated into DNA. When it is labelled with 1251 or 1311 it permits to reinvestigate these findings by measuring the rate of pre­cursor incorporation into DNA and the rate of loss of labelled DNA in the living animal by means of counting the gamma emission from the incorporated iodine isotopes. In this paper, therefore, an attempt is made to analyse the DNA turnover in the whole body of living tumour-bearing mice.

Material and Methods: 5-iodo-2'-deoxyuridine (IUdR) labelled with 125iodine was used as DNA precursor. It is a thymidine analogue 5% of which is specifically incorpo­rated into the DNA of those proliferating cells which are in the phase of DNA synthesis at the moment of tracer application. Non-incorporated IUdR (about 95% of the injected amount) is rapidly degraded and excreted within 24 hours. The tracer remains bound to the cellular DNA during the life span of the labelled cells. After cell death only about 5% of IUdR from DNA breakdown is reutilized. 1251 has a half live of 60 days and therefore allows, over periods of weeks, external measurements of the DNA turn­over in the living animal without disturbing the physiological environment. The measured loss of DNA-bound 1251 reflects almost exclusively the turnover of the labelled cells.

DNA-Umsatz im Ganzkorper tumortragender M1iuse . 399

Female albino NMRI mice, 2 months old, bearing sarcoma-180 implanted into the right hind leg were intraveneously injected with 2 !-lCi 125I-UdR. At'. the time of in­jection, the tumour had reached in one group of mice an average volume of about 25 mm3 and in another group an average volume of nearly 850 mm3.

When implanted into subcutaneous tissue sarcoma-180 rarely produces metastases in parenchymal organs, never in the spleen and - within the first 30 days after implanta­tion - only in ca. 10% of the animals a small metastasis in a single lymphnode (Deodhar and Crile, 1969; Franchi et aI., 1968).

Whole body measurements were carried out immediately after tracer injection and then daily during the first week and every second or third day in the following 2 weeks in a Nal well counter with a single channel pulse height analyser. The tumour activity was also determined in vivo by a special counting device.

Results: In the normal mouse 4 to 6% of injected 125I-UdR is retained in the whole body 24 hours after tracer injection. During the following five days the 1251 activity rapidly declines to 0.8% of that of day 0 immediately after injection. Thereafter the rate of loss of activity greatly diminishes (Fig. I). The first component of the turnover curve reflects an average daily cell los'S of approximately 30% and involves about 90% of the incorporated activity. The remaining 10% are localised in the second component which distinctly begins on the 5th to 6th day and eventually leads to a rate of loss of ca. 3% per day in the 4th week.

In the whole body of mice bearing sarcoma-I80 the rate of tracer loss during the first week after tracer injection is significantly reduced by a factor of about 1.6. This is practically independent of the tumour volume. Thereafter the rate of tracer loss from the whole body in tumour bearing mice is almost identical to that of the controls (Fig. 2). 1251 that was retained in the body without contribution from the tumour activity was determined by subtraction of the tumour activity from the whole body counts. The ratio of tumour activity to whole body activity is shown in Figure 3. Figure 4 indicates that during the first 6-8 days the rate of cell loss in tumour bearing animals - after subtraction of tumour activity - is considerably lower than in controls. From about day 8 on the rate of cell loss is equal in tumour bearing and normal mice. This indicates that cell populations which are characterized by a comparatively long life span and are not adjacent to the tumour bind about 40% more 1251 in tumour bearing than in tumour-free mice.

Discussion: Autoradiographic studies by different authors demonstrate that the in­creased incorporation of DNA precursors in cells of long life span is caused by an augmented number of DNA synthetising cells (Baserga and Kisieleski, 1961; Rev-Kurvy et aI., 1973; Morgan and Cameron, 1973) and not by a rise of the rate of DNA synthesis per cell. Proliferating cells of a relative long life span are located mainly in elements belonging to the lymphoid tissue, the reticulo-endothelial system and the skin. It is the subject of a follow up study to relate the increased retention of 125IUdR in the whole body (except tumour) of tumour bearing mice to different tumour free organs.

Ein EinfluB von bosartigen Geschwiilsten auf die Proliferation normaler Zellen im tumortragenden Organismus ist in den letzten drei Jahrzehnten von mehreren Autoren angegeben worden. So zeigten Leber, Milz, Nieren und Lungen von Tumortragern eine Erhohung des Einbaus von DNA-Vor­laufern (Griffin, 1957; Kelly et al., 1950; Morgan und Cameron, 1973)

400 • P. H. Kronenberger, W. Porschen und L. E. Feinendegen

oder des DNA-Gehaltes (Cerecedo et al., 1951; Lombardo et al., 1952; Morgan und Cameron, 1973), der Anzahl der autoradiographisch bestimm­ten Zahl der DNA syn thetisierenden Zellen (Baserga und Kisieleski, 196 I ;

Morgan und Cameron, 1973; Rev-Kury et al., 1966), des Mitose-Index (Annau et al., 1951; Malmgren, 1956) und besonders bei der Milz eine Zunahme des Organgewichtes (Andreini et al., 1955; Baserga und Kisie­leski, 196 I; Morgan und Cameron, 1973; Old et al., 196 I; Rodriguez und Cerecedo, 1955). Manche dieser Untersuchungen wurden an Nagetieren mit alIogenen Tumorimplantaten angestelIt. Jedoch auch bei Tragern von spon­tanen, von syngenen und von chemisch induzierten Tumoren wurden Er­hohungen des DNA-Gehaltes, des Mitose-Index und des Volumens in den oben erwahnten Organen beobachtet (Andreini et al., 1955; Annau et al., 1951; Cerecedo et al., 195 I; Woodruff, 1962; Yeakel, 1948), Ferner eine spezifische Erhohung in der Produktion von Makrophagen in Zellkulturen des Knochenmarks (Baum und Fisher, 1972; Hibberd und Metcalf, 1971).

Zellproliferation lafh sich durch Verwendung radioaktiv markierter spezifischer DNA-Vorlaufer messen. FUr Langzeitbeobachtungen eignet sich insbesondere 5_125Jod-2'deoxyuridin (125J-UdR). Diese Verbindung ist ein Thymidin-Analog und wird als Nukleosid von der Zelle aufgenom­men und spezifisch und stabil in die DNA von solchen SaugetierzelIen eingebaut, die sich zum Zeitpunkt der Vorlaufer-Applikation in der DNA­Synthesephase befinden (Eidinoff et al., 1959; Hughes et al., 1964; Prusoff et al., 1959). Von dem beim Zelltod freiwerdenden j-UdR wird nur ca. 5% wiederverwertet (Feinendegen et al., 1973). Die Abbauprodukte wer­den innerhalb weniger Stun den ausgeschieden. Die von 125 J emittierte Gammastrahlung ermoglicht im lebenden Tier die externe Messung nicht nur des J-UdR-Einbaus, sondern auch des Umsatzes der markierten DNA im Ganzkorper ohne Storung des physiologischen Milieus. Zudem verein­facht 125J-UdR generell sowohl Probenvorbereitung wie Aktivitatszah­lung.

Die DNA-Umsatzmessungen mit 125J-UdR reflektieren nahezu aus­schlieBlich die Verlustrate der zum Zeitpunkt der Vorlaufer-Applikation DNA-synthetisierenden Zellen (Commerford, 1965; Feinendegen et al., 1966; Hofer et al., I969; Porschen und Feinendegen, 1969). 125J hat eine physikalische Halbwertszeit von 60 Tagen und ist daher gUnstig fUr solche Versuche, die sich Uber mehrere Wochen erstrecken.

In der vorliegenden Arbeit solI untersucht werden, ob in tumortragen­den Mausen sich die Inkorporationsrate von 125J-UdR in die Ganzkorper­DNA einerseits und die Umsatzrate dieser markierten DNA andererseits unterschiedlich verhalt zu den entsprechenden Wert en bei normal en Miiu­sen. Diese durch externe Messung im lebenden Organismuserhaltbaren In-

DNA-Umsatz im Ganzkarper tumortragender Mause . 401

formationen sind wichtig fur die Weiterentwicklung von nuklearmedizi­nischen Verfahren und bei tumorkranken Patienten.

Material und Methode Als Versuchstiere dienten erwachsene, 2 Monate alte, weibliche Albino-NMRI-Mause

mit einem Durchschnittsgewicht von 28 g. Sie wurden unter konstanten Lebensbedin­gungen gehalten. Zur Blockierung der Schilddruse und des anorganischen Jodpools des Karpers wurde 2 Tage vor Beginn bis zum Ende der Ganzkarpermessungen eine o,rO/oige NaJ-Lasung als Trinkwasser verabreicht.

200 000 Zellen von Sarkom-r 80 wurden in 0,15 ml Fischers Medium suspendiert und intramuskular in das rechte Hinterbein von 49 Versuchstieren implantiert 1). Sarkom-r80 ist ein solider pleomorphkerniger Experimentaltumor, der sich in den ersten 30 Tagen nach subkutaner Dberpflanzung nahezu ausschliemich durch Invasion in benachbarte Gewebe ausbreitet und zum Solitartumor entwickelt. Metastasen von Sarkom-r80 wurden nie in der Milz (Deodhar, r969), selten in parenchymatasen Organen, haufiger in Lymph­knoten beobachtet, jedoch nur gelegentlich im Fruhstadium des Tumors. Innerhalb der ersten 30 Tage nach Implantation wurden von Franchi et al. (1968) nur in etwa roo/o von Swiss-Mausen je eine kleine Lymphknoten-Metastase entdeckt. Das Durchschnitts­gewicht dieser Sekundartumoren betrug etwa 3,6°/u von dem des Primartumors. Deodhar (r97r) zeigte in histologischen Untersuchungen, daB unter 442 Swiss-Mausen nicht mehr als 4% Metastasen in regionaren Lymphknoten auftraten.

Mittels einer Schublehre wurde der Durchmesser der Tumoren 23mal wachentlich gemessen, daraus das Volumen berechnet und aus den Wachstumskurven die Verdopp­lungszeit des Tumors abgelesen. Die Tumoren erreichten maximal ein Durchschnittsvo­lumen von 4 000 bis 5 000 mm3, in EinzeWillen sogar 8 000 mm3.

Drei Gruppen von Mau£en erhielten in die Schwanzvene je eine einmalige Injektion von 2 !lCi 125J-UdR 2) in o,r ml physiologischer Kochsalzlasung. Die spezifische Akti­vitat des Vorlaufers betrug 25-33 Ci/mMol. Etwa 50/0 des J-UdR werden innerhalb etwa einer Stunde fUr die DNA-Synthese verwertet, und etwa 950/0 werden abgebaut und ausgeschieden (Hughes et aI., r964).

Die drei Versuchstiergruppen wurden wie folgt festgelegt:

1. 25 Mause, denen 4 Tage vor der 125J-UdR-Injektion Sarkom-r80 implantiert wor­den war. Zu diesem Zeitpunkt hatte der Tumor ein Volumen von 25 mm3 erreicht, war gerade palpabel und befand sich noch in der Exponentialphase des Wachstums. Die Verdopplungszeit (Td) betrug etwa ro Stunden.

2. 25 Mause, die ro Tage vor Injektion mit Sarkom-r80 transplantiert worden waren. Zum Zeitpunkt des Beginns des Experiments hatte der Tumor ein Volumen von 850 mm3 mit einer Tel von 5 Tagen und befand sich in der Bremsphase des Wachstums.

3. 30 tumorfreie Mause als Kontrolle. Urn etwaige tageszeitliche Schwankungen der Einbaurate in die DNA zu vermeiden,

wurde der Vorlaufer immer zur gleichen Zeit zwischen 9 und r r Uhr morgens injiziert.

1) Fur die Dberlassung des Tumormaterials sind wir dem Forschungslaboratorium der Fa. Chemie Griinenthal in Stolberg zu groBem Dank verpflichtet.

2) Bezogen von der Firma Amersham Buchler GmbH & Co. KG, Braunschweig.

402 . P. H. Kronenberger, W. Porschen und L. E. Feinendegen

Die Ganzkorpermessungen wurden in einem NaJ-Bohrloch-Kristall-Zahler mit Ein­kanal-1mpulshohen-Analysator ausgefiihrt. Die erste Messung erfolgte innerhalb einer Minute nach der 1njektion. Danach wurde in der erSten Woche taglich, in der zweiten Woche 2-4mal und in der dritten bis vierten Woche 1-2mal gemessen.

Die im Sarkom-180 gebundene Aktivitat wurde mit einem speziellen TumormeBplatz ebenfalls im lebenden Tier bestimmt (Porschen und Feinendegen, 1969, 1973; Pittner et a!., 1973). Die Messungen wurden an den Tagen I, 2, 3, 4, 7 und 14 nach der 1njektion von 125J-UdR vorgenommen.

Bei Mausen, die innerhalb der ersten 3 Wochen starben, und bei solchen, deren Tumor sich spontan zuriickbildete, wurde die Aktividtsmessung nicht ausgewertet, urn zu ein­heitlichen Ergebnissen zu gelangen. Samtliche Tiere wurden, soweit sie iiberlebten, meh­rere Monate beobachtet, urn mit Sicherheit spontane Riickbildungen des Tumors zu er­kennen. Alle Tiere, bei denen der Tumor sich zuriickbildete, verhielten sich 1-9 Monate nach der Primarimplantation bei einer erneuten Provokation mit Sarkom-180 immun.

Ergebnisse Wie aus Abbildung I hervorgeht, sind 24 Stunden nach intravenoser

Injektion von 125J-UdR etwa 5% der injizierten Aktivitat im Ganzkorper von Kontrolltieren eingebaut. Von Tag I bis Tag 6 nimmt die Ganzkor­peraktivitat etwa urn den Faktor 5-6 abo Danach verlangsamt sich der Aktivitatsverlust, so daB nach 3 I Tagen noch etwa 0>3% der injizierten Aktivitat im Ganzkorper zu finden ist.

Dieser Kurvenverlauf konnte bei 9 Gruppen erwachsener Mause (3 yom NMRI-, 6 yom Texas-Stamm) mit je 20 Tieren im Alter von 2 Monaten bis

(n .21.)

5 10 15 20 25 30

TAGE ACH EINMALIGER INJEKTION VON 'l\J-UdR

Abb. 1. Zwei Monate alte normale Mause. Ganzkorpermessungen nach einmaliger 1n­jektion von 125J-UdR in Ofo der injizierten Aktivitat. Fig. 1. Normal mice, 2 months old. Single pulse injection of 1251-UdR. Whole body measurements in % of the injected activity.

DNA-Umsatz im Ganzkorper tumortragender Mause . 40 3

2 Jahren konstant reproduziert werden. Dabei ergab sich bei erwachsenen Tieren kein altersbedingter Unterschied, wenn die Applikation zur gleichen Tageszeit durchgefi.ihrt wurde. Die Durchschnittswerte der Einbaurate der verschiedenen Gruppen variierten zwischen 4 und 6010, d. h. etwa um ± 20010 des Mittelwertes von 5010. Einen Monat nach Injektion betrug der Durch­schnittswert der Ganzkorperaktivitat von allen Gruppen 0,9010 der injizier­ten Dosis mit einer Standardabweichung von ± 10010. Der Quotient der Aktivitatswerte von Tag 28 zu Tag 14 betrug 0,62 bei einer Standardab­wei chung von ± I I 010.

In den Umsatzkurven der Ganzkorperaktivitat lassen sich mehrere Komponenten unterscheiden. Die erste reicht bis zum sechsten Tag und zeigt eine durchschnittliche Aktivitatsverlustrate von 300f0/Tag. Sie be­trifft ca. 90010 der Gesamtaktivitiit. Die Verlustrate der restlichen ca. 10010 der Markierung, die Yom 5. bis 6. Tag an erkennbar ist, nimmt stetig ab und erreicht allmahlich einen Wert von ca. 3 Ofo/Tag, um schlieBlich nach cler 3. Woche unter 30f0/Tag zu fallen. Die erste Komponente reflektiert die Verlustrate von Zellpopulationen relativ kurzer Lebensdauer, wahrend die danach beobachteten Verlustraten Zellen mit relativ langen Genera­tionszeiten zuzuordnen sind. Die erste Gruppe von Zellen befindet sich vorwiegend im Knochenmark und Epithel des Magen-Darm-Kanals (Fei­nendegen et al., 1966; Hughes et al., 1964), die anderen grofhenteils in

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TAGE NACH EINMAUGER I JEKTION VON 115J_UdR

Abb. 2. Zwei Monate alte tumortragende Mause. Ganzkorper-Aktivitat einschliefllich Tumor nach einmaliger Injektion von 125J-UdR. Normierung auf den MeEwert von Tag 1.

Fig. 2. Tumour bearing mice, 2 months old. Single pulse injection of 125I-UdR. Whole body activity including tumour normalized to the measurement of day 1.

40 4 . P . H. Kronenberger, W. Porschen und L. E. Feinendegen

der Haut sowie im retikulo-endothelialen und lympho-retikularen Gewebe (Hughes et al., 1964) und verstreut in den parenchymatosen Organen.

Bei 4-10 Tage alten Tumoren war am Tag I der Aktivitatseinbau im Ganzkorper (einschlieBlich Tumor) gleich oder urn den Faktor bis zu maxi­mal 1,4 erhoht; dabei wurde beobachtet, daB die Einbauerhohung regel­maBig bei Tragern kleiner Tumoren auftrat. Nach Normierung der MeB­werte auf Tag I nahm die Ganzkorperaktivitat der tumortragenden Tiere in den ersten 6-7 Tagen nach Vorlauferinjektion in geringerem MaBe ab als bei Kontrollen. In Abbildung 2 sind die entsprechenden Daten von 3 experimentellen Gruppen dargestellt; bei diesen Tieren waren die initia­len Einbauraten alle ahnlich. Am 10. Tag nach Markierung betrug die auf Tag I normierte Ganzkorperaktivitat der Tumortrager zwischen 150 und 170% derjenigen von Kontrolltieren. Danach verliefen die Aktivitatsum­satzkurven von Tumortragern und normalen Versuchstieren nahezu par­allel.

Die im Tumor gebundene Aktivitat, die mit Hilfe des dafiir konstru­ierten MeBplatzes speziell bei allen Tieren erfaBt wurde, verhielt sich wie bereits friiher beschrieben worden ist (Porschen und Feinendegen, 1969, 1973; Pittner et al., 1973). Dabei zeigten am Tag I die 10 Tage alten Tumoren ein ca. 28fach groBeres Volumen, aber nur eine I,7fach hohere Einbaurate als die 5 Tage alten Tumoren. Dies ist offensichtlich Ausdruck

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TAGE NACH DER 115J_UdR INJEKIION

Abb.3 Die gleichen Mause wie in Abbildung 2. Anteil der 125J-UdR-Aktivitat des Tumors an der Ganzkorperaktivitat (010). Fig. 3. The same mice as in Figure 2. Contribution of 125I-UdR activity to that of the whole body activity (010).

DNA-Umsatz im Ganzkorper tumortragender Miiuse . 40 5

der unterschiedlich gro~en Proliferationsaktivitat dieser Tumoren, worauf schon in den friiheren Arbeiten hingewiesen wurde.

Der Anteil der Tumoraktivitat an der Gesamtaktivitat war am I. Tag nach Vorlauferinjektion noch sehr gering und betrug ca. 5010. Er stieg dann je nach dem durchschnittlichen Tumorvolumen in beiden Gruppen mit Ausgangswerten von 25 mm3 und 850 mm3 wahrend der ersten 9 Tage auf 15 bzw. 25010 an, urn dann leicht abzusinken. Dies ist in Abbildung 3 dargestellt. Das Ergebnis resultiert aus der vor all em initial beobachteten relativ niedrigen Aktivitatsverlustrate im Tumor, wogegen in der erst en Woche nach der Vorlauferinjektion die Verlustrate im Ganzkorper ca. 300f0/Tag betrug. Danach entsprach der Aktivitatsverlust aus dem Tumor ca. 8-IIOfo/Tag, wahrend im Ganzkorper die Verlustrate allmahlich sich auf 3010 und weniger pro Tag verringerte.

Nach Subtraktion der Tumoraktivitat von der Ganzkorperaktivitat der Tumortrager ergab sich zu den verschiedenen Me~zeiten ein signifikant hoherer Wert als die Ganzkorperaktivitat von Kontrolltieren. Dies geht aus Abbildung 4 und Tabelle I hervor, in der die Signifikanzgrenzen nume­risch angegeben sind. Daraus ergibt sich, daB bei Miiusen mit Sarkom-180 die Zellverlustraten in den ersten 6 Tagen niedriger sind und dann prak­tisch gleich groB werden wie bei Normaltieren. Dabei ist die an die relativ langlebigen Zellpopulationen gebundene Aktivitiit im Ganzkorper ohne

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TAGE NACH DER INJEKTION VON 'l~J·\JdR

Abb. 4. Die gleichen Miiuse wie in den Abbildungen 2 und 3. Ganzkorperaktivitiit nach Abzug der Tumoraktivitiit, normiert auf den MeBwert von Tag 1.

Fig. 4. The same mice as in Figures 2 and 3. Whole body activity after deduction of tumour activity, normalization to day 1.

27 Beitr. Path. Bd. 159

406 . P. H. Kronenberger, W. Porschen und L. E. Feinendegen

Tabelle I. Unterschiede im Aktivitatsverlust der Ganzkorpermessungen zwischen tumor­tragenden und normalen Mausen (Student-Test) Table I. Differences in loss of activity of whole body measurements between tumour bearing and normal mice (Student test)

Initiales Tumorvolumen x = 25 mm3

Mit Tumoraktivitat

Tag 2p

6 7,10 < 0,001

9 3,20 < 0,003

14 2,40 < 0,020

21 1,54 < 0,100

Ohne Tumoraktivitat

2p

4,4 1 < 0,001

2,80 < 0,01 5

1,86 < 0,100

Initiales Tumorvolumen x = 850 mm3

Mit Tumoraktivitat Ohne Tumoraktivitat

2p 2p

6,90 < 0,001 4,17 < 0,001

2,34 < 0,02 5 1,53 < 0,100

1,12 < 0,25 0 0,99 < 0,300

0,51 < 0,600

--------

Tumor bei den Tumortragern etwa 35% hoher als bei den Kontrollen. Hierbei muB beriicksichtigt werden, daB nach etwa 2 Wochen bei normalen erwachsenen Mausen 20-25% der gemessenen Ganzkorperaktivitat in Haut und Felliokalisiert und wesentlich durch Kontamination bedingt sind. Dabei gelangt man fUr den Ganzkorper ohne Fell und Tumor zu einer geringfUgig noch groBeren Differenz von etwa 40%. Bei solchen Tumor­tragern, welche am 1. Tag nach Injektion von 125J-UdR bereits einen signifikant erhohten Einbau in den Ganzkorper zeigten, ahnelten die Akti­vidtsumsatzkurven denjenigen von Normaltieren, zeigten aber nach der I. Woche die erhohte Retention von 125 J.

Eine Reihe von Versuchen mit noch nicht ausgewachsenen, 5-6 Wo­chen alten Mausen mit 4, 5, 6, 7 und 10 Tage alten Tumor-Implantaten ergab, daB eben falls bei dies en Gruppen von Versuchstieren in den ersten 6 Tagen nach der Implantation mehr 125J als bei den Kontrollen ein­gebaut blieb, obwohl nach der ersten Woche eine starkere Aktivitatsab­nahme als bei normal en Tieren zu beobachten war. Das Korpergewicht dieser Tumortrager blieb hinter dem von gleichaltrigen Kontrolltieren zu­riick, was auch Morgan und Cameron (1973) bei 3 Wochen alten Tragern von Hepatom-Transplantaten beobachtet hatten.

Diskussion Externe Ganzkorpermessungen des Aktividtsverlaufes bei der lebenden

Maus nach einmaliger intravenoser Injektion von 125J-UdR zur Markie-

DNA-Umsatz im Ganzkorper tumortragender M:iuse . 407

rung der DNA-proliferierenden Zellen ergaben, daB initial Tiere mit 4 Tage alten Transplantanten von Sarkom-180 konstant urn 20% bis 40% mehr 125J-UdR einbauten als normale Mause und daB bei Tragern von 10 Tage alten Tumoren die Inkorporation des Vorlaufers nicht in allen Versuchsgruppen erhoht war. Jedoch war am Ende der ersten Woche nach Markierung bei Tumortragern unabhangig vom Tumorvolumen die Retention des markierten Vorlaufers im Vergleich zu Kontrolltieren signi­fikant erhoht. Nach etwa einer Woche verlief der Aktivitatsumsatz in bei­den Gruppen nahezu parallel zueinander. Nach Abzug der mit einem spe­ziellen MeBgerat im lebenden Tier bestimmten Tumoraktivitat zeigte sich, daB die Retention von 125J-UdR auch in tumorfreien Geweben des Ganz­korpers bei den Tumortragern nach den ersten 6 Tagen erhoht ist; jedoch war die Aktivitatsumsatzrate danach gleich groB wie bei den Kontroll­tieren. Diese Messungen besagen, daB bei Tumortragern in nicht tumor­nahen Zellpopulationen, die eine relativ lange Lebensdauer haben und nach dem 6. Tag nach Pulsmarkierung meBbar sind, etwa 40% mehr 125J ge­bun den ist als bei normalen Tieren. Dies bedeutet fur den Tumortrager ent­weder eine erhohte Einbaurate von 125J-UdR in diese Zellen oder eine vermehrte Zahl DNA-synthetisierender Zellen mit relativ langer Lebens­dauer.

Die erhohte Retention von 125J in nicht tumornahen Bezirken des Ganzkorpers von Tumortragern ist offensichtlich nicht durch Metastasen bedingt. Denn diese treten, wie bereits erwahnt, bei subkutaner Oberpflan­zung von Sarkom-180 in der Milz (Deodhar, 1969) nie und in anderen parenchymatosen Organen nur selten auf (Franchi, 1968). In regionalen und entfernt liegenden Lymphdrusen wurden sie zwar bei Swiss-Mausen mit Sarkom-180 entdeckt, sie entwickelten sich jedoch innerhalb der ersten 30 Tage nach Implantation nur in 10% der Tiere, und zwar in je einem Lymphknoten. Das durchschnittliche Gewicht dieser Metastasen betrug et­wa 3,5% von dem des Primartumors (Franchi, 1968). In den hier beschrie­benen Versuchen an NMRI-Mausen wurden Metastasen in mesenterialen, zervikalen und axillaren Lymphdrusen gelegentlich in einem sehr spaten Tumorstadium gefunden, dagegen nie in den ersten 3-4 Wochen nach Tumorimplantation, d. h. nie in dem Zeitraum, in dem die Aktivitatsmes­sungen stattfanden.

Eine Steigerung der Einbaueffizienz des Vorlaufers in langlebige nor­male Zellen des Tumortragers konnte, wie oben erwahnt, sowohl auf eine Erhohung der Zahl proliferierender Zellen als auch auf eine gesteigerte DNA-Einbaurate pro Zelle zuruckzufuhren sein. Fur die erste Alternative spricht das Ergebnis der eingangs erwahnten autoradiographischen und hi­stologischen Untersuchungen (Ann au et al., 1951; Baserga und Kisieleski,

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DNA-Umsatz im Ganzkorper tumortragender Miiuse . 40 9

I96I; Malmgren, I956; Morgan und Cameron, I973, Rev-Kury, I966), aus denen eine betrachtliche Vermehrung markierter Zellen in Leber, Milz und Nieren sowie eine Erhohung des Mitose-Index in der Leber von Tumor­tragern hervorgeht.

Wie Tabelle 2 anzeigt, ist die von mehreren Autoren festgestellte Er­hohung im Einbau von DNA-Vorlaufern in Leber, Milz, Lunge und Nieren von tumortragenden Mausen verbunden mit einer Zunahme des DNA-Ge­haltes, des Mitose-Index und der Anzahl der im Autoradiogramm markier­ten Zellen und - zumindest bei den drei erstgenannten Organen - des Gewichts. Die Veroffentlichungen iiber Zunahme von Makrophagen-Vor­laufer in Zellkulturen aus Milz und Knochenmark tumortragender N age­tiere sind in der Tabelle nicht eingeschlossen und werden in einer spateren Arbeit besprochen; Ferner sind nicht enthalten Untersuchungen an partiell hepatektomierten Tumortragern.

Relativ langlebige proliferierende Zellpopulationen, deren Zellverlust­rate mit ungefahr 30f0/Tag etwa ein Zehntel so hoch ist wie die von Kno­chenmark und Darmepithel - die aber nach der Klassifikation von Came­ron (1971) immerhin noch den "rapidly renewing cells" zugeordnet wer­den -, finden sich im Saugetierorganismus vor allem in der Haut, in Ele­menten des lymphoretikulo-endothelialen Systems und in parenchymatosen Organen.

Dabei bleibt die Frage offen, ob die oben erwahnte Erhohung der Pro­liferationsrate in verschiedenen normalen Organen tumortragender Mause die vermehrte Retention von 125 J im Ganzkorper nach Abzug der Tumor­aktivitat in ausreichendem MaBe erklart. Ein positives Ergebnis in dieser Hinsicht konnte zugleich bestatigen, daB die erhohte DNA-Synthese von tumorfernen Zellpopulationen des Ganzkorpers nicht durch etwaige kleine, nicht als Tumor erkennbare Metastasen bedingt ist.

Zur Klarung dieser Fragen wurden spezielle Untersuchungen isolierter Organe parallel zu denen des Ganzkorpers nach Injektion von 125J-UdR angestellt, iiber deren Resultat in einer spateren Arbeit berichtet wird. Der Vorteil dieser Untersuchungen liegt in dem Verfahren, die Ergebnisse an le­benden Tieren wahrend der Tumorentwicklung beobachten zu konnen, oh­ne das Tumor-Wirtverhaltnis durch invasive Manipulation zu storen.

Zusammenfassung I. Zwei Gruppen von erwachsenen weiblichen NMRI-Albino-Miiusen - die eine mit

4, die andere mit ro Tage alten Implantaten von Sarkom-r80 - wurde 125Jod-deoxy­uridin (J-UdR) intravenos zur Markierung der DNA proliferierenden Zellen injiziert. Die in die DNA eingebaute Aktivitiit wurde mittels externer Ganzkorpermessungen 3

4 I 0 • P. H. Kronenberger, W. Porschen und L. E. Feinendegen

Wochen lang nach der Injektion im lebenden Tier bestimmt und mit der von normalen Mausen verglichen. Bei der ersten Gruppe bet rug das durchschnittliche Tumorvolumen zu Beginn der Versuche 30 mm3, bei der zweiten 850 mm3.

2. Bei den Tumortdigern zeigte sich gegeniiber Kontrollen - unabhangig von Volu­men und Alter der Tumorimplantate - in der 2. und 3. Woche nach Applikation von 125J-UdR ein etwa urn den Faktor 1,6 signifikant erhohter Einbau in die DNA des

Ganzkorpers einschlielHich Tumors. 3. Der Anteil der Tumoraktivitat an der Gesamtaktivitat wurde ebenfalls am leben­

den Tier mit Hilfe eines speziellen Megplatzes untersucht. Der Anteil der Tumoraktivitat an der Gesamtaktivitat stieg in der ersten Woche zwischen 15 und 25% (je nach Tumor­volumen), urn dann wieder leicht abzusinken.

4. Nach Abzug der Tumoraktivitat von der Ganzkorperaktivitat ergab sich, dag bei den Tumortragern der Einbau des VorIaufers in die DNA der Zellpopulationen mit relativ langer Lebensdauer signifikant urn den Faktor ctwa 1,4 gegeniiber Kontrollen erhoht war.

5. Die tagliche Zellverlustrate dieser relativ langlebigen Populationen war nach der ersten Woche bei den Tumortragern gleich hoch wie bei den Kontrollen.

6. Diese Beobachtungen weisen auf eine erhohte Proliferationsrate von relativ lang­lebigen Zellen in normalen Populationen des Tumortragers hin. Die Umsatzrate dieser Zellen zeigte sich unverandert im Vergleich zum Normaltier.

Danksagung. Herrn Dr. G. Tisljar-Lentulis danken wir fUr zahlreiche, aufschlug­reiche Diskussionen, Herrn Dipl.-Phys. K. Kasperek fiir die statistische Analyse der Er­gebnisse. Herr H. Miihlensiepen unterstiitzte uns dankenswerterweise in technischen Fra­gen, Frau B. Miihlensiepen und Frau M. Ockenfels bei der Durchfiihrung der Experi­mente.

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Dr. Dr. P. H. Kronenberger, Institut fiir Medizin der Kernforschungsanlage Jiilich GmbH, Postfach 1913, D-5 170 Jiilich, BRD.