Ionizing Radiation Modulates Cell Surface Integrin Expression and Adhesion of COLO-320 Cells to Collagen and Fibronectin in Vitro

Purpose:

Adhesion of tumor cells to endothelial cells and to the extracellular matrix is a key step in the initial phase of metastasis. Since radiotherapy of tumors can induce alterations of the cell surface, we investigated the effect of ionizing radiation on the expression of integrins in the colorectal tumor cell line COLO-320 and the modulation of adhesion capacity of irradiated cells to collagen and fibronectin.

Material and Methods: The cell surface expression of a broad range of integrins on COLO-320 cells was determined by flow cytometry during 144 hours after X-irradiation. The functional significance of increased adhesion molecule expression was assessed by cell-matrix adhesion and receptor blocking experiments.

Results: Cell surface expression of the following integrin α and β subunits was quantified: β1 (CD29), α2 (CD49b), α5 (CD49e) and α6 (CD49f). The expression of α1, α2, α5, and α6 changes as a function of time after irradiation (5 Gy). For β1 even a function of dose (1–5 Gy) could be shown. Adhesion experiments confirmed a time dependent increase in adhesion to both collagen and fibronectin. Radiation-induced increase in adhesion was inhibited significantly by using a CD29 antibody.

Conclusions: Ionizing radiation modulates cell surface expression of integrins and cell-matrix interactions. The β1-integrin subunit plays an important role in radiation-induced adhesion to both collagen and fibronectin. Possible consequences of these in-vitro results for radiotherapy of colorectal tumors in vivo are discussed.

Hintergrund:

Die Adhäsion zwischen Tumorzellen und Endothelzellen sowie der extrazellulären Matrix ist ein entscheidender Schritt in der Initialphase einer Metastasierung. Da eine Bestrahlung von Tumoren mittels Radiotherapie Änderungen der Zelloberfläche bewirken kann, wurde der Effekt von ionisierender Strahlung auf die Expression von Integrinen in der kolorektalen Tumorzelllinie COLO-320 sowie die Modulationder Adhäsionsfähigkeit der bestrahlten Zellen an Kollagen und Fibronektin untersucht.

Material und Methode: Die Zelloberflächenexpression einer Reihe von Integrinen wurde durchflusszytometrisch an COLO-320-Zellen bis zu 144 Stunden nach Bestrahlung bestimmt. Die funktionelle Bedeutung einer gesteigerten Adhäsionsmolekülexpression wurde mittels Zell-Matrix-Adhäsionsversuchen und Rezeptorblockaden untersucht.

Ergebnisse: Die Zelloberflächenexpression der folgenden α- und β-Integrinuntereinheiten wurde quantifiziert: β1 (CD29), α2 (CD49b), α5 (CD49e) und α6 (CD49f). Die Expression von α1, α2, α5 und α6 änderte sich zeitabhängig nach Bestrahlung (5 Gy). Für β1 konnte auch eine Dosisunabhängigkeit zwischen 1 und 5 Gy gezeigt werden. Adhäsionsversuche bestätigten einen zeitabhängigen Anstieg sowohl der Adhäsion zu Kollagen als auch zu Fibronektin. Der strahleninduzierte Anstieg der Adhäsion wurde signifiaktn durch einen CD29-Antikörper inhibiert.

Schlussfolgerungen: Ionisierende Strahlung moduliert die Zelloberflächenexpression von Integrinen und Zell-Matrix-Interaktionen. Die β1-Integrinuntereinheit spielt eine wichtige Rolle bei der strahleninduzierten Adhäsion sowohl an Kollagen als auch an Fibronektin. Mögliche Konsequenzen dieser In-vitro-Ergebnisse für eine Radiotherapie kolorektaler Tumoren in vivo werden diskutiert.