Synergien von Selen und Sulforaphan in der Prävention der Kolonkanzerogenese durch Induktion der gastrointestinalen Glutathionperoxidase
Zusammenfassung der Projektergebnisse
GPx2 bremst eine AOM/DSS-vermittelte Entzündung. Dies könnte in der Aufrechterhaltung der Barrierefunktion der Mucosa von Bedeutung sein, wozu auch ihre Apoptose-hemmende Wirkung eine Rolle spielen dürfte. Die Hemmung der Entzündung geht einher mit der Verminderung der Anzahl von Tumoren. All diese Beobachtungen sprechen für die Fähigkeit der GPx2 eine Initiation der Tumorbildung zu verhindern. Aus den in vitro Experimenten geht hervor, dass GPx2 in der Lage ist, die Migration und Invasivität von Tumorzellen zu verhindern, was einer Hemmung von Metastasenbildung gleich kommt. Andererseits verhindert GPx2 aber nicht das Wachstum von Tumoren, eher wird das Gegenteil beobachtet. In vitro war die Tumorbildung aus GPx2 exprimierenden Krebszellen in Nacktmäusen größer als in Zellen in denen die GPx2 durch siRNA vermindert war. Auch in vivo waren die Tumore in GPx2 KO Tieren erheblich kleiner als in wildtyp Tieren. Dies spricht dafür, dass eine Hochregulation der GPx2 in bereits etablierten Krebszellen kontraproduktiv ist. Der Nutzen einer Induktion der GPx2 hängt somit vom Tumorstadium ab. Generell waren Entzündung und Tumorbildung in selensupplementierten Tieren weniger ausgeprägt. Letzteres war nur in GPx2 KO Tieren signifikant und findet seine Erklärung in der gesteigerten Expression von GPx1 beim Fehlen von GPx2. Die Gesamt GPx-Aktivität, die im Wesentlichen von GPx1 gestellt wird, war in den GPx2 KO Tieren durch Selensupplementation im Vergleich zur selenadäquaten Versorgung nochmals deutlich gesteigert, was in Wt Tieren nicht der Fall war. Allerdings war die Gesamtzahl der Tumore in KO Tieren immer noch höher als im Wt, was zeigt dass die GPx1 auch hier, wie schon bei der Verhinderung der Apoptosen, die GPx2 nicht vollständig ersetzen kann. Nichtsdestotrotz ist die Beobachtung insofern bemerkenswert als es offenbar Situationen gibt unter denen die für Mäuse als adäquat angesehene Selenversorgung nicht ausreicht. Insgesamt müssen die SFN-Effekte als enttäuschend eingestuft werden. Zwar sieht man eindeutig eine Interaktion von Selen und SFN insbesondere wenn man die Effekte auf die Entzündung betrachtet. Im Selenmangel verstärkt SFN eindeutig die Entzündung sowohl in Wt als auch in GPx2 KO Tieren, was für eine genuine Toxizität von SFN spricht. Im Gegensatz dazu wird die Entzündung im selenadäquaten Zustand reduziert, bei Selensupplementation ist kein Effekt zu verzeichnen. Überraschenderweise ist die antiinflammatorische Wirkung von SFN unter selenadäquaten Bedingungen auch im GPx2 KO zu beobachten, kann also nicht allein durch die Induktion von GPx2 durch SFN erklärt werden. Als Ursache kann die Überexpression von GPx1 angeführt werden. GPx1 ist aber kein Zielgen von Nrf2. Alternativ kann die bekannte Nrf2-vermittelte Überexpression der Thioredoxin Reduktase-1 (TrxR1) als Erklärung herangezogen werden, welche über Thioredoxin (Trx) und Peroxiredoxine (Prx) ebenfalls anti-inflammatorisch wirken kann. Prx1 selbst kann auch durch SFN Nrf2-vermittelt hochreguliert werden, kann aber im Selenmangel mangels Reduktionsäquivalenten (Trx und TrxR) seine Wirkung nicht entfalten Hinsichtlich der Tumorigenese sind die SFN-Effekte inkonsistent. Lediglich zwischen der unbehandelten und der 3 Wochen mit SFN behandelten Gruppen von selenadäquaten Mäusen wurde ein signifikanter Unterschied gesehen, eigenartigerweise aber nicht bei einer 4-wöchigen Behandlung mit SFN. Dies könnte darauf zurückzuführen sein, dass SFN CYP2E1 hemmt, das AOM zu Methylazoxymethanol hydroxyliert, das zum Methyldiazonium Ion zerfällt. Aus diesem entsteht letztendlich das Kanzerogen Methylcarbonium Ion. In den selensupplementierten Gruppen waren Unterschiede zwischen 3 und 4 Wochen SFN- Behandlung nicht mehr fassbar. Die etwas erratisch anmutenden SFN-Effekte sind wahrscheinlich dadurch zu erklären, dass SFN als selektiver Nrf2-Aktivator zu naiv eingeordnet worden ist. Offenbar hat es nicht nur positive Effekte, die es zu identifizieren gilt. Was die Interaktion mit Selen angeht, scheint SFN ein Selen-abhängiges Protein/Ereignis zu benötigen, das nur im selenadäquaten Zustand vorhanden oder aktiv ist. Die 4 Fragen der definierten Ziele können demnach wie folgt beantwortet werden: • Ist die Sulforaphan-vermittelte Induktion der GPx2 abhängig von der Selenversorgung? Ja, die Induktion ist vor allem bei limitiertem und adäquatem Selenangebot zu beobachten, bei supranutitiver Versorgung ist kein Effekt mehr zu sehen. • Kann GPx2 die AOM (Azoxymethan)-induzierte Tumorentwicklung beeinflussen? Der Versuch läuft noch. • Kann GPx2 durch seine postulierte anti-inflammatorische Wirkung die Kanzerogenese in einem Entzündungs-getriebenen Colonkanzerogenese-Modell (AOM/DSS) beeinflussen? Ja, die GPx2 KO Tiere haben durchweg einen höheren Entzündungsgrad und eine höhere Anzahl von Tumoren. • Welche Auswirkung haben Sulforaphan und ein GPx2 KO in den verwendeten Kanzerogenesemodellen? Der SFN-Effekt ist abhängig vom Selenstatus, bei Unterversorgung mit Selen verstärkt SFN die Entzündung, bei adäquater Versorgung vermindert es diese.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- The GI-GPx gene is a target for Nrf2. Mol Cell Biol 2005;25:4914-4923
Banning A, Deubel, S, Kluth, D, Zhou, Z, Brigelius-Flohé, R
- Activation of the glutathione peroxidase 2 (GPx2) promoter by beta-catenin. Biol Chem 2007;388:1027-1033
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- (2008). Dietary factors in the regulation of selenoprotein biosyntheses. In L. Packer,Z. Dong,E. Cadenas and Y. J. Surh (Eds.), Dietary modulation of cell sigaling pathways (pp. 251-272): CRC Press (Taylor & Francis)
Brigelius-Flohé R, Banning, A
- Glutathione peroxidase 2 inhibits cyclooxygenase-2-mediated migration and invasion of HT-29 adenocarcinoma cells but supports their growth as tumors in nude mice. Cancer Res 2008;68:9746-9753
Banning A, Kipp, A, Schmitmeier, S, Lowinger, M, Florian, S, Krehl, S, Thalmann, S, Thierbach, R, Steinberg, P, Brigelius-Flohe, R
- GPx2 counteracts PGE2 production by dampening COX-2 and mPGES-1 expression in human colon cancer cells. Antioxid Redox Signal 2008;10:1491-1500
Banning A, Florian, S, Deubel, S, Thalmann, S, Müller-Schmehl, K, Jacobasch, G, Brigelius- Flohé, R
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Brigelius-Flohé R
- Four selenoproteins, protein biosynthesis, and Wnt signalling are particularly sensitive to limited selenium intake in mouse colon. Mol Nutr Food Res 2009;53:1561-1572
Kipp A, Banning, A, van Schothorst, EM, Meplan, C, Schomburg, L, Evelo, C, Coort, S, Gaj, S, Keijer, J, Hesketh, J, Brigelius-Flohe, R
- Glutathione peroxidases in different stages of carcinogenesis. Biochim Biophys Acta 2009;1790:1555-1568
Brigelius-Flohe R, Kipp, A
- The gastrointestinal microbiota affects the selenium status and selenoprotein expression in mice. J Nutr Biochem 2009;20:638-648
Hrdina J, Banning, A, Kipp, A, Loh, G, Blaut, M, Brigelius-Flohe, R
