Molecular mechanisms of colon cancer chemoprevention: Studies on the potential of intestinal fermentation products to induce glutathione S-transferases in colonic epithelium cells
Final Report Abstract
Alle wesentlichen Projektziele wurden erreicht. So konnte im Teil 1 erfolgreich eine Methode zur Isolierung primärer, humaner Kolonkrypten optimiert werden. Dabei wurde gezeigt, dass die Verwendung von Kryptenpellets anstelle von einzelnen Epithelzellen, die Lebensdauer der Zellen von 12 auf 24 h erhöht. Außerdem konnten intestinale Stammzellen mithilfe des Stammzellmarkers Lgr5 in der Kryptenkultur nachgewiesen werden. Da intestinale Stammzellen die einzigen Zellen sind, die über einen längeren Zeitraum in der Mukosa persistieren, können hier durch Akkumulation von Mutationen Neoplasien entstehen. Aus diesem Grund gelten intestinale Stammzellen als karzinogene Zielzellen und ihr Vorhandensein in der Primärzellkultur spielt eine entscheidende Rolle für anschließende Untersuchungen, die zur Primärprävention von Darmkrebs beitragen. Der zweite Teil des Projektes beinhaltete Untersuchungen zur basalen Expression ausgewählter Gene, deren Modulierbarkeit durch Darmfermentationsprodukte (v.a. Butyrat) und daraus resultierende funktionelle Konsequenzen in humanen Kolongeweben unterschiedlichen Transformationsgrades (Normal-, Adenom- und Tumorgewebe). Die meisten der untersuchten Gene, die relevant für die Karzinogenese (COX-2, OPN, PKM2, HSP90ß) bzw. Chemoprävention (SOD2, GSTP1) des kolorektalen Karzinoms sind, wurden in erhöhter Menge (mRNA) in Kolontumoren im Vgl. zu den Normalgeweben nachgewiesen (ausgenommen CAT und GSTM2). Ein Zusammenhang mit klinischen Parametern (Tumorstadium und –grading) bestand für keines der untersuchten Gene. Ferner wurde eine inverse Korrelation zwischen der Expression antioxidativer Enzyme (CAT, SOD2) bzw. PKM2 im normalen Kolonepithel und dem Alter der Patienten beobachtet. Die Behandlung (12 h) mit Butyrat (10 mM) und partiell auch FÜ Synergy1 (10 %) führte zu einer Abnahme oder Zunahme der mRNA-Menge in den verschiedenen Gewebetypen. Beide Testsubstanzen zeigten eine differentielle Wirkung auf die mRNA-Expression der einzelnen Gene. Die Expression zwischen Normal- und Tumorgewebe unterscheid sich hingegen bei den meisten Genen nicht signifikant. Die Transkriptmenge Tumor-relevanter Gene, wie beispielsweise COX-2, OPN und PKM2 konnte sowohl durch Butyrat als auch FÜ Synergy1 in allen 3 Gewebetypen vermindert werden, wobei malignes Gewebe am sensitivsten reagierte. Die Expression von Stress-relevanten Genen, wie z. B. CAT und GSTP1, wurde hingegen im Normalgewebe durch Butyrat induziert. Die Expression der entsprechenden Proteine (Western Blot) basal und nach der Behandlung mit den Darmfermentationsprodukten spiegelte die Veränderungen auf Genebene allerdings nur bedingt wider. Ein ähnliches basales Expressionsmuster wurde beispielsweise für die Proteine SOD2 und PKM2 beobachtet. Ebenso konnte die Induktion von CAT und GSTP1 durch Butyrat auf Proteinebene verifiziert werden. In Abhängigkeit des Gens zeigten lediglich 30-45 % der analysierten Patienten eine Übereinstimmung zwischen beiden Parametern. Eine signifikante Veränderung der Funktionalität der Proteine, die durch die Gene kodiert werden, bestand nicht. Ferner blieben die Aktivitäten verschiedener Caspasen durch Butyrat bzw. FÜ Synergy1 unverändert. Insgesamt gelang es im Rahmen des Projektes die ex vivo Kultur primärer humaner Kolonepithelzellen zu optimieren und damit eine Verlängerung ihrer Lebenspanne zu erzielen. Des Weiteren gaben die Untersuchungen neue Einblicke in die anti-Tumoraktivität von Butyrat bzw. komplexen Fermentationsgemischen und identifizierten neue potentielle Zielgene der Chemoprotektion.
Publications
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DEFA 6 expression bursts in the adenoma stage of colon carcinogenesis. Doktoranden-Symposium zur Krebsforschung, Dornburg, Deutschland, 9. Mai 2009
Jahns F., Radeva M., Wilhelm A., Glei M., Settmacher U., Greulich K.O., Mothes H.
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Modulation of human colon cancer relevant gene expression by nutrition products. FLI Retreat Molecular mechanisms of senescence and aging, Bad Blankenburg, Deutschland, 24.-26. Mai 2009
Jahns F., Wilhelm A., Radeva M.
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Primary cancer prevention – Obtaining cells from individual colon cancer patients. Doktoranden-Symposium zur Krebsforschung, Dornburg, Deutschland, 9. Mai 2009
Wilhelm A., Glei M., Mothes H., Greulich K.O.
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(2010). Defensin alpha 6 (DEFA 6) overexpression treshold of over 60 fold can distinguish between adenoma and fully blown colon carcinoma in individual patients. BMC Cancer, 10, 588-593
Radeva M.Y., Jahns F., Wilhelm A., Glei M., Settmacher U., Greulich K.O., Mothes H.
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(2011). Butyrate suppresses mRNA increase of osteopontin and cyclooxygenase-2 in human colon tumor tissue. Carcinogenesis, 32(6), 913-920
Jahns F., Wilhelm A., Jablonowski N., Mothes H., Radeva M., Wölfert A., Greulich K.O., Glei M.
