京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第17815号 / 医博第3813号 / 新制||医||999(附属図書館) / 30630 / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 松田 道行, 教授 野田 亮, 教授 藤田 潤 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

La tétraploïdie – cellule contenant le double du génome d’une cellule diploïde – est considérée comme un état métastable, à l’origine de l’aneuploïdie des cancers. Présentes dans les lésions précancéreuses, les cellules tétraploïdes sont associées à la progression tumorale. Etant donné le rôle clé de la tétraploïdie au cours de l’oncogenèse, le développement d’agents pharmacologiques éliminant spécifiquement les cellules tétraploïdes pourrait permettre de prévenir et limiter l’évolution vers un état cancéreux. Afin d'identifier des composés délétères pour les cellules tétraploïdes, nous avons développé une méthode de criblage basée sur la vidéomicroscopie à fluorescence automatisée. La chimiothèque de l'Institute of Chemistry and Cell Biology (ICCB) a été criblée, et nous avons mis en évidence plusieurs hits aux effets cytostatiques et/ou cytotoxiques préférentiels pour les cellules tétraploïdes. En raison de ses propriétés chimiopréventives, le resvératrol est le premier composé dont nous avons choisi de poursuivre la caractérisation. Sa sélectivité pour les cellules tétraploïdes a été confirmée sur différents types cellulaires, stables ou en cours de polyploïdisation. L’étude du mécanisme d’action anti-tétraploïde du resvératrol a permis d’identifier le senseur de la charge énergétique 5’-adenosine monophosphate-activated kinase (AMPK), comme une cible moléculaire responsable de la mort sélective des cellules tétraploïdes. Une série d’agents pharmacologiques activant directement ou indirectement AMPK – parmi lesquels l’aspirine et son métabolite le salicylate, dont l’action chimiopréventive a été établie par plusieurs études épidémiologiques et essais cliniques – a montré une toxicité préférentielle pour les cellules tétraploïdes. De la même manière que le resvératrol, ces agents éliminent les cellules tétraploïdes stables et limitent la polyploïdisation. Finalement, l’effet anti-tétraploïde du resvératrol et de l’aspirine a été évalué in vivo. L’administration orale de ces deux composés aux doses décrites comme chimiopréventives, réduit le développement des cellules épithéliales tétraploïdes et aneuploïdes des cryptes intestinales des souris ApcMin/+, le modèle murin de la polypose adénomateuse familiale. Collectivement les résultats de cette étude suggèrent que l’action chimiopréventive du resvératrol et de l’aspirine est associée à l’élimination des cellules tétraploïdes précurseur de tumeurs. / Tetraploidy – cells that contain twice the normal amount of chromosomes – is a metastable state leading to aneuploidy in cancer. Tetraploid cells have been observed in precancerous lesions and constitute a step toward tumor progression. Given the importance of tetraploidization for oncogenesis, developing drugs that selectively target tetraploid cells should prevent cancer.To discover compounds toxic to tetraploid cells, we developed an assay-system based on automatic fluorescence videomicroscopy. We screened the Institute of Chemistry and Cell Biology (ICCB) chemical library and identified several hits exerting a selective cytostatic and/or cytotoxic effect on tetraploid cells. Due to its well known chemopreventive properties, resveratrol was the first compound we further characterized. Its selectivity for tetraploid cells was confirmed on various stable or polyploidizing cancer cell lines, as well as primary epithelial cells. The mechanism accounting for the preferential killing of tetraploid cells involves the 5’-adenosine monophosphate-activated kinase (AMPK) signaling pathway. A series of additional agents that stimulate AMPK – including aspirin and salicylate whose chemopreventive action have been established by several epidemiological studies and clinical trials – display a selective toxicity toward tetraploid cells. Similar to resveratrol, these drugs eliminate stable tetraploid cells and reduce polyploidization. Finally, we validated the anti-tetraploid effect of resveratrol and aspirin in vivo. Oral treatment with either of these two compounds at chemopreventive doses, repressed the accumulation of tetraploid and subsequently aneuploid intestinal epithelial cells from the crypts of the ApcMin/+ mouse model of familial adenomatous polyposis.Collectively, our results suggest that the chemopreventive action of resveratrol and aspirin involves the elimination of tetraploid cancer cell precursors.

Colon cancer causes approximately seven percent of all cancer-related deaths in the world and presumably due to modern lifestyle, it is also one of the most frequently diagnosed cancers. The inefficiency of standard treatment indicates the need for intensive research of molecular mechanisms of cancer development. The canonical Wnt signaling pathway is essential for maintenance of the progenitor phenotype of stem cells in crypts of the intestine and controls repopulation of the epithelia, in physiological conditions. However, aberrant activation leads to tumor formation. Although Wnt signaling in cancer has been subjected to thorough investigation, there is still a lot of questions concerning further branching of the pathway. As a model of Wnt/β-catenin triggered colorectal cancer, we use mice with mutated APC, which is the tumor suppressor involved in this pathway. Previous expression profiling of the intestinal tumors from relevant mice revealed two transcription factors: ETV4 and MSX1 which are significantly overexpressed in cancer cells. In this project we elucidate whether the overexpression is really tumor restricted and Wnt dependent or there is a crosstalk with another signal transduction pathway. We investigate the function and regulation of these transcription factors by synthetic reporter assays,...

Das essentielle Spurenelement Selen (Se) wird als einziges Spurenelement über den genetischen Code als Bestandteil der 21. proteinogene Aminosäure Selenocystein (SeCys) in eine kleine Gruppe von Proteinen eingebaut. Als Bestandteil des aktiven Zentrums dieser Selenoproteine ist Se bzw. SeCys essentiell für deren Funktion. Die Biosynthese der Selenoproteine ist durch eine Reihe von Besonderheiten gekennzeichnet, so z.B. durch eine hierarchisch abgestimmte Versorgung der unterschiedlichen Organe mit dem limitierenden Spurenelement bzw. durch eine hierarchische Versorgung der einzelnen Selenoproteine während ihrer Biosynthese. Für die biologische Verwertung und Verteilung ist das Selenoprotein SePP von zentraler Bedeutung. Transkriptomanalysen haben aufgezeigt, dass gerade in Tumoren die Expression von SePP stark erniedrigt ist. In dieser Arbeit wurde untersucht, inwieweit der Verlust von SePP einen kausalen Einfluss auf die Tumorigenese nimmt. Hierzu wurden zwei transgene Mausmodelle verkreuzt: zum einen Mäuse mit einem partiellen bzw. kompletten genetischen Verlust der SePP-Expression und zum anderen Mäuse mit einer Mutation im APC-Tumorsuppressorgen, welche multiple intestinale Neoplasien (Min) auslöst und als Paradigma in der experimentellen Darmkrebsforschung dient. Der komplette Verlust des SePP-Gens bewirkte eine stark erhöhte Tumorrate im Dünndarm der APCmin-Mäuse. Hierdurch konnte SePP als neuer wichtiger Modulator der APC-abhängigen Tumorigenese etabliert werden. Interessanterweise genügte bereits der Verlust eines einzelnen SePP-Allels, um mehr, größere und weniger differenzierte Adenome im Dünndarm entstehen zu lassen. Diese Beobachtung deutet auf einen entscheidenden Gen-Dosis-Effekt von SePP für die intestinale Tumorigenese hin und könnte damit als weiteres sinnvolles Kriterium zur Feindiagnostik von Darmkrebs dienen. Die molekularbiologischen Untersuchungen der Tumore lassen eine Aktivierung von Zellzyklus-, Angiogenese- und Akutphaseprozessen vermuten. Hierdurch und über die erhöhte Produktion von Wachstumsfaktoren kann die vermehrte Tumorigenese bei SePP-Mangel erklärt werden. Weitergehend konnte auch der Darm, ungeachtet seiner primären Rolle bei der Selenaufnahme, als abhängig von einer regulären SePP-Expression erkannt werden. Somit stellt sich SePP als zentraler Vermittler des Selenmetabolismus dar, und könnte auf lange Sicht als funktioneller Biomarker des Selenstatus für die individuelle Risikoabschätzung etabliert werden. / Selenium (Se) is the only trace element which is encoded in the genome as the 21st proteinogenic amino acid selenocystein (Sec). Se is essential for the catalytic activity of the small group of Sec-containing selenoproteins. The biosynthesis of this group of extraordinary proteins is characterized by several specialities, e.g. the distribution of Se differs between the organs giving rise to a hierarchical biosynthesis of the selenoproteins and there is an intracellular hierarchy of selenoprotein biosynthesis in times of Se depletion. One particular selenoprotein is of central importance for the organification and trafficking of Se within the organism, i.e., Selenoprotein P (SePP). From transcriptome analyses it was deduced that this Se transport protein is markedly reduced in tumours of several origins. The aim of this thesis was to elucidate whether SePP has a causal impact on the tumourigenesis within the intestinal tract. For this purpose, the SePP-KO mouse model with a genetically impaired SePP expression was crossed with the well-established APCmin intestinal tumour model. A stop mutation in the APC tumour suppressor gene causes multiple intestinal neoplasias (Min) in these mice. The combined deletion of SePP caused a sharp increase in tumour incidence in the small intestines of APCmin mice. Interestingly, even the inactivation of only one SePP allele was sufficient to induce more and less well differentiated adenomas in the small intestine. These results indicate that SePP acts as an important modulator of APC dependent tumorigenesis in a gene dose dependent manner. In the long run, SePP might turn out as another valuable biomarker to estimate the individual cancer risk. From a mechanistic point of view, the transcriptome analyses indicate that an impaired SePP expression favors cell cycle progression, angiogenesis and acute phase response. In addition, an elevated production of growth factors in response to SePP deficiency might contribute to the phenotype of bigger and more undifferentiated tumours. Additional analyses of the intestines revealed that the intestinal tract is dependent on a regular SePP expression in order to synthesise its regular set of selenoproteins even so it represents the prime organ of Se absorption. Therefore, SePP represents a central Se transport and storage protein also within the intestinal tract, highlighting its essential role to preserve health and regular Se metabolism.