Epidemiologische Studien zeigen, dass eine obst-, gemüse- und ballststoffreiche Ernährung mit einer verminderten Inzidenz des kolorektalen Karzinoms verbunden ist. Von den vielen Komponenten einer solchen Ernährung wurde insbesondere für die Gruppe der Carotinoide wie beta-Carotin und Lycopin eine tumorprotektive Wirkung beschrieben. Es gibt eine Vielzahl von möglichen Mechanismen für diese Schutzwirkung: Carotinoide sind potente Antioxidantien, und oxidativer Stress ist ein etablierter Faktor in der Karzinogenese. Auch können viele Carotinoide zu Retinoiden umgewandelt werden, die bekannte anti-kanzerogene Eigenschaften besitzen. Um zu untersuchen, ob Carotinoide tumorprotektive Eigenschaften durch eine Beeinflussung der Zellzyklusprogression ausüben, wurden in dieser Arbeit die möglichen Effekte von beta-Carotin und Lycopin auf die Proliferation von humanen Kolonkarzinomzelllinien und die Expression der an der Zellzyklusregulation beteiligten Proteine cdk2, p53 und PCNA sowie der Cdk-Inhibitoren p21waf1/cip1 und p27kip1 untersucht. Hierzu dienten die humanen Kolonkarzinomzelllinien HT-29 und SW-620 als in vitro-Modell. Im Western Blot wurde anschließend die Expression der entsprechenden Proteine bestimmt. Die Inkubation der Zellen mit Lycopin und beta-Carotin führte zu verminderter Proliferation der untersuchten Zelllinien. Dies steht in Einklang zu anderen Untersuchungen, die anti-proliferative Effekte von beta-Carotin und Lycopin zeigten. Es ließen sich jedoch keine Effekte auf die Expression der untersuchten, an der Zellzykluskontrolle beteiligten Proteine nachweisen. Es ergibt sich somit aus dieser Arbeit kein Anhalt dafür, dass die proliferationshemmenden Effekte dieser Carotinoide durch eine Modulation der Progression im Zellzyklus vermittelt werden. Vielmehr scheinen andere Mechanismen eine Rolle zu spielen. Weitere Untersuchungen wären nötig, z.B. mittels Transcriptom- und Proteom-Analytik, um die hier ursächlichen genetischen Veränderungen zu identifizieren. Ein weiterer beschriebener Mechanismus der Proliferationshemmung in Kolonkarzinomzellen ist die Aktivierung von PPAR-gamma. PPAR-gamma (peroxisome proliferator-activated receptor gamma) ist ein nukleärer Hormonrezeptor, der durch Liganden wie Prostaglandin D2, mehrfach ungesättigte Fettsäuren sowie Zyklooxygenase-Inhibitoren und Thiazolidindione aktiviert wird. Butyrat, das bei der bakteriellen Fermentation unverdauter Kohlenhydrate im Kolon entsteht, ist ein weiterer Ernährungsfaktor, der positiv mit einer erniedrigten kolorektalen Tumorinzidenz korreliert. In dieser Arbeit wurde untersucht, ob die anti-proliferativen in vitro-Wirkungen der kurzkettigen Fettsäure Butyrat auf Kolonkarzinomzellen mit einer Modulation der Expression von PPAR-gamma einhergehen. Butyrat führte in dieser Arbeit zu einer Proliferationshemmung der Kolonkarzinomzelllinien HT-29, SW-480 und SW-620. Darüber hinaus induzierte es in allen drei untersuchten Zelllinien die Expression von PPAR-gamma-Protein, welches in unbehandelten Zellen nur minimal nachweisbar war. Sollten Wirkungen von Butyrat zumindest teilweise über PPAR-gamma vermittelt werden, so müsste auch dessen Heterodimerisierungspartner RXR-alpha(retinoid X receptor alpha) in den Zellen vorhanden sein. Es zeigte sich, dass alle drei Zelllinien unbehandelt RXR-alpha exprimieren. Unter Butyrat-Inkubation verringerte sich interessanterweise die Expression von RXR-alpha-Protein. Diese Ergebnisse lassen sich möglicherweise als negativer Feedback-Mechanismus erklären, um einen überschießenden Effekt von PPAR-gamma oder seiner Liganden zu verhindern. Die untersuchten Carotinoide hatten dagegen keinen Effekt auf die Expression von PPAR-gamma. Zur Untersuchung des molekularen Wirkmechanismus von Butyrat diente Trichostatin A (TSA), welches die Histondeacetylase (HDAC) hemmt, die DNA so zugänglicher für Transkriptionsfaktoren macht und dadurch die Expression verschiedener Proteine moduliert. TSA inhibierte in gleicher Weise wie Butyrat die Proliferation der Zellen, induzierte die Expression von PPAR-gamma und supprimierte die Expression von RXR-alpha. Es ist also eine HDAC-Inhibition als Wirkweg der Butyrat-Wirkung auf die Zellen am wahrscheinlichsten, wodurch vermehrt PPAR-gamma gebildet wird. Denkbar ist, dass durch die so erhöhten intrazellulären PPAR-gamma-Spiegel die tumorprotektive Wirkung physiologischer oder synthetischer Liganden verstärkt wird. Eine Kombinationstherapie aus Butyrat und PPAR-gamma-Liganden zur Tumorprotektion ist so prinzipiell denkbar. Zukünftige Untersuchungen müssen das Augenmerk insbesondere auch auf die Klärung der umgebungsabhängigen PPAR-gamma-Wirkung richten, um die teils diskrepanten Befunde an Tumorzellkulturen und Tiermodellen einerseits, im natürlichen Epithelzellverband andererseits zu klären. / Epidemiological studies show that diets rich in fruit, vegetable and fiber are associated with a reduced incidence of colorectal cancer. Of special interest is for example the group of carotenoids, such as beta-carotene and lycopene. There are a number of possible tumor protective effects of carotenoids. They are potent antioxidants, and oxidative stress is a well-established factor in carcinogenesis. Also, many carotenoids are converted to retinoids, which have well-known anti-carcinogenic properties. We investigated whether carotenoids exert their tumor protective effects by influencing the cell cycle progression, possible effects of beta-carotene and lycopene on proliferation of human colon carcinoma cell lines (HT-29, SW-620) and expression of proteins involved in cell cycle regulation (cdk2, p53, PCNA, p21Waf1/Cip1 and p27kip1). Incubation of cells with lycopene and beta-carotene resulted in decreased proliferation of the cell lines examined. However, no effects on the expression of the examined proteins involved in cell cycle regulation could be observed. Another well known mechanism of the inhibition of proliferation in colon cancer cells is the activation of PPAR-gamma. PPAR-gamma (peroxisome proliferator-activated receptor gamma) is a nuclear hormone receptor, which is activated by ligands such as prostaglandin D2, polyunsaturated fatty acids, cyclooxygenase inhibitors, and thiazolidinediones. Butyrate which is produced during the bacterial fermentation of undigested carbohydrates in the colon is another dietary factor which is positively correlated with decreased colorectal cancer incidence. We investigated if antiproliferative effects of the short-chain fatty acid butyrate on colon cancer cells is exerted by modulating the expression of PPAR-gamma. Butyrate resulted in inhibition of proliferation of colon carcinoma cell lines HT-29, SW-480 and SW-620. Moreover, Butyrate induced the expression of PPAR-gamma protein in the three cell lines. The necessary heterodimerisation partner of PPAR-gamma is RXR-alpha (retinoid X receptor alpha). It was found that all three untreated cell lines express RXR-alpha. Under incubation with butyrate, the expression of RXR-alpha protein decreased. These results can be explained as a negative feedback mechanism to prevent excessive effect of PPAR-gamma and its ligands. The examined carotenoids, however, had no effect on the expression of PPAR-gamma. To study the molecular mechanism of action of butyrate, we used trichostatin A (TSA). TSA inhibits histone deacetylase (HDAC), which makes DNA accessible for transcription factors, and thereby modulates the expression of various proteins. TSA, in the same way as butyrate, inhibited proliferation of the cells, induced expression of PPAR-gamma and suppressed expression of RXR-alpha. Thus, inhibition of HDAC is likely to be at least one way in which butyrate effects cell by forming increased PPAR-gamma. Tumor protective effects of physiological or synthetic ligands may be enhanced by increased intracellular PPAR-gamma. Combined treatment with butyrate and PPAR-gamma ligands might be an effective anti-tumor strategy.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uni-wuerzburg.de/oai:opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de:6435 |
| Date | January 2012 |
| Creators | Weber, Friedmar |
| Source Sets | University of Würzburg |
| Language | deu |
| Detected Language | English |
| Type | doctoralthesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/doku/lic_ohne_pod.php, info:eu-repo/semantics/openAccess |
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