Das Glioblastom ist der häufigste maligne Tumor des zentralen Nervensystems. Trotz leitliniengerechter Therapie, bestehend aus mikrochirurgischer Resektion, Strahlentherapie und ergänzender Chemotherapie mit Temozolomid, beträgt die 2-Jahres-Überlebensrate nur ca. 17%. Daher sind dringend neue Therapieansätze erforderlich. Dem natürlich vorkommenden Dipeptid Carnosin, welches vor über 100 Jahren erstmals isoliert wurde, konnten viele physiologische Funktionen zugeschrieben werden. Zu Beginn unserer Arbeiten war bekannt, dass das Dipeptid das Wachstum von Krebszellen inhibiert, wobei die genauen Mechanismen der antineoplastischen Wirkungsweise weitgehend unbekannt waren. Die Untersuchungen im Rahmen der vorliegenden Habilitationsarbeit setzten sich mit möglichen Wirkmechanismen des Dipeptides auseinander, wobei ebenfalls Fragestellungen zur klinischen Anwendung von Carnosin bearbeitet wurden. Im ersten Abschnitt werden die Transportmechanismen von Carnosin in Glioblastom-Zellen beschrieben. Weiterhin wird die Frage beantwortet, ob das Dipeptid die biologisch aktive Verbindung ist oder ob L-Histidin von Carnosin abgespalten werden muss, um die antineoplastische Wirkung zu entfalten. Der zweite Abschnitt beschäftigt sich mit den Einflüssen von Carnosin auf die Signaltransduktion und Genexpression. Im dritten Abschnitt wird unter anderem mit einem Metabolomics-Ansatz der Stoffwechsel von Glioblastom-Zellen charakterisiert und der Einfluss von Carnosin auf diesen bestimmt. Im vierten Abschnitt wird ein neuartiges Ko-Kultur Modell zur Untersuchung von Carnosins Einfluss auf Glioblastom-Zell-Migration und Koloniebildung vorgestellt. Weiterhin untersuchten wir die möglichen Interaktionen des Dipeptides mit der Standardtherapie von Glioblastomen.
Zusammenfassend zeigten wir, dass Carnosin durch drei verschiedene Transporter aufgenommen werden kann. Das Dipeptid hemmt sowohl Proliferation und Migration von Glioblastom-Zellen. Die Spaltung des Dipeptides ist für seine antineoplastische Wirkung nicht notwendig. In die Zelle aufgenommen, wirkt Carnosin inhibitorisch auf den Pentosephosphatweg. Eine mögliche Erklärung dafür lieferte die beobachte nicht-enzymatische Reaktion von Glycerinaldehyd-3-phosphat mit dem Dipeptid. Weiterhin zeigten unsere Experimente zum ersten Mal eine Carnosin-bedingte Veränderung der Histonacetylierung und eine damit einhergehende Beeinflussung der Genexpression. Da das Dipeptid den Effekt der Radio-/Chemotherapie verstärkt, sollte die Wirkung von Carnosin in einer klinischen Studie an Glioblastom-Patienten untersucht werden. / Glioblastoma is the most common malignant tumour of the central nervous system. Only ~17% of patients undergoing standard therapy, including microsurgical resection, radiotherapy and adjuvant chemotherapy using temozolomide survive two years after diagnosis. Hence, new therapeutic approaches are urgently needed. The naturally occurring dipeptide carnosine was discovered more than 100 years ago. Since then, many physiological functions and beneficial effects have been ascribed to it. Previous studies demonstrated that carnosine inhibits growth of cancer cells. However, at the beginning of our investigations were the mechanisms behind carnosine’s anti-neoplastic effect mostly unknown. The present work addresses possible modes of action of carnosine and issues regarding the clinical application of the dipeptide. In the first paragraph we describe the transport mechanisms of carnosine in glioblastoma cells. Furthermore, we deal with the problem whether carnosine is the biological active compound or release of L-histidine from the dipeptide is required to deploy its anti-neoplastic effect. The second paragraph addresses the influence of carnosine on glioblastoma cell signal transduction and gene expression. In the third paragraph we characterise the metabolism of glioblastoma cells and how it is influenced by carnosine by using a metabolomics approach. The fourth paragraph introduces a novel co-culture model which allows the analysis of carnosine’s impact on glioblastoma cell migration and colony formation. Furthermore, the possible interaction of the dipeptide with the glioblastoma standard therapy is investigated.
In conclusion, we demonstrated that three different transporters are capable for the uptake of carnosine in glioblastoma cells. The dipeptide inhibited in addition to proliferation also migration of glioblastoma cells. Moreover, cleavage of carnosine was not required for its anti-neoplastic effect. After taken up by the cell, carnosine inhibits the pentose phosphate pathway. The observed non-enzymatic reaction of glyceraldehyde-3-phosphate with the dipeptide could possibly explain this effect. Furthermore, our experiments showed for the first time that carnosine influences gene expression by an effect on histone acetylation. As the administration of carnosine arguments the effects of radio-/chemotherapy, we encourage the clinical evaluation of the dipeptide for glioblastoma patients.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:72167 |
| Date | 18 September 2020 |
| Creators | Oppermann, Henry |
| Contributors | Henry Oppermann, Universität Leipzig |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/acceptedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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