Modulation der Genexpression in kolorektalen Tumorzellen durch 12(S)-Lipoxygenase und ihr Hauptprodukt 12(S)-Hydroxyeikosatetraensäure

Abstract

Darmkrebs stellt weltweit die vierthäufigste krebsbedingte Todesursache dar. Entzündungseffekte spielen in der Entwicklung neben Ernährung und vererbten genetischen Defekten die wichtigste Rolle. Die Cyclooxygenase-2 ist in etwa 80% aller kolorektalen Karzinome überexprimiert. Auch Lipoxygenasen (LOX) spielen in Entzündungsvorgängen eine Rolle.<br />Das Ziel dieser Dissertation ist, die Funktion der 12(S)-LOX und ihres Hauptproduktes aus Arachidonsäure, der 12(S)-Hydroxyeikosatetraensäure (HETE), in der kolorektalen Kanzerogenese zu untersuchen.<br />Die Untersuchungen ergaben eine Regulation der 12(S)-LOX in 80% der Gewebeproben aus kolorektalen Tumoren gegenüber der gesunden Darmschleimhaut. Bei etwa 20% der Gewebeproben konnte eine Erhöhung der 12(S)-LOX-Expression detektiert werden. In kolorektalen Zelllinien mit geringer endogener 12(S)-LOX-Expression induzierte 12(S)-HETE-Wachstum sowie eine Aktivierung von ERK und c-Fos, die in der Regulation des Zellwachstums involviert sind. In 12(S)-LOX überexprimierenden kolorektalen Zelllinienmodellen konnte erhöhte 12(S)-HETE-Sekretion nach Zugabe von Arachidonsäure in das Medium gezeigt werden. Diese konnte mittels CDC und der Naturstoffe Quercetin, Baicalein, Kämpferol, NDGA und Resveratrol in Konzentrationen gehemmt werden, die noch kaum Zellverlust auslösen.<br />Die Analyse von 96 metastasierungsassoziierten Genen mittels Micro Array-Technologie, zeigte Suppression von E-Cadherin und DCC. Beide Gene sind Tumorsuppressorgene, die während der Darmkrebsentwicklung häufig deletiert werden. E-Cadherin, das auch auf Proteinebene untersucht wurde, zeigte darüber hinaus eine Hinunterregulation der Oberflächenexpression in 12(S)-LOX überexprimierenden Caco-2-Zellen.<br />Im Rahmen dieser Arbeit konnte somit gezeigt werden, dass die 12(S)-LOX und ihr Hauptprodukt, die 12(S)-HETE Wachstum und Genexpression so modulieren, dass Tumorprogression und Metastasierung gefördert werden, was einen Mechanismus für jene 20% der Gewebeproben nahe legt, in denen das Enzym überexprimiert wird.<br />

Colorectal cancer is one of the leading causes of cancer death world wide. During its development inflammatory process plays an important role together with nutritional and genetic factors. The role of Lipoxygenases in this process is still insufficiently understood.<br />Therefore the aim of this thesis is to study the function of 12(S)-Lipoxygenase (LOX) and its product 12(S)-Hydroxyeicosatetraenic acid (HETE) in colorectal tumor development.<br />The study showed modulation of 12(S)-LOX in 80% of colon tumor tissue specimen as compared to adjacent normal mucosa. About 20% of the tumor specimen showed increased 12(S)-LOX-expression. Colorectal tumor cell lines with low endogenous 12(S)-LOX-expression where stimulated to grow by 12(S)-HETE. Signaling involved activation of ERK and induction of c-Fos. To study the consequences of extended 12(S)-HETE exposure cell lines where constructed to over express 12(S)-LOX and secret 12(S)-HETE into the culture medium. Enzymatic activity was dependent on addition of Arachidonic Acid and could be inhibited by CDC, a specific 12-LOX-inhibitor, as well as by several less specific natural inhibitors.<br />An analysis of 96 genes associated with metastasis showed down regulation of the tumor suppressors E-Cadherin and DCC in 12(S)-LOX over expressing Caco-2-cells as well as after addition of 12(S)-HETE.<br />Regulation of E-Cadherin was obvious both on the RNA-level and from the protein present on the cell surface.<br />In summary the results show that 12(S)-LOX and 12(S)-HETE modulate growth and gene expression in a manner that can enhance metastasis, suggesting a mechanism active in those 20% of tumor specimen that have up regulated the enzyme.<br />