The effects of drugs on osteoblast-associated tumour cell-lines

Autor: Buchinger, Birgit
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2008
DOI: 10.25365/thesis.1983
Popis: Knochenkrebs (Osteosarkome) und Prostatakrebs sind Krebsarten, die beide den Knochen betreffen, da sich Osteosarkome im Knochen entwickeln und Prostatakrebszellen in den Knochen und in die Lymphknoten metastasieren können. Es stehen heute viele Möglichkeiten zur Behandlung der beiden Krebsarten zur Verfügung, wobei es bei Osteosarkomen zum Einsatz von Chemotherapie und der chirurgischen Entfernung der betroffenen Areale kommt. Suramin ist ein poly-sulfonierter Naphthylharnstoff, der bis heute bei der Behandlung von diversen parasitären Erkrakungen, wie der afrikanischen Schlafkrankheit, zum Einsatz kommt. In Versuchen erkannte man, dass die Substanz eine anti-tumoröse Wirkung besitzt und Suramin wurde in klinische Studien bei verschiedensten Formen von Krebs aufgenommen. Lysyl Oxidase (LOX) ist das Schlüssel-Enzym bei der Bildung von Kollagen und Elastin. In den letzten Jahren wurde bekannt, dass das Propeptid, welches bei der Spaltung der Pro-Lysyl-Oxidase entsteht, diverse Tumore in ihrem Wachstum hindert. Es wurde gezeigt, dass Suramin die LOX -Expression in Tumorzellen unterdrückt, aber nur wenige Daten existieren über die Wirkung der Substanz auf Osteosarkome. Die klinische Manifestation von Prostatakrebs variiert von nicht schmerzhaften Tumoren, die wenig oder keine Behandlung benötigen, bis hin zu agressiven Tumoren, die nur durch radikale Therapien bekämpft werden können. Epigenetische Veränderungen sind definiert als Veränderungen der Genexpression ohne Veränderungen der DNA- kodierenden Sequenzen. Promotor CpG Hypermethylierung und Histon-Hypoacetylierung, katalysiert von der DNA-Methyltransferase (DNMT) und Histon Deacetylase (HDAC), werden mit transkriptioneller Repression in einigen Krebsarten assoziiert. Studien berichten über einen Rückgang der Zell-Proliferation und der Apoptose in Prostatakrebs-Zellinien, die mit einem HDAC Inhibitor behandelt wurden, aber wenig ist bekannt über die Effekte einer Kombinationstherapie. Ziel dieser Arbeit war es nun, die Effekte von Suramin, dem DNMT Inhibitor 5-AZAC und dem HDAC Inhibitor Valproat auf verschiedene Osteoblasten-assoziierte Tumor-Zelllinien zu untersuchen. Ein besonderer Schwerpunkt lag dabei auf der Wirkung der Substanzen auf die osteoblastäre Differenzierung und die LOX-Expression. Humane (MG-63 und U-2 OS) und tierische (UMR-106) Osteosarkom-Zelllinien, sowie humane, metastasierende Prostatakrebs-Zelllinien (DU-145, PC-3 und LNCaP) wurden ausgestreut und einerseits mit Suramin, andererseits mit HDAC bzw. DNMT Inhibitoren behandelt. Anschließend wurden die Effekte dieser Substanzen auf die Zellvermehrung und Differenzierung (Messung der alkalischen Phosphatase und verschiedener Osteoblasten-spezifischer Marker-Gene) und auf die LOX-Expression untersucht. Suramin verhinderte die Zellvermehrung in allen untersuchten Osteosarkom-Zelllinien und erhöhte die Aktivität der alkalischen Phosphatase und die Expression von Osteoblast-spezifischen Markern wie Osteocalcin, OPN und COL1A1 in den humanen Zellen. Vergleichbare Effekte wurden auch in den mit HDAC und DNMT Inhibitoren behandelten Prostatakrebs-Zellen gefunden: Rückgang der Zellvermehrung und Anstieg der Differenzierung durch die Erhöhung von Runx2 – zumindest bei der Behandlung der Zellen mit beiden Substanzen. In allen untersuchten Zelllinien, die mit Suramin oder den HDAC bzw. DNMT Inhibitoren behandelt wurden kam es zu einem signifikanten Anstieg der LOX mRNA Expression. Unsere Ergebnisse bestätigen Daten aus der Literatur, wonach LOX eine Änderung des Phänotyps in Osteosarkomen und Prostatakrebszellen hervorrufen könnte.
Osteosarcoma (OS) and prostate cancer are two types of cancer that both affect bone because osteosarcoma itself develops in bone and prostate cancer cells mainly metastasize to bone and cause significant mortality and morbidity in men with advanced disease. Today, many therapeutical options are available to treat OS and prostate cancer. Current optimal treatment for osteosarcoma consists of multi-agent chemotherapy and aggressive surgical resection. Suramin, a polysulfonated naphthylurea compound, has been widely used for antitrypanosomal treatment. Its anticancer activity was later identified and suramin has been introduced into clinical trials for various forms of cancer. Lysyl Oxidase (LOX) is the key enzyme that controls collagen and elastin maturation by catalyzing inter-and intamolecular cross-link formation. In the last few years it was found out that the LOX propeptide, which is released during extracellular proteolytic processing of pro-lysyl oxidase possesses anti-cancer activity. It was shown that suramin drastically upregulated LOX expression and induced phenotype reversion of transformed NIH3T3 cells but today few data exist that show effects of suramin in osteosarcoma cells. The clinical manifestation of prostate cancer varies from indolent tumours, requiring little or no treatment to aggressive cancers which require radical therapies. Today, metastatic prostate cancer is generally treated by hormone therapy. Epigenetic events are defined as alterations in gene expression without changes in the DNA coding sequence. DNA methylation by DNA methyltransferases (DNMT´s) and histone modification are two mechanisms that are integral to epigenetic transcriptional control. Promoter hypermethylation of cancer-related genes is found in nearly all tumours, including prostate cancers. It has been shown that the combination of DNMT inhibitors induces apoptosis, differentiation and/or cell growth arrest in different cancer cell lines. In prostate cancer, a number of studies have reported reductions in cell proliferation and apoptosis in cell lines treated with histone-deacetylase (HDAC) inhibitors alone but little is known about the effects of combination therapy. Aim of this thesis was to study the effects of suramin, the DNMT inhibitor 5-AZAC and the HDAC inhibitor valproate on different osteoblast-associated tumour cell lines, taking into special consideration the effects on osteoblastic differentiation and LOX expression. Human (MG-63 and U-2 OS) and rat (UMR-106) OS cell lines as well as human prostate metastatic cell lines (DU-145, PC-3 and LNCaP) were seeded and treated with or without suramin and HDAC and DNMT inhibitors, respectively. Thereafter the effects on cell multiplication and differentiation (alkaline-phosphatase activity and specific marker genes) and LOX were studied. Suramin inhibited cell multiplication in all osteosarcoma cell lines tested and increased genes of the osteoblastic phenotype like alkaline phosphatase activity, OCN, OPN and COL1A1 in the human OS cell lines. Comparable effects were found with HDAC and DNMT inhibitors in human prostate cancer cells: attenuation of cell multiplication and increase of differentiation as indicated by upregulation of Runx2 by these drugs, at least in combined treatment. In all cell lines treated with suramin and HDAC and DNMT inhibitors LOX mRNA expression was increased significantly. Our results support recent data from the literature that LOX could be a regulator for reversion of tumourigenic phenotypes in OS and prostate cancer cells.
Databáze: OpenAIRE
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