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Der Einfluss von alpha-Liponsäure und weiteren HDAC-Inhibitoren auf Tumorwachstum und Angiogenese in der Pankreaskarzinomzelllinie MIA-PaCa-2

Auer, Bianca


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Freie Schlagwörter (Deutsch): Pankreaskarzinom , Alpha-Liponsäure , HDAC-Inhibitoren , Angiogenese
Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Institut für Veterinär-Physiologie; Zentrum der Inneren Medizin des Fachbereichs Medizin der Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main
Fachgebiet: Veterinärmedizin
DDC-Sachgruppe: Landwirtschaft
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 23.06.2008
Erstellungsjahr: 2008
Publikationsdatum: 26.06.2008
Kurzfassung auf Deutsch: Angiogenese ist die wichtigste Voraussetzung für das Wachstum und die Metastasierung
eines Tumors, da Sauerstoff und Nährstoffe für das Tumorgewebe bereitgestellt werden. Die
Hemmung der Angiogenese kann in der Entwicklung neuer anti-neoplastischer Therapien als
eine der vielversprechendsten Forschungsmethoden angesehen werden.

Zunehmend gewinnen Histondeacetylaseinhibitoren (HDIs) auf diesem Gebiet an
Bedeutung. Aktuelle Untersuchungen zeigen, dass HDIs antiangiogene Potenz besitzen.
In diesem Zusammenhang wurde die Wirkung des neuartigen HDI alpha-Liponsäure
vergleichend zu den bekannten HDIs Butyrat, Valproat und Trichostatin A in der humanen
Pankreaskarzinomzelllinie MIA-PaCa-2 untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass alpha-
Liponsäure als ein wirkungsvoller HDI angesehen werden kann und in die
tumorzellinduzierte Angiogenese und das Tumorwachstum von MIA-PaCa-2 Zellen eingreift.

Dies zeigten zum einen Untersuchungen von Zellzahl und Proliferation von MIA-PaCa-2
Zellen nach Inkubation mit alpha-Liponsäure, Butyrat, Valproat und Trichostatin A. Alle HDIs
hemmten dosisabhängig und weitgehend signifikant direkt die Zahl und die Proliferation der
Pankreaskarzinomzellen. Nach der Proliferation von Zellen kommt es zu deren
Differenzierung und zur Bildung neuer Blutgefäße. Angiogenetische Wachstumsfaktoren wie
der vascular endothelial growth factor (VEGF) wurden hierbei in vielen humanen
Krebszelllinien als Angiogenese-induzierend beschrieben. VEGF wird unter hypoxischen
Bedingungen reguliert über den hypoxia inducible factor 1 alpha (HIF-1alpha). In der vorgestellten
Arbeit nahm die VEGF Sekretion dosisabhängig und meist signifikant nach Behandlung mit
allen HDIs ab. Die Expression des VEGF Proteins zeigte für die HDIs alpha-Liponsäure und
Butyrat eine Abnahme, während die Expression des HIF-1 alpha Proteins zunahm. Anhand dieser
Ergebnisse kann die vermutete antiangiogene Wirkung der vorgestellten HDIs über eine
Hemmung des proangiogenen Faktors VEGF bestätigt werden. Diese Wirkung könnte über
eine Hemmung der nukleären Translokation von HIF-1 alpha zu erklären sein, da die Ergebnisse
eine verstärkte Expression des Transkriptionsfaktors im Zytoplasma nach Behandlung mit
den HDIs alpha-Liponsäure und Butyrat zeigten.

In Anlehnung an diese Ergebnisse kann die Hypothese aufgestellt werden, dass HDIs HIF-1 alpha
beeinflussen und somit auch den für die Angiogenese bedeutenden Faktor VEGF, der
wiederum über HIF-1 alpha reguliert wird.

Weiterhin wurde der Einfluss des Vitamin D Rezeptors (VDR) in MIA-PaCa-2 Zellen
untersucht. VDR hemmt die Angiogenese in vitro und in vivo. Nach Behandlung mit den HDIs alpha-Liponsäure und Butyrat kam es zu einer gesteigerten Expression von VDR und somit
synergistischen Verstärkung der Wirkung in MIA-PaCa-2. Um die Rolle der mitogenactivated
protein kinases (MAPKs) in der HDI-gesteuerten Zelldifferenzierung und VDR Expression
zu beurteilen, wurde der spezifische MAPK-Inhibitor SB203580 verwendet.
Die vorliegenden Ergebnisse machen deutlich, dass die verwendeten HDAC-Inhibitoren zu
einer Phosphorylierung der p38 MAPK und dabei möglicherweise einer Zunahme der VDR
Expression und Zelldifferenzierung führen, wohingegen eine Hemmung der p38 MAPK die
p38-Phosphorylierung reduziert.

Zum Schluss konnte gezeigt werden, dass der p38 MAPK Signalweg bei den
Pankreaskarzinomzellen in die Kontrolle der VEGF Synthese involviert ist. Die Ergebnisse
bestätigen eine Hemmung der VEGF Proteinexpression in MIA-PaCa-2 nach Behandlung mit
α-Liponsäure und Butyrat während diese Wirkung unter Verwendung des spezifischen p38
MAPK Inhibitors SB203580 nicht zu beobachten war.
Kurzfassung auf Englisch: Angiogenesis is essential for tumour growth and metastasis, because it provides oxygen and
nutrients to the tumour tissue. Inhibition of angiogenesis is considered to be one of the most
promising strategies in the development of novel anti-neoplastic therapies.

Histondeacetylaseinhibitors (HDIs) has gained importance in recent studies and also has
been shown to be a potent antiangiogenic agent. Recent examinations show that HDIs are
potent antiangiogenic agents.

In this context the effects of alpha-lipoic acid, a novel inhibitor of histondeacetylases, compared
with the well-known HDIs (butyrate, valproate and trichostatin A) in human pancreatic
carcinoma cells (MIA-PaCa-2) is studied. The results indicate that alpha-lipoic acid is an effective
HDI and impairs the tumour cell induced angiogenesis and tumour growth of MIA-PaCa-2
cells.

The above finding was shown first in examinations of cell count and proliferation of MIAPaCa-
2 cells after incubation with alpha-lipoic acid, butyrate, valproate and trichostatin A. All
HDIs inhibited directly cell count and proliferation of pancreatic carcinoma cells, most
significantly in a dose-dependent manner. After their proliferation, tumour cells differentiate to
form a new vessel. Angiogenic growth factors such as the vascular endothelial growth factor
(VEGF) have been observed in many human cancer cell lines inducing angiogenesis.
Regulated by hypoxia the VEGF gene is under the control of the hypoxia inducible factor 1 alpha
(HIF-1 alpha). In the present work a dose-dependent and most significantly decreased secretion
of VEGF after treatment with HDIs is shown. The expression of the VEGF protein was
reduced while that of the HIF-1 alpha protein expression increased after HDI treatment. On basis
of these results we conclude, that the antiangiogenic effects of the tested HDIs are caused
by the inhibition of the proangiogenic factor VEGF. This effect could be explained by
inhibiting the HIF-1 alpha nuclear translocation, as the results showed enhanced cytoplasmic
expression of the transcription factor after incubation with alpha-lipoic acid and butyrate.
Summarizing these findings hypothesize, that HDIs influence HIF-1 alpha and subsequently the
angiogenesis related factor VEGF, regulated by HIF-1 alpha.

Furthermore the influence of the vitamin D receptor (VDR) in MIA-PaCa-2 cells is studied.
VDR inhibits angiogenesis both in vitro and in vivo. After treatment with HDIs, alpha-lipoic acid
and butyrate, an upregulation of VDR and synergistic amplification of the effect in MIA-PaCa-
2 could be observed. To assess the role of mitogen-activated protein kinases (MAPKs) in
HDI-mediated cell differentiation and VDR-expression the specific p38 MAPK inhibitor
SB203580 was used.

The present study revealed that the tested HDIs cause phosphorylation of p38 MAPK and
thereby possibly upregulation of VDR expression and cell differentiation, whereas inhibition
of p38 MAPK abolishes the p38-phosphorylation.

In conclusion, we demonstrated that p38 MAPK pathway is involved in the synthesis of
VEGF in pancreatic carcinoma cells. The findings also confirm the inhibition of VEGF protein
expression in MIA-PaCa-2 after treatment with α-lipoic acid and butyrate while these effects
were not observed using the specific p38 MAPK inhibitor SB203580.