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Hypermethylierung von tumor-assoziierten Genen in Tumoren des Kopf-Hals-Bereiches mit besonderer Berücksichtigung der epigenetischen Regulation und Funktion von Erythropoietin

Steinmann, Katrin


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Freie Schlagwörter (Deutsch): HNSCC , tumor-assoziierte Gene , Promotorhypermethylierung , Erythropoietin , ChIP
Freie Schlagwörter (Englisch): HNSCC , tumor-related genes , promoter hypermethylation , erythropoietin , ChIP
Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Institut für Genetik
Fachgebiet: Biologie
DDC-Sachgruppe: Biowissenschaften, Biologie
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 09.10.2009
Erstellungsjahr: 2009
Publikationsdatum: 21.01.2010
Kurzfassung auf Deutsch: Jährlich erkranken über 500000 Menschen an Plattenepithelkarzinomen im Kopf-Hals-Bereich (head and neck squamous cell carcinoma = HNSCC). Ein Ziel dieser Arbeit war es, den Methylierungsstatus von 15 Tumor-assoziierten Genen in 54 HNSCC- und 23 Normalgewebsproben zu untersuchen und mit den klinisch-pathologischen Daten zu korrelieren. Es zeigte sich, dass die Gesamtmethylierungsfrequenz dieser Gene in den Tumorproben signifikant höher war als in den Normalgewebsproben. Von den untersuchten Genen zeigten besonders p16, MGMT, DAPK, RARbeta, MLH1, CDH1, RASSF5 und MST1 eine häufige Methylierung in den HNSCC-Proben. Methylierungen von RASSF1A, GSTP1, RASSF4, MST2, LATS1 und LATS2 waren eher seltener in den Tumorproben zu finden. Bei der Korrelation der Methylierungsdaten mit den klinisch-pathologischen Daten war eine erhöhte Methylierungsfrequenz in Zusammenhang mit fortgeschrittenerem Tumorstadium und schlechterer Differenzierung der HNSCC-Proben zu beobachten. Zum Beispiel fand sich eine signifikant höhere Methylierung von p16 in schlecht differenzierten HNSCC und RASSF5 war wesentlich häufiger methyliert in Tumoren eines fortgeschritteneren Stadiums. Eine Methylierung von RASSF4 war nur in Patienten zu finden, die an einem Rezidiv erkrankten. Die Methylierung der Tumor-assoziierten Gene war in den untersuchten HNSCC-Zelllinien ähnlich häufig wie in den primären Tumorproben. Da die Gene, die eine hohe Methylierungsrate in den HNSCC-Proben aufwiesen, auch in einer Vielzahl der Normalgewebeproben methyliert waren, sind sie als Biomarker für HNSCC eher ungeeignet. Jedoch zeigt diese Methylierung ihre Relevanz in der Entstehung von HNSCC und könnte zur Abschätzung des Risikos einer Erkrankung an HNSCC dienen. Nur RASSF1A und RASSF4 waren in den Normalgewebsproben unmethyliert.
Häufig werden HNSCC-Patienten mit rekombinantem Erythropoietin behandelt um das Allgemeinbefinden zu verbessern. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit war deshalb, zu untersuchen, welchen Einfluss epigenetische Regulationsmechanismen auf die Genaktivität von Erythropoietin haben und wie sich die Reexpression von Erythropoietin auf das Proliferationsverhalten von HNSCC auswirkt. In dieser Arbeit zeigte sich, dass Erythropoietin sowohl in der Niere als auch in der Leber stark exprimiert wurde. Auch in der Plazenta ließ sich eine geringe Expression nachweisen. In den analysierten Krebszelllinien war die Expression im Vergleich zu der Zelllinie HepB3, die bekannt dafür war, Erythropoietin zu exprimieren, nur sehr gering und Methylierungsanalysen zeigten, dass sowohl Promotor als auch Enhancer dieser Zelllinien aber auch vieler primärer Tumore, insbesondere HNSCC-Tumore, Methylierungen aufwiesen. Aber auch die Normalgewebsproben der HNSCC-Patienten zeigten Methylierungen.
In weitergehende Untersuchungen konnte nachgewiesen werden, dass die Hypermethylierung des Erythropoietin-Gens sowohl im Promotor als auch im Enhancer eine wichtige Rolle in der Regulation der Genaktivität spielt. Des Weiteren zeigte sich in dieser Arbeit, dass es bei der Induktion der Expression von Erythropoietin durch Hypoxie zur Acetylierung des Chromatins im Promotor- und auch im Enhancer-Bereich kommt. Wahrscheinlich ist für diese Modifikation des Chromatins eine Interaktion des HIF1-Komplexes mit dem Enhancer notwendig, die jedoch durch die Methylierung der HIF1alpha-Interaktionssequenz im Erythropoietin-Enhancer unterbunden werden kann.
Reexpressionsanalysen in der HNSCC-Zelllinie Hep2 zeigten einen Proliferations-steigernden Effekt von Erythropoietin auf die Zellen sowohl unter Normoxie als auch unter Hypoxie. Eine Proliferationsteigerung in Krebszellen kann zu einem schnelleren Tumorwachstum führen, was den Tumor aggressiver machen und in einer erhöhten Invasivität und Metastasierung des Tumors resultieren kann. Aus diesem Grund sollte die Behandlung von HNSCC-Patienten mit rekombinantem Erythropoietin unter Abwägung der Vor- und Nachteile für den Patienten nochmals überdacht werden.