Characterization of genes involved in cancer differentiation

Abstract

Cancer and differentiation are closely related biological phenomena. In order to investigate molecular events and to discover genes involved in the cancer differentiation, we developed an in vitro model that induced differentiation in lung cancer cell lines and characterized associated genes being up- regulated upon induction of differentiation. The small cell lung carcinoma (SCLC) cell line H526 and the non-small cell lung carcinoma (NSCLC) cell line H2228 were treated with the differentiation inducing agent 5-bromodeoxyuridine (BrdU). The BrdU treatment in H526 led to a dramatic morphological transformation and remarkably reduced the ability of colony formation in soft agar and suppressed the tumor growth rate in nude mice. Similarly, the treatment of H2228 led to the obvious growth suppression of the cells. After the successful construction of the cell model, the expression of three categories of genes could be observed covering growth factors like the insulin-growth factor binding protein 7 (IGFBP-7), transcription factors such as paired-like homeodomain transcript factor 1 (PITX1), lung cancer associated gene Y (LAGY), homeobox B2 (HoxB2), as well as extra- and intra-cellular adhesion molecules including Connexin 26 (Cx26), Laminin alpha 3 and epithelial V-like antigen 1 (EVA1). All these genes were remarkably up- regulated at the mRNA and/or protein level. In addition, we studied the mechanisms underlying the differential expression of IGFBP-7 and found that aberrant DNA methylation was closely related to the downregulation of IGFBP-7 in both colon cancer and lung cancer suggesting an association between aberrant gene methylation and cancer differentiation.

Krebs und Differenzierung sind eng verwandte biologische Phänomene. Um molekulare Abläufe zu erforschen und an Krebsdifferenzierung beteiligte Gene zu entdecken, haben wir ein in vitro Modell entwickelt, dass die Induktion der Differenzierung in Lungenkrebszelllinien ermöglicht. Mit diesem Modell konnten wir Gene charakterisieren, die nach Induktion der Differenzierung hochreguliert werden. Die kleinzellige Lungenkarzinomzelllinie (SCLC) H526 und die nicht-kleinzellige Lungenkarzinomzelllinie (NSCLC) H2228 wurden mit der Differenzierung induzierenden Chemikalie 5-Bromodesoxyuridin (BrdU) behandelt. Die Behandlung mit BrdU führte in H526 zu einer dramatischen morphologischen Transformation, einer bemerkenswert reduzierten Fähigkeit zur Koloniebildung in weichem Agar und verringerter Tumorwachstumsrate in Nacktmäusen. Die Behandlung von H2228 mit BrdU führte ebenfalls zu sichtbarer Wachstumsverringerung der Zellen. Nach erfolgreicher Etablierung des Zellmodells konnte die Expression von drei Gengruppen beobachtet werden, darunter Wachstumsfaktoren wie das Insulinwachstumsfaktor-bindende Protein 7 (IGFBP-7), Transkriptionsfaktoren wie der „paired-like“ Homöodomain Transkriptionsfaktor 1 (PITX1), Lungenkrebs-assoziiertes Gen Y (LAGY), Homöobox B2 (HoxB2) ebenso wie extra- und intrazelluläre Adhäsionsmoleküle, darunter Connexin 26 (Cx26), Laminin Alpha 3 und Epitheliales V-ähnliches Antigen 1 (EVA1). Die genannten Gene waren erheblich hochreguliert auf mRNA und/oder Proteinebene. Wir untersuchten zusätzlich die Mechanismen, die der differenziellen Expression von IGFBP-7 zugrunde liegen und fanden heraus, dass eine abweichende Methylierung der DNA mit einer Verringerung der Expression von IGFBP-7 sowohl in Darmals auch in Lungenkrebs einhergeht, was auf einen Zusammenhang zwischen abweichender Genmethylierung und Krebsdifferenzierung schließen lässt.