dc.contributor.author
Baradari, Viola
dc.date.accessioned
2018-06-07T19:24:19Z
dc.date.available
2008-02-13T00:00:00.649Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/6069
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-10268
dc.description
Titelblatt und Inhaltsverzeichnis
Einleitung
Material und Methoden
Ergebnisse
Diskussion
Zusammenfassung
Summary
Literaturverzeichnis
Publikationsverzeichnis
dc.description.abstract
Da die bisherigen Möglichkeiten zur Behandlung fortgeschrittener
gastrointestinaler Tumore sehr unbefriedigend sind, ist die Entwicklung und
Erforschung neuer innovativer Therapiemöglichkeiten dringend erforderlich. Der
insulinähnliche Wachstumsfaktorrezeptor 1 (IGF-1R) ist ein interessantes neues
Zielprotein für neuartige und zielgerichtete Tumortherapien. In einer Vielzahl
von Tumoren, u.a. gastrointestinale Tumore, ist der IGF-1R überexprimiert
und/oder besitzt eine unphysiologisch hohe Aktivität, die eine entscheidende
Rolle bei der Tumorentstehung und Progression spielt. Histondeacetylasen
(HDAC) gelten ebenfalls als sehr viel versprechende therapeutische
Zielstrukturen für die molekulare Tumortherapie. Im Zusammenspiel mit den
antagonistisch wirkenden Histonacetyltransferasen (HAT) kontrollieren sie das
dynamische Gleichgewicht von Acetylierung und Deacetylierung von Histonen,
welches eine wichtige Rolle bei der Regulation der Genexpression spielt. Bei
einer Vielzahl von Tumoren ist eine dysregulierte HDAC- und HAT-Aktivität
festzustellen. Derartige Störungen des zellspezifischen Acetylierungsmusters
führen u.a. zu veränderter Genexpression und tragen so zu veränderten
Proliferationsverhalten und der malignen Entartung der Zelle bei. Ziel dieser
Arbeit war es, die Wirksamkeit von therapeutisch interessanten Interventionen
zu testen, bei denen die Aktivität des IGF-1-Rezeptors bzw. von
Histondeacetylasen bei verschiedenen gastrointestinalen Tumoren inhibiert
wird, da diese bislang noch nicht in diesem Zusammenhang untersucht worden
ist. Im ersten Teil dieser Arbeit sollte die antiproliferative Wirksamkeit der
IGF-1-Rezeptor-Inhibition an drei gastrointestinalen Tumorentitäten, den
gastrointestinalen neuroendokrinen Tumoren (NET), dem hepatozellulären
Karzinom (HCC) und dem kolorektalen Karzinom (CRC) untersucht werden. Es
konnte dabei gezeigt werden, dass die Inhibition des IGF-1R durch den
spezifischen IGF-1R-Tyrosinkinaseinhibitor NVP-AEW541 signifikant das
Zellwachstum dieser drei Tumorentitäten zeit- und dosisabhängig hemmte. Die
antiproliferative Wirkung der IGF-1R-Inhibition ließ sich auch an
Primärzellkulturen humaner gastrointestinaler neuroendokriner Tumoren und
kolorektalen Karzinomen bestätigen. Primärzellkulturen wurden zusätzlich
untersucht, da sie im Vergleich zu Zelllinien ein patientennäheres
Untersuchungsmodell darstellen. Außerdem stellen sie eine Möglichkeit der
individualisierten Tumortherapie dar. Es konnte gezeigt werden, dass die
antiproliferative Wirkung der IGF-1R-Inhibition sowohl auf der Induktion von
mitochondrienvermittelter Apoptose als auch auf einem Zellzyklusarrest am
G1/S-Kontrollpunkt beruhte. Mittels Western Blot Analysen wurden die zugrunde
liegenden Expressionsveränderungen apoptose- und zellzyklusrelevanter Proteine
dargestellt, die an der antiproliferativen Wirkung beteiligt waren. Das
proapoptotische Protein Bax war hochreguliert, während das antiapoptotische
Protein Bcl-2 supprimiert wurde. Außerdem waren die beiden
Zellzyklusinhibitoren p21Waf1/Cip1 und p27Kip1 überexprimiert, während die
Expression des Zellzykluspromoters Cyclin D1 inhibiert wurde. Weiterhin konnte
durch die IGF-1R-Inhibition eine Unterbrechung bzw. Herunterregulierung des
Ras-Raf-MAPK- und des PI3-K-Signalwegs demonstriert werden. Durch die
Aufklärung der Wirkmechanismen von IGF-1R-Inhibitoren und der
Charakterisierung der beteiligten Signaltransduktionswege konnten wichtige
Erkenntnisse für kombinationstherapeutische Ansätze abgeleitet werden. In
entsprechenden Kombinationsexperimenten konnte so auch gezeigt werden, dass
durch simultane Applikation von IGF-1R-Inhibitoren und konventionellen
Zytostatika eine (über-)additive Verstärkung der antiproliferativen Effekte
erzielt werden kann. Auch eine kombinierte Blockade der miteinander
interagierenden Wachstumsfaktorrezeptoren, IGF-1R und des epidermalen
Wachstumsfaktorrezeptors (EGFR) wurde evaluiert. Es zeigte sich, dass die
simultane Inhibition von IGF-1R und EGFR zu einer synergistischen
Wirkungsverstärkung der antiproliferativen Effekte führte. Der zweite Teil
dieser Arbeit befasste sich mit der Wirksamkeit einer Inhibition von
Histondeacetylasen (HDAC) auf das Wachstum gastrointestinaler neuroendokriner
Tumore und cholangiozellulärer Karzinomzellen. Der Großteil der Anti-HDAC-
Untersuchungen wurde mit dem neuen synthetischen Benzamid MS-275 durchgeführt.
Zusätzlich wurde ein Teil der Untersuchungen auch mit zwei natürlich
vorkommenden Vertretern aus anderen Gruppen von HDAC-Inhibitoren, nämlich
Trichostatin A und Natriumbutyrat, durchgeführt. Es konnte gezeigt werden,
dass eine Inhibition der Histondeacetylasen durch die verschiedenen HDAC-
Inhibitoren das Wachstum von neuroendokrinen und cholangiozellulären
Karzinomzellen signifikant inhibiert, und dass daran Apoptose und
Zellzyklusmodulationen beteiligt sind. Die HDAC-Inhibitor-induzierte Apoptose
war durch eine erhöhte Aktivität der Caspase-3 und einer Fragmentierung der
DNA charakterisiert. Die Modulationen des Zellzyklus durch HDAC-Inhibitoren
führten in allen Zelllinien zu einem signifikanten G1/S-Arrest.
Interessanterweise zeigte sich dabei, dass der Wirkungsmechanismus der
Histondeacetylase-Inhibitoren zelltypspezifische Unterschiede aufwies, die in
einem Teil der untersuchten Zelllinien neben dem Arrest in der G1/S-Phase des
Zellzyklus zu einem zusätzlichen G2/M-Arrest führten. Auch auf der
Proteinebene zeigten sich zelltypspezifische Unterschiede bei der Expression
von apoptoserelevanten und zellzyklusregulierenden Proteinen. So wurde
beispielsweise die Expression von antiapoptotischen Bcl-2 sowohl bei
cholangiozellulären Karzinomen (CCC)-Zellen als auch bei neuroendokrinen
Tumoren (NET)-Zellen supprimiert, während die Expression von proapoptotischen
Bax nur bei CCC-Zellen hochreguliert wurde. Kombinationstherapeutische Ansätze
von HDAC-Inhibitoren mit konventionellen Zytostatika und anderen neuen
Antitumormedikamenten führten zu einer additiven Wirkungsverstärkung.
Besonders wirkungsvoll waren dabei die Kombinationen des HDAC-Inhibitors
MS-275 mit dem Multi-Kinase-Inhibitor Sorafenib oder mit dem
Proteasominhibitor Bortezomib, die zu synergistischen Wachstumsinhibitionen
führten. Die vorliegenden Untersuchungen belegen, dass die Inhibition des
insulin-ähnlichen Wachstumsfaktorrezeptors 1 (IGF-1R) sowie die Inhibition von
Histondeacetylasen (HDAC) neuartige und viel versprechende Ansätze zur
zielgerichteten Therapie fortgeschrittener, gastrointestinaler Tumore
darstellen. Die mögliche klinische Anwendung der hier vorgestellten Ansätze
sollte aufgrund der sehr viel versprechenden in vitro-Ergebnisse künftig durch
in vivo-Untersuchungen und klinische Studien evaluiert werden.
de
dc.description.abstract
Treatment options of advanced gastrointestial tumors are limited and
unsatisfactory. Research and development of new innovative tumor therapies is
therefore urgently needed. The insulin-like growth factor receptor 1 (IGF-1R)
is a new and interesting target for innovative and targeted cancer therapy. In
many human tumors including gastrointestinal tumors the IGF-1R is
overexpressed and/or over-activated, which has been demonstrated to contribute
to tumorigenesis and tumor progession. Histone deacetylases are recognized to
be promising targets for molecular tumor therapy. The equilibrium of steady
state acetylation of the histones is tightly controlled by antagonistic
effects of histone acetyltransferases (HATs) and HDACs and is known to play an
important role in the regulation of gene transcription. In a variety of tumors
the activity of HDACs and HATs is dysregulated. Disruptions of the equilibrium
of histone acetylation and deacetylation leads to an abberant expression of
mitooncogenic genes thereby mediating tumor cell proliferation and
tumorigenesis. This study was aimed to evaluate the potency of therapeutic
interventions by an inhibition of the activity of the IGF-1R and the histone
deacetylase activity respectively in several gastrointestinal tumors, as this
has not yet been tested . In the first part of this work the antiproliferative
effects of an IGF-1R inhibition in three gastrointestinal tumor entities,
gastrointestinal neuroendocrine tumors (NET), hepatocellular carcinoma (HCC)
and colorectal carcinoma (CRC), were investigated. In vitro studies in cell
line models revealed that inhibition of IGF-1R by the specific IGF-1R tyrosine
kinase inhibitor NVP-AEW541 significantly inhibited cell growth of all three
gastrointestinal tumor models in a time- and dose-dependent manner.
Antineoplastic effects of NVP-AEW541 were also detected in primary cultures of
human NET and CRC, which were investigated in order to have a clinically more
relevant cell model as compared to commercially available cell lines. In
addition, they form the basis for an individualized tumor therapy. The
antiproliferative effects of IGF-1R inhibition were found to be based on the
induction of mitochondria-dependent apoptosis and an arrest of the cell cycle
at the G1/S-checkpoint. Western blot analyses revealed respective changes of
the expression pattern of apoptosis- and cell cycle- relevant proteins. In
this respect the proapoptotic protein Bax was upregulated while antiapoptotic
Bcl-2 was suppressed. Moreover, the two cell cycle inhibitors p21Waf1/Cip1 and
p27Kip1 were overexpressed whereas the expression of the cell cycle promoter
cyclin D1 was inhibited. Furthermore it could be demonstrated that IGF-1R
inhibition causes downregulation of the Ras-Raf-MAPK- and the PI3-K signalling
pathway. The in-depth characterization of the signalling events and pathways
which were causative for the observed antineoplastic effects of the IGF-1R
inhibition provided a rational for combination therapies. Combination
treatment proved that coapplication of IGF-1R inhibitors with conventional
cytostatics result in additive to even overadditive growth inhibition of
gastrointestinal tumor cells. Since IGF-1R is known to interact with the
epidermal growth factor receptor, the effect of targeting both the EGFR as
well as IGF-1R by combination treatment was evaluated, too. In fact, the
simultaneous inhibition of IGF-1R and EGFR enhanced the antiproliferative
effect as compared to the effect of either agent alone. The second part of
this work was to evaluate the effect of histone deacetylase (HDAC) inhibition
on the growth of gastrointestinal neuroendocrine tumors (NET) and
cholangiocarcinoma (CCC) cells. The anti-HDAC investigations were mainly
performed with the synthetic benzamide MS-275. Additionally, a part of the
investigations was also performed with two other, naturally occurring HDAC
inhibitors, namely trichostatin A and sodium butyrate. All HDAC inhibitors
exerted significant antiproliferative effects both in NET as well as in CCC
cells by inducing apoptosis and interfering with cell cycle progression. HDAC
inhibitor-induced apoptosis was characterized by activation of caspase-3 and
subsequent DNA fragmentation. HDAC inhibition resulted in a significant cell
cycle arrest at the G1-S checkpoint in all investigated cell lines.
Interestingly, some of the investigated cell lines showed an additional G2/M
arrest revealing cell type specific mode of action of HDAC inhibitors.
Investigations of the expression pattern of apoptosis- and cell cycle-relevant
proteins confirmed the cell type specific differences. For instance,
expression of antiapoptotic Bcl-2 was dowregulated both in NET as well as in
CCC cells, while proapoptotic Bax was solely upregulated in CCC cells.
Combination treatment of HDAC inhibitors with conventional cytostatics or new,
targeted anticancer agents respectively resulted in (over-)additive growth
inhibitory effects. Especially combinations of the HDAC inhibitor MS-275 with
the multi-kinase inhibitor sorafenib or the proteasome inhibitor bortezomib
were highly effective both leading to synergistic growth inhibition. To
conclude, the data of this work show that inhibition of the insulin-like
growth factor receptor 1 (IGF-1R) and also those of histone deacetylases
(HDAC) represent two novel promising approaches for the treatment of advanced
gastrointestinal tumors. In light of the encouraging in vitro-data, these
innovative therapeutic concepts should be evaluated in vivo and in clinical
studies in the future.
en
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
IGF-1 receptor inhibition
dc.subject
histone deacetylase inhibition
dc.subject
gastrointestinal tumors
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::570 Biowissenschaften; Biologie::570 Biowissenschaften; Biologie
dc.title
Der insulinähnliche Wachstumsfaktorrrezeptor 1 (IGF-1R) und Histondeacetylasen
(HDAC) als Zielstrukturen für innovative Therapieansätze bei
gastrointestinalen Tumoren
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Rupert Mutzel
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Hans Scherübl
dc.date.accepted
2008-02-08
dc.date.embargoEnd
2008-02-15
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000003535-4
dc.title.translated
The insulin-like growth factor receptor 1 (IGF-1R) and histone deacetylases
(HDAC) as promising targets for the treatment of gastrointestinal tumors
en
refubium.affiliation
Biologie, Chemie, Pharmazie
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000003535
refubium.mycore.transfer
http://www.diss.fu-berlin.de/2008/123/
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000003535
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free
dcterms.accessRights.openaire
open access