Identifizierung und Charakterisierung Hypoxie-abhängig regulierter Gene in Prostata-Tumorzelllinien und primären Prostata-Epithelzellen

Abstract

Die Ausbildung von hypoxischen Bereichen in soliden Tumoren stellt einen kritischen Aspekt bei dem Verlauf einer Tumorerkrankung dar. Hypoxische Tumorzellen zeichnen sich durch ein verringertes apoptotisches Potential und eine erhöhte Resistenz gegen konventionelle Therapien, wie Bestrahlung und Chemotherapie, aus. Darüber hinaus begünstigt eine Sauerstoffunterversorgung die Entstehung von weiteren zellulären Mutationen als auch die Bildung von Metastasen und trägt somit zum Fortschreiten der Tumorerkrankung bei. Das Prostata-Karzinom ist die häufigste Tumorerkrankung beim männlichen Erwachsenen und die zweithäufigste Todesursache auf Grund einer neoplastischen Erkrankung. Hypoxie in Prostata-Tumoren trägt entscheidend zur einem aggressiveren Wachstum als auch einer erschwerten Behandlung bei. Mit Hilfe der vorliegenden vergleichenden Genexpressionsstudie zwischen den Prostata- Tumorzelllinien Du145, PC3, LNCaP, 22RV1 und den primären Prostata- Epithelzellen PrEC gelang neben der Identifizierung von bekannten Hypoxie- regulierten Genen (VEGF, PDK1) auch die Beschreibung von 54 bisher nicht bekannten Hypoxie-abhängig regulierten Genen. Der Transkriptionsfaktor SOX4 konnte in dieser Arbeit erstmalig als Hypoxie-reguliert in Tumorzellen identifiziert werden. Die SOX4 mRNA zeigte in den Prostata-Tumorzelllinien Du145, LNCaP und 22RV1 eine deutliche Induktion, wohingegen keine veränderte Expression in Prostata-Primärzellen nachgewiesen werden konnte. Darüber hinaus zeigte die Reduzierung der HIF-1a mRNA mittels RNA Interferenz (RNAi) eine eindeutige Abhängigkeit zum regulatorischen Schlüsseltranskriptionsfaktor HIF- 1a unter Hypoxie. Die Blockierung der SOX4 mRNA und die anschließende Analyse des Apoptose- und Proliferationsverhaltens in LNCaP Zellen ergab ein leicht beschleunigtes Wachstum unter Hypoxie. Zur weiterführenden Charakterisierung einer Hypoxie-abhängigen SOX4 Regulation ist die Überexpression von SOX4 in Prostata-Tumorzellen unter normoxischen als auch hypoxischen Bedingungen von großem Interesse. Darüber hinaus kann die Analyse von Genexpressionsänderungen nach Verminderung oder Überexpression von SOX4 zur Identifizierung von möglichen SOX4 Zielgenen führen, welche ebenfalls für die Anpassung an hypoxische Kulturbedingungen von Bedeutung sind. So wird, wie bereits erwähnt, der Rezeptor des Wachstumsfaktor EGF sowohl unter hypoxischen Bedingungen als auch durch SOX4 selbst in seiner Expression induziert. Die Identifizierung und Charakterisierung der Hypoxie-abhängigen SOX4 Induktion kann zu einem verbesserten Verständnis über bestehende oder wenig erforschte Signaltransduktions- und Regulationsmöglichkeiten unter Hypoxie beitragen. Darüber hinaus konnte mit dieser Arbeit verdeutlicht werden, dass die Therapie von Tumorerkrankungen nicht nur vom Zelltyp oder der Malignität eines Tumors abhängt sondern auch das den Tumor umgebene Milieu für den Verlauf einer Tumorerkrankung von Bedeutung ist.

Hypoxic areas in solid tumours represent a frequent feature during tumour progression. At hypoxic conditions tumour cells show a decreased apoptotic potential and resistance against conventional therapies such as irradiation and chemotherapy. In addition, low oxygen levels lead to an increased rate of mutations and contribute to accelerated tumour progression as well as increased potential for metastasis formation. Prostate cancer is the most common tumour type of the western man and is the second cause of death following tumour development. To investigate the differential response to hypoxia of tumour cells as compared to normal cells we performed a comparative gene expression analysis in the prostate cancer cell lines DU145, PC3, LNCaP, 22RV1 and in primary prostate epithelial cells (PrEC) by Affymetrix microarray hybridisation. In addition to well known hypoxia-responsive genes such as vascular endothelial growth factor and pyruvate dehydrogenase kinase 1 we identified the developmental transcription factor and transforming oncogene sex determining region Y box 4 (SOX4) as a novel hypoxia induced gene in prostate cancer cell lines. In particular, SOX4 mRNA showed a differential induction pattern comparing prostate cancer cells and primary prostate cells: in prostate cancer cell lines subjected to hypoxic growth conditions SOX4 mRNA was induced, whereas no induction of SOX4 mRNA was observed in primary prostate epithelial cells. By RNA interference mediated shut down of the key hypoxia transcription factor “hypoxia inducible factor 1” (HIF-1), we demonstrated that increased SOX4 gene expression in prostate cancer cells at hypoxia is dependent on HIF-1. The SOX4 knockdown in LNCaP cells followed by analysis of apoptosis and proliferation shows a decreased proliferation under hypoxia. These results suggest SOX4 as a candidate gene mediating adaptation of prostate cancer cells to hypoxia. In addition this study demonstrates that cancer therapy is not only dependent on cell type or malignancy of the tumour but also on the tumour microenvironment.