HPV16 Oncoproteins Induce MMPs/RECK-TIMP-2 Imbalance in Primary Keratinocytes: Possible Implications in Cervical Carcinogenesis

Cervical cancer is the third most common cancer in women worldwide. Persistent infection with high-risk HPV types, principally HPV16 and 18 is the main risk factor for the development of this malignancy. However, the onset of invasive tumor occurs many years after initial exposure in a minority of infected women. This suggests that other factors beyond viral infection are necessary for tumor establishment and progression. Tumor progression is characterized by an increase in secretion and activation of matrix metalloproteinases (MMPs) produced by either the tumor cells themselves or tumor-associated fibroblasts or macrophages. Increased MMPs expression, including MMP-2, MMP-9 and MT1-MMP, has been observed during cervical carcinoma progression. These proteins have been associated with degradation of ECM components, tumor invasion, metastasis and recurrence. However, few studies have evaluated the interplay between HPV infection and the expression and activity of MMPs and their regulators in cervical cancer. We analyzed the effect of HPV16 oncoproteins on the expression and activity of MMP-2, MMP-9, MT1-MMP, and their inhibitors TIMP-2 and RECK in cultures of human keratinocytes. We observed that E7 expression is associated with increased pro-MMP-9 activity in the epithelial component of organotypic cultures, while E6 and E7 oncoproteins co-expression down-regulates RECK and TIMP-2 levels in organotypic and monolayers cultures. Finally, a study conducted in human cervical tissues showed a decrease in RECK expression levels in precancer and cancer lesions. Our results indicate that HPV oncoproteins promote MMPs/ RECK-TIMP-2 imbalance which may be involved in HPV-associated lesions outcome.

In vitro cytotoxicity of Selol-loaded magnetic nanocapsules against neoplastic cell lines under AC magnetic field activation

The goals of this study are to evaluate in vitro compatibility of magnetic nanomaterials and their therapeutic potential against cancer cells. Highly stable ionic magnetic fluid sample (maghemite, gamma-Fe2O3) and Selol were incorporated into polymeric nanocapsules by nanoprecipitation method. The cytotoxic effect of Selol-loaded magnetic nanocapsules was assessed on murine melanoma (B16-F10) and oral squamous cell carcinoma (OSCC) cell lines following AC magnetic field application. The influence of different nanocapsules on cell viability was investigated by colorimetric MTT 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl tetrazolium bromide assay. In the absence of AC magnetic field Selol-loaded magnetic nanocapsules, containing 100 mu g/mL Selol plus 5 x 10(12) particle/mL, showed antitumoral activity of about 50% on B16-F10 melanoma cells while OSCC carcinoma cells demonstrated drug resistance at all concentrations of Selol and magnetic fluid (range of 100-500 mu g/mL Selol and 5 x 10(12) -2.5 x 10(13) particle/mL). On the other hand, under AC applied fields (1 MHz and 40 Oe amplitude) B16-F10 cell viability was reduced down to 40.5% (+/- 3.33) at the highest concentration of nanoencapsulated Selol. The major effect, however, was observed on OSCC cells since the cell viability drops down to about 33.3% (+/- 0.38) under application of AC magnetic field. These findings clearly indicate that the Selol-loaded magnetic nanocapsules present different toxic effects on neoplastic cell lines. Further, the cytotoxic effect was maximized under AC magnetic field application on OSCC, which emphasizes the effectiveness of the magnetohyperthermia approach. (C) 2012 American Institute of Physics. [doi: 10.1063/1.3680541]

Development of a recombinant fusion protein based on the dynein light chain LC8 for non-viral gene delivery

The low efficiency of gene transfer is a recurrent problem in DNA vaccine development and gene therapy studies using non-viral vectors such as plasmid DNA (pDNA). This is mainly due to the fact that during their traffic to the target cell's nuclei, plasmid vectors must overcome a series of physical, enzymatic and diffusional barriers. The main objective of this work is the development of recombinant proteins specifically designed for pDNA delivery, which take advantage of molecular motors like dynein, for the transport of cargos from the periphery to the centrosome of mammalian cells. A DNA binding sequence was fused to the N-terminus of the recombinant human dynein light chain LC8. Expression studies indicated that the fusion protein was correctly expressed in soluble form using E. coli BL21(DE3) strain. As expected, gel permeation assays found the purified protein mainly present as dimers, the functional oligomeric state of LC8. Gel retardation assays and atomic force microscopy proved the ability of the fusion protein to interact and condense pDNA. Zeta potential measurements indicated that LC8 with DNA binding domain (LD4) has an enhanced capacity to interact and condense pDNA, generating positively charged complexes. Transfection of cultured HeLa cells confirmed the ability of the LD4 to facilitate pDNA uptake and indicate the involvement of the retrograde transport in the intracellular trafficking of pDNA: LD4 complexes. Finally, cytotoxicity studies demonstrated a very low toxicity of the fusion protein vector, indicating the potential for in vivo applications. The study presented here is part of an effort to develop new modular shuttle proteins able to take advantage of strategies used by viruses to infect mammalian cells, aiming to provide new tools for gene therapy and DNA vaccination studies. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Cytotoxicity of cashew flavonoids towards malignant cell lines

The leaves of the Cashew plant (Anacardium occidentale L.) are used by the folk medicine in South America and West Africa. This plant is rich in flavonoids, which are polyphenolic compounds widespread in plants, and that have diverse physiological effects. In a sub-acute toxicity assay it was found that an ethanolic extract of Cashew leaves elicited lymphopenia in rats. The extract was also found to be cytotoxic and to induce apoptosis in Jurkat (acute lymphoblastic leukemia) cells. The crude ethanolic extract was fractionated and resolved by HPLC. One of the four fractions obtained led to the isolation of the biflavonoid agasthisflavone. [H-3]-thymidine incorporation assays and flow cytometry analysis showed that the isolated compound displayed a high anti-proliferative effect in Jurkat cells with an IC50 of 2.4 mu g/ml (4.45 mu M). The effect of agathisflavone on the acute promyelocytic leukemia cell line HL60, Burkitt lymphoma Raji cells and Hep-2 laryngeal carcinoma cells was also tested. The two latter ones were only mildly affected by agathisflavone. It is also shown that agathisflavone induces apoptosis in Jurkat cells and it this proposed that this is the likely mechanism of agathisflavone specific cytotoxicity. (C) 2010 Elsevier GmbH. All rights reserved.

Free Rhodium (II) citrate and rhodium (II) citrate magnetic carriers as potential strategies for breast cancer therapy

Abstract Background Rhodium (II) citrate (Rh2(H2cit)4) has significant antitumor, cytotoxic, and cytostatic activity on Ehrlich ascite tumor. Although toxic to normal cells, its lower toxicity when compared to carboxylate analogues of rhodium (II) indicates Rh2(H2cit)4 as a promising agent for chemotherapy. Nevertheless, few studies have been performed to explore this potential. Superparamagnetic particles of iron oxide (SPIOs) represent an attractive platform as carriers in drug delivery systems (DDS) because they can present greater specificity to tumor cells than normal cells. Thus, the association between Rh2(H2cit)4 and SPIOs can represent a strategy to enhance the former's therapeutic action. In this work, we report the cytotoxicity of free rhodium (II) citrate (Rh2(H2cit)4) and rhodium (II) citrate-loaded maghemite nanoparticles or magnetoliposomes, used as drug delivery systems, on both normal and carcinoma breast cell cultures. Results Treatment with free Rh2(H2cit)4 induced cytotoxicity that was dependent on dose, time, and cell line. The IC50 values showed that this effect was more intense on breast normal cells (MCF-10A) than on breast carcinoma cells (MCF-7 and 4T1). However, the treatment with 50 μM Rh2(H2cit)4-loaded maghemite nanoparticles (Magh-Rh2(H2cit)4) and Rh2(H2cit)4-loaded magnetoliposomes (Lip-Magh-Rh2(H2cit)4) induced a higher cytotoxicity on MCF-7 and 4T1 than on MCF-10A (p < 0.05). These treatments enhanced cytotoxicity up to 4.6 times. These cytotoxic effects, induced by free Rh2(H2cit)4, were evidenced by morphological alterations such as nuclear fragmentation, membrane blebbing and phosphatidylserine exposure, reduction of actin filaments, mitochondrial condensation and an increase in number of vacuoles, suggesting that Rh2(H2cit)4 induces cell death by apoptosis. Conclusions The treatment with rhodium (II) citrate-loaded maghemite nanoparticles and magnetoliposomes induced more specific cytotoxicity on breast carcinoma cells than on breast normal cells, which is the opposite of the results observed with free Rh2(H2cit)4 treatment. Thus, magnetic nanoparticles represent an attractive platform as carriers in Rh2(H2cit)4 delivery systems, since they can act preferentially in tumor cells. Therefore, these nanopaticulate systems may be explored as a potential tool for chemotherapy drug development.

Untersuchung der TNF-alpha vermittelten IFN-beta Signaltransduktion in malignen und nicht-malignen HPV positiven Zellen

Bestimmte humane Papillomviren sind an der Entstehung von Zervixkarzinomen beteiligt. In dieser Arbeit wird gezeigt, daß maligne HPV-positive Zellen ihre Fähigkeit zur Induktion von endogenem IFN-beta nach TNF-alpha verloren haben. Durch Infektion mit Encephalomyocarditis Virus (EMCV) oder Vesicular Stomatitis Virus (VSV) wurde die Induzierbarkeit des endogenen IFN-beta durch TNF-alpha in nicht-tumorigenen Zellen bestätigt. Alle malignen Zellinien zeigten eine intakte IFN Signaltransduktion, wenn Typ I oder Typ II Interferone exogen supplementiert wurden. Dies zeigt, daß in tumorigenen Zervixkarzinomzellen die Kommunikation zwischen TNF-alpha und IFN-beta

Elektrophysiologische Charakterisierung und PKC-vermittelte Regulation des humanen Transporters für basische Aminosäuren hCAT-1

ZusammenfassungDer humane kationische Aminosäure-Transporter hCAT-1 (CAT für cationic amino acid transporter) gehört zur Familie der Na+- und pH-unabhängigen Transporter für basische Aminosäuren (BAS). Die vorliegende Arbeit befasst sich mit unterschiedlichen Aspekten des hCAT-1-vermittelten Transportes, die in zwei Teilabschnitten behandelt werden. Im ersten Abschnitt wurden die Transporteigenschaften von hCAT-1-exprimierenden X. laevis-Oozyten mit Hilfe von elektrophysiologischen Methoden untersucht und mit denen der Isoformen hCAT-2A und -2B verglichen. Dabei zeigte sich, dass es durch die Expression von hCAT-2A und -2B in Oozyten zur Bildung eines BAS-Potentiales kommt, jedoch nicht durch die Expression von hCAT-1. Hierfür dürfte die hohe Transstimulierbarkeit des hCAT-1-Proteins verantwortlich sein. Obwohl das Membranpotential einer Zelle die Akkumulation von BAS durch die hCAT-Proteine beeinflusst, war bei sehr hohen extrazellulären BAS-Konzentrationen die Akkumulation durch hCAT-1 und -2B im Gegensatz zu hCAT-2A nicht vom Membranpotential abhängig, da unter diesen Bedingungen der Efflux limitierend wirkte. Mit Hilfe der voltage clamp-Methode wurden die L-Arginin-induzierten Maximalströme (Vmax) und die Leitfähigkeiten der hCAT-Proteine bestimmt. Die so ermittelten Vmax-Werte sind nur halb so groß wie die durch Flux-Studien bestimmten. Daher muss von einem Gegentransport an positiver Ladung (Substrat) ausgegangen werden. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass die hCAT-Isoformen zwei unterschiedliche Leitfähigkeitszustände für BAS besitzen, die von der intrazellulären BAS-Konzentration abhängig sind. Eine Leitfähigkeitszunahme durch Zugabe von extrazellulärem L-Arginin konnte bei allen hCAT-Isoformen in depletierten Oozyten beobachtet werden. In BAS-beladenen Oozyten führte die Zugabe von L-Arginin dagegen zu keiner (hCAT-1 und hCAT-2B) bzw. zu einer geringen (hCAT-2A) Zunahme der Leitfähigkeit der Transporter. Im Substratgleichgewicht jedoch nahm die Leitfähigkeit der drei untersuchten hCAT-Isoformen in Abhängigkeit von der Substratkonzentration zu. Überraschenderweise wurden für die untersuchten hCAT-Isoformen Leck-Ströme in Abwesenheit von BAS nachgewiesen. An hCAT-2B-exprimierenden Oozyten wurde eine erhöhte Leitfähigkeit für K+-Ionen gezeigt. Die physiologische Bedeutung dieser Kanalfunktion ist jedoch noch völlig ungeklärt. Im zweiten Abschnitt wurde der Mechanismus der Proteinkinase C (PKC)-vermittelten Inhibition der hCAT-1-Transportaktivität untersucht. Hierfür wurden hCAT-1.EGFP-Konstrukte in Oozyten und in U373MG Glioblastom-Zellen exprimiert. Mit Hilfe konfokaler Mikroskopie und Western-Blot-Analysen von biotinylierten Zelloberflächen-Proteinen wurde gezeigt, dass die PKC-vermittelte Reduktion der hCAT-1-Transportaktivität auf einer Reduktion der hCAT-Expression an der Zelloberfläche beruht. Ähnliche Ergebnisse wurden auch mit dem endogen in humanen DLD-1 Kolonkarzinom-Zellen exprimierten hCAT-1 erzielt. Der PKC-Effekt war auch noch nach Entfernung der putativen PKC-Erkennungsstellen am hCAT-1-Protein vorhanden. Daher reguliert die PKC die hCAT-1-Transportaktivität vermutlich über einen indirekten Mechanismus, d. h. nicht über eine direkte Phosphorylierung des hCAT-1-Proteins. Die Veränderung der Zelloberflächenexpression stellt einen neuen Regulationsmechanismus für die CAT-Proteine dar, der erklären kann, warum sich Modifikationen in der CAT-Proteinexpression oft nicht in entsprechenden Veränderungen der Transportaktivität widerspiegeln.

Ruolo dei recettori degli estrogeni nella trasduzione del segnale nella neoplasia ovarica

Oestrogen induction of cell proliferation is critical in carcinogenesis of gynaecologic tissues. The effects of oestrogens are mediated by Oestrogen receptor (ER) ERα and ERβ, which are members of the nuclear steroid receptor superfamily. The balance between the ERα/ERβ levels seems critical during carcinogenesis due to their different role in proliferation and apoptosis. SERMs are a class of drugs targeting ERs used especially in the treatment of breast cancer, that despite their usefulness, cause side effects. Therefore, it’s important to develop new active molecules without side effects. In a previous work Andreani et al.(2007) investigated the antitumor activity of a new class of indole-derivatives in 60 different human cancer cell lines. In particular they noted that compound named 3L was able to induce a strong antiproliferative effect in cell lines derived from breast, cervix, ovary ,CNS and colon. The aim of this thesis is to characterize the biological effect in ovarian carcinoma cells (IGROV-1), colon adenocarcinoma cells (HT29), cervix adenocarcinoma cells (HelaS3) and breast cancer cells (MCF7). Among the effect exerted on the other cell lines, the most interesting is the cytostatic effect on IGROV-1. In order to identify the 3L molecular target we monitored the 3L concentration in the IGROV-1 nuclear fractions. The analysis revealed that the drug localizes in the nucleus starting from 6 hrs after treatment, suggesting a nuclear target. The stimulation with oestrogen did not increase the proliferation rate in 3L treated cells, suggesting a possible involvement with oestrogen receptors. Due to the 3L fluorescent properties, we demonstrated a colocalization between the ER and the 3L compound. In particular, a chromatin binding assay revealed the presence of a 3L-ERβ complex bound to DNA, interaction that may be the cause of the observed antiproliferative effect.

Synthese von amphiphilen Bürstenpolymeren mit Kern-Schale-Architektur und Untersuchungen zur Verkapselung von hydrophilen Modellsubstanzen

Die dieser Arbeit zugrundeliegenden Nanopartikel wurden mittels der Makromonomer-Strategie aus polymerisierbaren Polystyrol-b-Poly(2-vinylpyridin) Oligomeren dargestellt. Die Bürstenpolymere besitzen eine polare PS-Schale und einen polaren Kern (P2VP), dessen Polarität durch Quaternisierung deutlich erhöht werden kann. Die Bürstenpolymere weisen bei Molmassen um 400 - 800 kg/mol einen Teilchendurchmesser von ca. 15 - 20 nm auf. Die Nanopartikel eignen sich dazu, hydrophile Farbstoffe in unpolaren Lösungsmitteln zu solubilisieren. Durch spektroskopische Untersuchungen wurden in Abhängigkeit der chemischen Struktur und der Bürstenpolymere Beladungsgrade von über 1 g Farbstoff pro Gramm Polymer ermittelt. Die Beladung der Nanopartikel folgt hierbei einer nichttrivialen Kinetik, was möglicherweise durch eine wasserinduzierte Überstrukturbildung während der Beladung bedingt ist. Mittels isothermer Titrationskalorimetrie konnten die Wechselwirkungen zwischen polymeren Substrat und niedermolekularen Liganden genauer charakterisiert werden. Teilweise werden hierbei zweistufige Titrationsverläufe und "überstöchiometrische" Beladung der Bürstenpolymere beobachtet. Den Hauptbeitrag zur Wechselwirkung liefert hierbei die exotherme Wechselwirkung zwischen basischen Polymer und saurem Farbstoff. Die hohe Farbstoffbeladung führt zur deutlichen Vergrößerung der einzelnen Nanopartikel, was sowohl in Lösung durch Lichtstreu-Techniken als auch auf Oberflächen mit Hilfe des AFM zu beobachten ist. Durch Untersuchungen mit der analytischen Ultrazentrifuge konnte nachgewiesen werden, dass sich der eingelagerte Farbstoff in einem Polaritäts-abhängigen Gleichgewicht mit der Umgebung steht, er somit auch wieder aus den Nanopartikeln freigesetzt werden kann. Darüberhinaus wurden im Rahmen der Arbeit erste Erfolge bei der Synthese von wasserlöslichen Nanopartikeln mit Poly(2-vinylpyridin)-Kern erzielt. Als hierfür geeignet stellte sich eine Synthesestrategie heraus, bei der zunächst ein Bürstenpolymer mit P2VP-Seitenketten dargestellt und dieses anschließend mit geeignet funktionalisierten Polyethylenoxid-Ketten zum Kern-Schale Teilchen umgesetzt wurde. Neben Untersuchungen zum Mizellisierungsverhalten von PEO-b-P2VP Makromonomeren wurden deren Aggregate in Wasser hinsichtlich ihrer Zelltoxizität durch in-vitro Experimente an C26-Mäusekarzinom-Zellen charakterisiert. Die extrem geringe Toxizität macht das PEO-P2VP System zu einem potentiellen Kandidaten für drug-delivery Anwendungen. Besonders die pH-abhängige Löslichkeitsänderung des Poly(2-vinylpyridin) erscheint hierbei besonders interessant.

Einfluss einer Schwerionenbestrahlung auf das Migrationsverhalten von Tumorzellen

Die Bildung von Metastasen und Rezidiven stellt ein großes Problem für eine erfolgreiche Therapie solider maligner Tumoren dar. Dabei ist die Rolle der angewendeten Therapiever-fahren in der Induktion metastasierender Zellen vor allem für eine Schwerionentherapie noch weitestgehend unklar. Die für die Metastasierung entscheidende Tumorzellmigration wurde daher unter dem Einfluss von Röntgen- und Schwerionenstrahlung untersuchen. Dazu wurden drei humane Tumorzelllinien (Gliomzelllinie U87 und kolorektale Zelllinien HCT116 und HCT116 p21-/-) unter standardisierten Bedingungen in einer Boydenkammer direkt und 24 Stunden nach Bestrahlung in vitro auf ihr Migrationsverhalten untersucht. Um mögliche Än-derungen migrationsrelevanter Proteine zu bestimmen, wurden zu denselben Zeitpunkten Zelllysate hergestellt und die Expression der Integrine b1 und b3 sowie der Proteinkinase B Isoformen Akt1 und Akt2 und deren Phosphorylierung untersucht. Gezeigt werden konnten sowohl zelllinien- als auch strahlenspezifische Unterschiede in der Migration und der Proteinexpressionen. Dabei konnten die beobachteten Migrationsänderungen nur zum Teil (vor allem nach Röntgenbestrahlung) durch die veränderte Expressionen der untersuchten Proteine erklärt werden. Daher ist zu vermuten, dass den strahleninduzierten Veränderungen der Migration der verwendeten Zelllinien verschiedene Mechanis-men zugrunde liegen, die auf der Expression unterschiedlicher Proteine beruhen. Bestrahlungen mit 12C-Ionen scheinen prinzipiell andere Expressionsmuster zu induzieren als konventionelle Strahlung und die hier untersuchten Proteine in der Migration der Zellen daher nur eine untergeordnete Rolle zu spielen. Auffällig waren die deutlich zelllinienspezifischen Unterschiede in der Migration nach Röntgenbestrahlung. Dort wurde ein zum Teil erhöhtes Migrationspotential nach klinisch relevanten Bestrahlungsdosen von U87 Gliomzellen festgestellt. Die Migrationsaktivität von kolorektalen Zelllinien hingegen nahm nach Bestrahlung ab. Nach Schwerionenbestrahlung wurden für alle Zelllinien signifikante Abnahmen der Migration festgestellt. Die hier erhaltenen Ergebnisse können aufgrund einer Vielzahl pro- und antimigratorischer Signale im Tumorgewebe nicht direkt in die in vivo Situation übertragen werden, doch können sie durchaus als Hinweise für die Abschätzung eines veränderten Metastasierungsrisikos dienen. Für kolorektale Zellen, unabhängig von ihrem p21-Status scheint eine Behandlung mit Röntgenstrahlen eher nicht mit einem erhöhten Migrationsrisiko einherzugehen. Anders ist dies bei den hier untersuchten Gliomzellen U87. Hier kann ein strahleninduziertes Metastasierungsrisiko aufgrund der erzielten Ergebnisse keinesfalls ausgeschlossen werden. Aus dieser Sicht scheint eine Behandlung von Gliomen mit 12C-Ionen vorteilhafter, da eine sehr gute reproduzierbare strahlenvermittelte Migrationshemmung beobachtet wurde.

Pharmakologische Hemmung strahleninduzierter Tumorzell-Endothelzell-Interaktionen in vitro und Metastasierungsprozesse in vivo

Exposition von Endothelzellen mit ionisierender Strahlung (IR) oder Behandlung mit inflammatorischen Zytokinen (z. B. TNFa) induziert über eine Rho-GTPasen abhängige NF-kB-Aktivierung die Expression verschiedener Zelladhäsionsmoleküle, u. a. auch von E-Selektin. E-Selektin vermittelt die Adhäsion von Tumorzellen (TC) an Endothelzellen und ist daher vermutlich an der Extravasation von zirkulierenden Tumorzellen beteiligt. HMG-CoA-Reduktase-Inhibitoren (Statine), welche eine breite klinische Anwendung als Lipidsenker erfahren, sind in der Lage, Rho-GTPasen und die durch sie vermittelten Signalwege zu hemmen. Daher sollten Statine wie Lovastatin auch Zell-Zell-Adhäsionsvorgänge beeinflussen. Die vorliegende Arbeit widmet sich den Mechanismen, mit denen IR und TNF in Endothel- und/oder Tumorzellen pro-adhäsive Faktoren induzieren können und ob diese Effekte durch Lovastatin beeinflussbar sind. Zu diesem Zweck wurde mittels eines ELISA-basierenden Zelladhäsions-Assays die Auswirkung von IR und TNF auf Zell-Zell-Kontakte zwischen humanen Tumorzellen (u. a. Kolonkarzinomzellen (HT29)) und humanen, venösen Nabelschnurendothelzellen (HUVEC) analysiert. Zudem wurden die Effekte einer Lovastatinvorbehandlung von TC und/oder HUVEC auf TC-HUVEC-Adhäsion untersucht. Des Weiteren wurden die Wirkungen des sLex-Mimetikums Glycyrrhizin und des Rac1-spezifischen „small-molecule“ Inhibitors NSC23766 auf TC-HUVEC-Adhäsion überprüft. Zusätzlich wurde die strahleninduzierbare mRNA-Expression von diversen Zelladhäsionsmolekülen, Metastasierungsfaktoren und DNA-Reparatur-Genen mittels qRT-PCR (Real-Time Analysen) quantitativ erfasst. Um die erhaltenen in vitro Ergebnisse auch in vivo zu bestätigen, untersuchten wir den Effekt einer Ganzkörperbestrahlung (TBI) von BALB/c-Mäusen auf die Expression von pro-adhäsiven Faktoren. Zur Analyse der Tumorzell-Extravasation wurden Tumorzellen in die laterale Schwanzvene immundefizienter Mäuse injiziert und anschließend eine Ganzkörperbestrahlung durchgeführt (4 Gy). Nach einer Wartezeit von 4 Wochen wurde ein erhöhtes Auftreten von Lungenmetastasen beobachtet, welches durch Vorbehandlung der Tiere mit Statinen, NSC23766 oder Glycyrrhizin blockiert werden konnte. Zusammenfassend konnte somit ein Einfluss von IR auf die Expression verschiedener Zelladhäsionsmoleküle in vitro und auf die Extravasation zirkulierender Tumorzellen in vivo festgestellt werden. Diese pro-metastatischen Strahleneffekte konnten durch pharmakologische Hemmung Rho-regulierter Signalwege abgeschwächt werden.

Einfluss des Calcium-sensitiven Rezeptors auf knochenspezifische Metastasierungsprozesse des Nierenzellkarzinoms

Der Grund für die schlechte Prognose beim Nierenzellkarzinom (NZK) stellt nicht der Primärtumor dar sondern ist vielmehr der häufigen Ausbildung von Fernmetastasen geschuldet. Etwa 30 % aller Patienten mit fortgeschrittenem NZK bilden dabei Metastasen in den Knochen aus. Das Knochenmilieu scheint, aufgrund der hohen Frequenz der knochenspezifischen Metastasierung, einen idealen Wachstumslokus für die Nierenkarzinomzellen dazustellen und rückte in der jüngsten Vergangenheit in den Fokus der Forschung. Dabei konnte der Calcium-sensitive Rezeptor (CaSR), der im gesunden Gewebe die Konzentration der extrazellulären Calcium-Ionen reguliert und besonders in der Niere von Bedeutung ist, mit der Metastasierung in die Knochen in Zusammenhang gebracht werden. Die Knochen stellen im Körper das Organ mit der höchsten Calcium-Konzentration dar. Durch ständigen Knochenmetabolismus werden Calcium-Ionen freigesetzt, welche CaSR-exprimierende Zellen aktivieren können. Aus diesem Grund wurden im Zusammenhang mit dieser Arbeit Nierenkarzinomzellen (786 O) sowie gesunde Nierenzellen (HEK 293) mit dem Gen des CaSR transfiziert und anschließend unter dem Einfluss von Calcium (10 mM – 30 Min.), einem CaSR-Aktivator (Cinacalcet (10 µM – 1 Std.)), sowie einem CaSR-Inhibitor (NPS2143 (10 µM – 1 Std.)) auf Unterschiede im zellulären Verhalten hin untersucht.rnBereits ohne Calcium-Behandlung zeigten die CaSR-transfizierten 786 O-Zellen ein gesteigertes Migrationsverhalten (durchgeführt in einer Boyden Kammer, Fibronektin als Chemotaxin) und ein erhöhtes Adhäsionspotential (zum einen an Kompo¬nenten der EZM (Fibronektin und Kollagen I) und zum anderen an HUVEC). Bei den CaSR-transfizierten HEK 293-Zellen wurde nur die Migration positiv beeinflusst. Nach einer 30-minütigen Behandlung mit Calcium zeigten die CaSR-transfizierten 786 O-Zellen eine starke Zunahme des Adhäsions- und Proli¬ferations-verhaltens, sowie eine verstärkte Migration bei Verwendung von Calcium als Chemotaxin. CaSR-transfizierte HEK 293-Zellen hingegen zeigten keine Migration und nach Calcium-Behandlung nur geringfügige Änderungen in Adhäsion und Proliferation. Konsistent mit diesen Ergebnissen war die Auswertung der intrazellulären Signalwege mit Hilfe von Western Blot-Analysen. In CaSR-expri-mierenden 786 O-Zellen waren die Signalwege AKT, ERK, JNK und p38α nach Calcium-Behandlung deutlich erhöht. In den HEK 293-Zellen kam es zu einer Zunahme der Proteinmenge aktivierter ERK-, JNK-, Paxillin- und SHC-Moleküle. Mit Hilfe einer Kombinationsbehandlung aus NPS2143 und Calcium konnte der Calcium-bedingte Effekt in durchweg allen Untersuchungen wieder bis auf das Kontrollniveau gesenkt werden. Die Verwendung von Cinacalcet und Calcium führte zwar erneut zu deutlichen Steigerungen der zellulären Vorgänge, lag aber immer unter dem Calcium-abhängigen Maximum.rnDurch die Simulation der Vorgänge, die während einer Metastasierung ablaufen, konnte gezeigt werden, dass der CaSR in Nierenkarzinomzellen die Knochen-metastasierung induziert. Sollten sich diese Zusammenhänge in vivo im Mausmodell bestätigen, könnte der CaSR zukünftig als Marker für eine Früherkennung von Knochenmetastasen fungieren. Zudem könnten indivi¬dual¬isierte Therapieansätze entwickelt werden, die knochenmetastasierende Zellen bereits vor Metastasierung effizient bekämpfen können.rn

A prokaryotic S1P lyase degrades extracellular S1P in vitro and in vivo: implication for treating hyperproliferative disorders

Sphingosine-1-phosphate (S1P) regulates a broad spectrum of fundamental cellular processes like proliferation, death, migration and cytokine production. Therefore, elevated levels of S1P may be causal to various pathologic conditions including cancer, fibrosis, inflammation, autoimmune diseases and aberrant angiogenesis. Here we report that S1P lyase from the prokaryote Symbiobacterium thermophilum (StSPL) degrades extracellular S1P in vitro and in blood. Moreover, we investigated its effect on cellular responses typical of fibrosis, cancer and aberrant angiogenesis using renal mesangial cells, endothelial cells, breast (MCF-7) and colon (HCT 116) carcinoma cells as disease models. In all cell types, wild-type StSPL, but not an inactive mutant, disrupted MAPK phosphorylation stimulated by exogenous S1P. Functionally, disruption of S1P receptor signaling by S1P depletion inhibited proliferation and expression of connective tissue growth factor in mesangial cells, proliferation, migration and VEGF expression in carcinoma cells, and proliferation and migration of endothelial cells. Upon intravenous injection of StSPL in mice, plasma S1P levels rapidly declined by 70% within 1 h and then recovered to normal 6 h after injection. Using the chicken chorioallantoic membrane model we further demonstrate that also under in vivo conditions StSPL, but not the inactive mutant, inhibited tumor cell-induced angiogenesis as an S1P-dependent process. Our data demonstrate that recombinant StSPL is active under extracellular conditions and holds promise as a new enzyme therapeutic for diseases associated with increased levels of S1P and S1P receptor signaling.

Novel agents targeting the IGF-1R/PI3K pathway impair cell proliferation and survival in subsets of medulloblastoma and neuroblastoma

The receptor tyrosine kinase (RTK)/phosphoinositide 3-kinase (PI3K) pathway is fundamental for cancer cell proliferation and is known to be frequently altered and activated in neoplasia, including embryonal tumors. Based on the high frequency of alterations, targeting components of the PI3K signaling pathway is considered to be a promising therapeutic approach for cancer treatment. Here, we have investigated the potential of targeting the axis of the insulin-like growth factor-1 receptor (IGF-1R) and PI3K signaling in two common cancers of childhood: neuroblastoma, the most common extracranial tumor in children and medulloblastoma, the most frequent malignant childhood brain tumor. By treating neuroblastoma and medulloblastoma cells with R1507, a specific humanized monoclonal antibody against the IGF-1R, we could observe cell line-specific responses and in some cases a strong decrease in cell proliferation. In contrast, targeting the PI3K p110α with the specific inhibitor PIK75 resulted in broad anti-proliferative effects in a panel of neuro- and medulloblastoma cell lines. Additionally, sensitization to commonly used chemotherapeutic agents occurred in neuroblastoma cells upon treatment with R1507 or PIK75. Furthermore, by studying the expression and phosphorylation state of IGF-1R/PI3K downstream signaling targets we found down-regulated signaling pathway activation. In addition, apoptosis occurred in embryonal tumor cells after treatment with PIK75 or R1507. Together, our studies demonstrate the potential of targeting the IGF-1R/PI3K signaling axis in embryonal tumors. Hopefully, this knowledge will contribute to the development of urgently required new targeted therapies for embryonal tumors.

De novo ceramide biosynthesis is associated with resveratrol-induced inhibition of ornithine decarboxylase activity

Previous studies could demonstrate, that the naturally occuring polyphenol resveratrol inhibits cell growth of colon carcinoma cells at least in part by inhibition of protooncogene ornithine decarboxylase (ODC). The objective of this study was to provide several lines of evidence suggesting that the induction of ceramide synthesis is involved in this regulatory mechanisms. Cell growth was determined by BrdU incorporation and crystal violet staining. Ceramide concentrations were detected by HPLC-coupled mass-spectrometry. Protein levels were examined by Western blot analysis. ODC activity was assayed radiometrically measuring [(14)CO(2)]-liberation. A dominant-negative PPARgamma mutant was transfected in Caco-2 cells to suppress PPARgamma-mediated functions. Antiproliferative effects of resveratrol closely correlate with a dose-dependent increase of endogenous ceramides (p<0.001). Compared to controls the cell-permeable ceramide analogues C2- and C6-ceramide significantly inhibit ODC-activity (p<0.001) in colorectal cancer cells. C6-ceramide further diminished protein levels of protooncogenes c-myc (p<0.05) and ODC (p<0.01), which is strictly related to the ability of ceramides to inhibit cell growth in a time- and dose-dependent manner. These results were further confirmed using inhibitors of sphingolipid metabolism, where only co-incubation with a serine palmitoyltransferase (SPT) inhibitor could significantly counteract resveratrol-mediated actions. These data suggest that the induction of ceramide de novo biosynthesis but not hydrolysis of sphingomyelin is involved in resveratrol-mediated inhibition of ODC. In contrast to the regulation of catabolic spermidine/spermine acetyltransferase by resveratrol, inhibitory effects on ODC occur PPARgamma-independently, indicating independent pathways of resveratrol-action. Due to our findings resveratrol could show great chemopreventive and therapeutic potential in the treatment of colorectal cancers.