Glukosestoffwechsel und Strahlentherapie solider, maligner Tumoren

Der Tumorstoffwechsel ist charakterisiert durch eine erhöhte Glykolyserate und die Anreicherung von Laktat auch in Anwesenheit von Sauerstoff. In früheren Arbeiten dieser Arbeitsgruppe konnte gezeigt werden, dass ein hoher Laktatgehalt in Primärtumoren signifikant mit einem gesteigerten Metastasierungsverhalten und einer schlechteren Patientenprognose verknüpft ist. Ein wichtiges Verfahren zur Bestimmung des Metabolitstatus in kryokonservierten Tumorschnitten ist die induzierte, metabolische Biolumineszenz. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein neues, digitales Kamerasystem für Biolumineszenzmessungen etabliert. Außerdem wurde der für die Laktat- und Glukosemessungen benötigte Enzymmix optimiert, so dass eine bessere Lichtausbeute und eine Kosteneinsparung von etwa 50% erzielt werden konnte. Durch die Einführung von Kontrollmessungen und die Verwendung eines neu entwickelten ImageJ-PlugIns für eine halbautomatisierte Auswertung, konnte ein zuverlässiges Messsystem etabliert werden, das Ergebnisse mit einer verbesserten Reproduzierbarkeit liefert. rnDieses neue Messsytem wurde in einer Studie an zehn humanen xenotransplantierten Plattenepithelkarzinomen des Kopf-Hals-Bereiches erfolgreich eingesetzt. Es konnte gezeigt werden, dass eine signifikante, positive Korrelation zwischen dem Laktatgehalt in soliden Primärtumoren und der Resistenz gegenüber einer fraktionierten Strahlentherapie besteht. rnIn einer weiterführenden Studie wurde im gleichen Xenograftmodell der Einfluss einer fraktionierten Strahlentherapie auf den Tumorstoffwechsel untersucht. Der Vergleich von zwei humanen Plattenepithelkarzinomlinien des Kopf-Hals-Bereichs im Verlauf einer fraktionierten Strahlentherapie zeigt deutliche Unterschiede zwischen strahlenresistenten und strahlensensiblen Tumoren. In der strahlenempfindlichen Tumorlinie UT-SCC 14 treten nach Bestrahlung mit drei Fraktionen in der Expression glykolyse-assoziierter Gene und nach zehn Fraktionen im ATP- und Laktatgehalt signifikante Veränderungen auf. Im Gegensatz dazu wird bei der strahlenresistenten Linie UT-SCC 5 lediglich eine Absenkung des Laktatgehaltes nach zehn Fraktionen beobachtet, nicht jedoch des ATP-Gehalts. Die mRNA-Expression wird in UT-SCC 5 nicht durch eine fraktionierte Bestrahlung verändert. Diese Ergebnisse liefern erste Hinweise, dass das mRNA-Expressionslevel und der Metabolitgehalt frühe Marker für das Ansprechen auf eine Strahlentherapie sein können.rn

The effect of the senescence-associated secretory phenotype (SASP) on glucose homeostasis in metabolic cells

Aim: Dysregulated glucose homeostasis is a hallmark of Type 2diabetes. A distinctive feature of ageing is the accumulation ofsenescent cells, defined as cells that have undergone irreversible lossof proliferative capacity. Characteristic of senescent cells is thesenescence-associated secretory phenotype (SASP) involving theproduction of factors which reinforce senescence arrest in neigh-bouring tissue environments. We hypothesise that SASP inducesmetabolic dysfunction in non-senescent cells, impairing glucosemetabolism and propagating insulin resistance. We sought todetermine the effect of SASP on glucose homeostasis in hepatic,adipose and skeletal muscle cell lines. Methods: Human dermal fibroblasts were subjected to a geno-toxic dose of doxorubicin to induce senescence, confirmed using ab-galactosidase assay. Conditioned media containing SASP werecollected post 24h and 48h of inducing senescence and used at20% and 40% concentrations to treat AML-12 hepatocytes, 3T3-L1 adipocytes and C2C12 myocytes for 24h and 48h. Cells andmedia were collected and glucose and lipid concentrations weremeasured before and after the respective incubation periods. Results: Cell media obtained from C2C12 myocytes exposed to40% SASP for 24h and 48h and AML-12 hepatocytes after 48hexhibited significantly higher concentrations of glucose in com-parison to control media (p < 0.0001, p < 0.05) suggesting areduced glucose uptake. Glucose utilisation remained unchanged in3T3-L1 cells. Conclusion: Our data suggest an important role for SASP inaltering glucose homeostasis and identify SASP as a potentialmediator between ageing and the increase in age-related insulinresistance.