Dokument: Molecular mechanisms of the anti-leukemic properties of Non-steroidal Anti Inflammatory Drugs

Titel:	Molecular mechanisms of the anti-leukemic properties of Non-steroidal Anti Inflammatory Drugs
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=19727
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20111123-143337-0
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Dr. Singh, Raminder [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 5,84 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 24.10.2011 / geändert 24.10.2011
Beitragende:	Prof. Dr. Haas, Rainer [Betreuer/Doktorvater] Prof. Dr. Rüther, Ulrich [Gutachter]
Stichwörter:	AML, NSAID
Dewey Dezimal-Klassifikation:	600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit
Beschreibungen:	Die akute myeloide Leukämie (AML) ist eine häufige Erkrankung bei Erwachsenen. Sie zeichnet sich durch ein schnelles Wachstum anormaler myeloider Zellen aus und ist weiterhin durch chromosomale Veränderungen, Translokationen, Duplikationen, Inversionen, Deletionen charakterisiert. In der AML wird die Differenzierung (Blastenkrise) geblockt und Zellen können nicht in ihre verschiedenen Linien ausdifferenzieren. Dadurch reifen diese Zellen nicht aus und entkommen dem Apoptose-Signalweg. Eine Repression dieser Stammzellen ist für eine AML-Therapie notwendig. Der übliche Therapieansatz für die Behandlung der AML ist eine intensive Chemotherapie. Dennoch sterben ca. 50% dieser Patienten. Außerdem sind die Standardtherapien sehr toxisch und werden von älteren Patienten schlecht vertragen. In verschiedenen Studien wurde die Rolle von nicht-steroidalen anti-inflammatorischen Medikamenten (NSAIDs) überprüft, die eine Proliferations-Inhibierung und eine Apoptose-Induzierung bei verschiedenen Krebszellen in-vivo und in-vitro bewirken. Deshalb wurde dieser Ansatz verwendet, um mögliche Effekte einer Behandlung von CD34+ AML- Zellen aus dem Knochenmark von Patienten sowie AML Zelllinien mit NSAIDs zu untersuchen. Dabei wurden die Zellen mit einer physiologisch erreichbaren Konzentration der NSAIDs (OSI-461, Sulindac Sulfide und Diclophenac) behandelt. Eine DMSO-Behandlung mit der gleichen Konzentration diente als Kontrolle. Viabilität, Apoptose, Zelldifferenzierung sowie zugrunde liegende molekulare Mechanismen wurden untersucht. Es konnte eine beständige Apoptose-Induzierung sowie bis zu einem gewissen Grad eine myeloide Differenzierungskapazität in NSAIDs behandelten Zellen nachgewiesen werden. Außerdem waren ein G2/M Zellzyklus-Arrest und die Inhibierung der cyclin dependent kinase-1 (CDK1) bei OSI-461 behandelten Zellen zu sehen. AML Zellen, die mit 1 µM OSI-461 behandelt wurden, waren nicht in der Lage, ihr proliferatives Potential wieder zu erlangen, wenn sie nach einer initialen 48 Stunden Behandlung in ein 1 µM OSI-461 freies Medium gegeben wurden, selbst in bis zu acht Tagen nicht. Außerdem zeigten auch normale CD34+ Zellen einen Anstieg der Apoptoserate nach einer initialen 48-stündigen Behandlung mit 1 µM OSI-461. Aber sie waren in der Lage, nach einer 48-stündigen Behandlung mit OSI-461 ihr normales Proliferationspotential wieder zu erlangen. Bei Leukämien ist der Schutz der normalen gesunden Stamm- und Progenitorzellen immer nötig, da gesunde Zellen für die Erholung nach der Therapie essentiell sind. Es wurden vergleichende Protein- und Genexpressionsanalysen von Diclophenac-behandelten Zellen verwendet, um den Einfluss einer NSAID-Behandlung zu untersuchen und weitere mechanistische Einblicke in anti-leukämische Aktivitäten der NSAIDs als Reaktion auf die Behandlung zu erhalten. Die Resultate zeigen eine transkriptionale Aktivierung von GADD45α sowie dem nachgeschalteten MAPK/JNK Signalweg sowie erhöhte Proteinlevel des CASPASE 3 - Precursors. Das deutet auf eine Rolle der c-Jun NH2-terminal kinase (JNK) in NSAID vermittelter Apoptose hin, die von der JNK-Aktivität abhängt und eine Ergänzung zu einer durch eines spezifischen JNK-Inhibitor erzielten Apoptose ist. Mitglieder der AP-1 Familie sind bei in der AML herunter reguliert. Eine transkriptionale Aktivierung der AP-1 Transkriptionsfaktoren Familienmitglieder c-Jun, JunB und Fra2 nach einer Behandlung der AML-Zellen mit NSAIDs konnte gezeigt werden. Eine Re-Expression dieser Transkriptionsfaktoren führte zu einer Aktivierung von GADD45α sowie zu einer Apoptose-Induktion. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass die durch OSI-461 erzielten antiproliferativen Effekte in AML Zellen mit der Induktion der pro-apoptotischen Zytokine MDA-7/IL-24 und der Aktivierung des Wachstumsarrests sowie der DNA-damage inducible genes (GADD) 45α and 45γ assoziiert sind. Diese Daten deuten auf ein Potential der NSAIDs hin, den Zelleintritt zu Signalwegen zu regulieren, was zu Apoptose versus Proliferationsarrest führt und dass manche von ihnen möglicherweise therapeutisches Potential für einen selektiven Angriff auf leukämische Zellen haben. Zusammengefasst wurde GADD45α als neuer Differenzierungs und Apoptose-Induzierer in der humanen AML identifiziert, der das Ziel der AP-1 Familienmitglieder c-Jun, JunB und Fra2 ist. Die Ergebnisse zeigten, dass NSAIDs eine Expression der AP-1 Genfamilie re-induzieren könnten, wobei sie die AML Proliferation inhibieren und eine Differenzierung induzieren. Damit erhält man eine neue Einsicht in die AML Pathophysiologie und eine neue Strategie, Apoptose und Differenzierung in der AML zu induzieren. AML is described by a rapid growth of abnormal myeloid cells, which are further characterized by chromosomal abbreviations, translocations, duplications, inversions and deletions. In AML, there is a block in differentiation (blast crisis) of stem cells. Stem cells are not able to divide into different lineage. Therefore, these stem cells do not mature and escape the apoptotic pathway. Eradication of these leukemic stem cells is required for the treatment of AML. The common approach for the treatment of AML is the use of intensive chemotherapy. Yet, approximately 50% of these patients die from their leukaemia. Furthermore, standard treatments are very toxic and poorly tolerated especially in elderly patients. Several studies have proven the role of Non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) to inhibit proliferation and induce apoptosis in various cancer cells in-vitro and in-vivo. Therefore, this approach was used to investigate the potential effects of NSAIDs treatment on CD34+ AML cells derived from patients´ bone marrow and AML cell lines. These cells were treated with the physiologically achievable concentration of NSAIDs (OSI-461, Sulindac Sulfide and Diclofenac). Cells treated with equal amounts of DMSO were used as control. Viability, apoptosis and differentiation were analysed. The molecular mechanisms involved were also observed. In present study, a consistent induction of apoptosis and to some extent an increased myeloid differentiation capacity in NSAIDs treated AML cells was observed. The G2/M cell cycle arrest was also observed along with Inhibition of the cyclin dependent kinase-1 (CDK1) in OSI-461 treated AML cells. AML cells treated with OSI-461 1 µM was not able regain their proliferative potential when after initial 48 hour treatment they were placed in a medium free of OSI-461 1 µM, even up-to 8 days. Whereas, although normal CD34+ cells also showed the increase in apoptosis after initial 48 hour OSI-461 1 µM treatment. But they were able to regain their normal proliferative potential, when they were placed in OSI-461 free cell culture medium. In leukaemia protection of normal healthy stem and progenitor cells is always needed as healthy cells are essential for recovery after therapy. Comprehensive protein and gene expression profiling of Diclofenac treated AML cells was utilized to study the impact of NSAIDs treatment with the aim of gaining further mechanistic insights into the anti-leukemic activities of NSAIDs. The findings demonstrate a transcriptional activation of DNA-damage inducible genes (GADD) 45α and MAPK/JNK pathway as well as, increased protein levels of the CASPASE-3 precursor. This signifies the role of c-Jun NH2-terminal kinase (JNK) in NSAIDs mediated apoptosis. Indeed this NSAIDs mediated apoptosis is dependent on JNK activity. Addition of a specific JNK-inhibitor abrogated apoptosis. The AP-1 family members are commonly down regulated in AML. It was found that NSAID treatment of AML cells leads to activation of AP-1 transcription factor family members: c-Jun, JunB and Fra2. Re-expression of these transcription factors results in activation of GADD45α and induction of apoptosis. In addition, the OSI-461 mediated anti-proliferative effects observed in AML are associated with the induction of the pro-apoptotic cytokine MDA-7/IL-24 and activation of the growth arrest and GADD45α and GADD45γ. These data indicate that NSAIDs are able to regulate AML cell entry to apoptotic pathways, which leads to apoptosis versus proliferation arrest, and that some of these findings may have therapeutic potential for the selective targeting of leukemic cells. In summary, GADD45α is identified as a novel inducer of differentiation and apoptosis in human AML, targeted by the AP-1 family member’s c-Jun, JunB and Fra2. The results demonstrated that NSAIDs can re-induce expression of AP-1 family genes, thereby inhibiting AML proliferation and inducing differentiation. These findings provide novel insights into AML pathophysiology and provide a new strategy to induce apoptosis and differentiation in the AML.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Medizinische Fakultät
Dokument erstellt am:	23.11.2011
Dateien geändert am:	23.11.2011
Promotionsantrag am:	19.09.2011
Datum der Promotion:	13.10.2011