Dokument: Epigenetische Regulation Stammzell-erhaltender Gene im Prostatakarzinom

Titel:	Epigenetische Regulation Stammzell-erhaltender Gene im Prostatakarzinom
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=3439
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20060703-001439-4
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Hoffmann, Michèle Janine [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 4,23 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 09.02.2007 / geändert 09.02.2007
Beitragende:	Prof. Dr. Schulz, Wolfgang A. [Gutachter] Prof. Dr. Riesner, Detlev [Gutachter] Prof. Dr. Bünemann, Hans [Gutachter]
Stichwörter:	Prostatakarzinom, Epigenetik, DNA-Methylierung, Chromatin, Histon, Stammzellen, Polycomb, OCT4, BORISprostate cancer, epigenetics, DNA methylation, chromatin, histone, stem cells, polycomb, OCT4, BORIS
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Epigenetische Veränderungen spielen eine zentrale Rolle in der Tumorigenese. Diese basieren auf einer Vielzahl von Interaktionen beteiligter Mechanismen und Faktoren. Aus solchen Veränderungen ergeben sich Parallelen zwischen somatischen Tumorzellen und embryonalen Stammzellen. Diese Beobachtungen führten zu der allgemeinen Hypothese einer Reaktivierung von epigenetischen Regulatoren in Tumoren. Diese Reaktivierung kann durch Veränderungen der DNA-Methylierungen vermittelt sein und Faktoren betreffen, die z.B. für Pluripotenz und Selbsterneuerung entscheidend sind und somit Tumorzellen einen Stammzell-ähnlichen Phänotyp verleihen können. Da aberrante DNA-Methylierungsmuster eine zentrale molekulare Veränderung im Prostatakarzinom darstellen, wurde die allgemeine Hypothese speziell am Beispiel dieser Tumorart verfolgt. Als Kandidaten wurden die Polycomb-Gene EZH2 und BMI-1, die Histondeacetylase SIRT1, die DNA-Methyltransferase DNMT3B, das Cancer-Testis Antigen CTCFL und das Pluripotenzgen OCT4 untersucht. Die ergebnisse der Analysen sollten Rückschlüsse auf das Modell der Tumorstammzellen in soliden Tumoren am Beispiel des Prostatakarzinoms erlauben. Ferner könnten sich Hinweise auf mögliche Mechanismen der Methylierungsveränderungen und Markergene für das Prostatakarzinom ergeben. Bei der Untersuchung von Zelllinien und der Gesamttumormasse primärer, lokalisierter Prostatatumore ergab sich für die Gene EZH2, SIRT1 und DNMT3B eine erhöhte Expression im Vergleich zu Normalproben. Die Expressionanalysen deuten auf eine Verschiebung der Komposition des Polycomb-Komplexes PRC2 im Prostatakarzinom hin, obwohl die relative Zusammensetzung des Komplexes entscheidend für seine Substratspezifität und Funktionalität ist. Es ergaben sich Zusammenhänge für EZH2 mit Tumorstadium und -grad. Die statistische Signifikanz für die DNMT3B setzte sich auch in der Überlebensanalyse und bei Zusammenhängen mit Methylierungsveränderungen der Tumorproben fort. Eine Eignung als prognostischer Marker sollte zukünftig weiter verfolgt werden. Für die Gene OCT4 und CTCFL wurde bei Tumoren eine erniedrigte Expression festgestellt, für das BMI-1-Gen mit starker statistischer Signifikanz. Induktionsversuche mit den Inhibitoren der DNA-Metylierung (5-aza-dC) und der Histondeacetylierung (SAHA), ergaben eine bis zu 100-fach stärkere Expression des CTCFL-Gens nach Behandlung von Zellen mit 5-aza-dC. Untersuchungen zum regulatorischen Einfluss der DNA-Methylierung auf die Gene OCT4 und CTCFL in unterschiedlichen humanen Geweben wurden bis dato nicht berichtet. In dieser Arbeit wurde für das CTCFL-Gen eine stufenweise Regulation des moderat starken Promotors durch DNA-Methylierung festgestellt. Im Gegensatz dazu bewirkt sie bei OCT4 eine irreversible Festigung der Inaktivierung, die zuvor durch stadienspezifische Faktoren induziert wurde. Funktionelle Analysen des wenig untersuchten CTCFL-Proteins zeigten zum einen eine auffallende Stabilität, die vermutlich durch keimzellspezifische Mechanismen reguliert wird, zum anderen eine vorwiegend nukleäre Lokalisation. Zusammen mit hoch auflösenden Untersuchungen zur Kolokalisation von CTCFL, dem paralogen Faktor CTCF und der RNA-Polymerase II am konfokalen Mikroskop deuten die Ergebnisse dieser Arbeit auf eine funktionelle Bedeutung des CTCFL-Proteins als Transkriptionsfaktor hin. Eine allgemeine Reaktivierung von epigenetischen Regulatoren beim Prostatakarzinom konnte nicht festgestellt werden. Da das in der Literatur diskutierte Tumorstammzell-Modell Stammzellen mit deregulierter Selbsterneuerung als Ausgangspunkt der Tumorigenese vorsieht, wurden stark implizierte Faktoren wie z.B. BMI-1 und OCT4 erneut untersucht. Für diese Gene war zuvor eine erniedrigte Expression bei der Untersuchung der Gesamttumormasse lokalisierter Tumoren gezeigt worden. Jedoch konnte auch nach einer Anreicherung von Zellen mit Stammzell-Phänotyp aus einer Tumorzelllinie bei diesen keine auffallende Überexpression der Gene EZH2, BMI-1, DNMT3B und OCT4 festgestellt werden. Eine zusammenfassende Betrachtung der Ergebnisse dieser Arbeit ergibt, dass das gängige Modell zu Tumorstammzellen in soliden Tumoren in dieser Form nicht auf das Prostatakarzinom zutrifft. Vielmehr lässt sich aus den eigenen Resultaten eine Variation des Modells entwickeln, nach der eine vergrößerte Population intermediärerer Zellen, die aus transformierten Stammzellen hervorgehen, für die beschriebene Heterogenität des Prostatakarzinoms verantwortlich ist. DNA methylation and chromatin structure are interacting epigenetic mechanisms that have been recognized as essential components for the regulation of of stem cell maintenance and cell differentiation, e.g. during spermatogenesis. Interestingly, some epigenetic factors are themselves inactivated by epigenetic mechanisms during differentiation. Moreover, epigenetic alterations such as genome wide DNA hypomethylation of repetitive sequences and DNA hypermethylation at specific gene promoters have a fundamental role in tumorigenesis. Tumor cells, especially presumptive tumor stem cells, share certain properties with stem cells. This raises the question to which extent epigenetic regulators important for spermatogenesis and embryonal development become reactivated in tumors, e.g. as a consequence of aberrant DNA hypomethylation, contributing in turn to further variation, e.g. in methylation patterns. Therefore, the potential reexpression of candidate genes and their interactions with alterations in DNA methylation was investigated in prostate cancers, which often display hypomethylation or hypermethylation. Candidates important for epigenetic mechanisms and stem cell phenotype are the polycomb genes EZH2 and BMI-1, the histone deacetylase SIRT1, the DNA methyltransferase DNMT3B, the cancer testis antigen CTCFL and the transcription factor OCT4. Investigation of cell lines and primary prostate cancers demonstrated increased expression of the EZH2, SIRT1 and DNMT3B genes, whereas BMI-1 was significantly downregulated. Aberrant expression of EZH2 and BMI-1 was confirmed by immunohistochemical analysis. These findings can be interpreted as a shift in the relative composition of the polycomb complexes PRC1 and PRC2 during progression of prostate carcinoma. Increased expression of DNMT3B significantly correlated with changes in DNA methylation and survival of prostate cancer patients. The CTCFL and OCT4 genes were unexpectedly downregulated in primary tumors. Bisulfite sequencing revealed strong methylation in prostate tissues, whereas testis tissues were less methylated. The methylation inhibitor 5-aza-2´-deoxycytidine induced CTCFL expression up to 100-fold in tumor cell lines. The other candidates, however, were neither influenced by the methylation inhibitor nor by the deacetylation inhibitor suberoylanilide hydroxamic acid (SAHA). Methylation sensitivity of the moderately strong CTCFL promoter was further proven by transfection experiments using the in vitro methylated promoter. Taken together, the data for CTCFL and OCT4 hints at a particularly important role for DNA methylation in stepwise regulation of CTCFL expression, whereas OCT4 gene seems to be inactivated also by other mechanisms. Additional analyses of the CTCFL protein demonstrated predominant nuclear localization in spermatocytes, but cytoplasmatic localization in normal and cancerous prostate tissues suggesting nuclear transfer as a further regulatory mechanism for the protein. Confocal studies for colocalisation with the paralogue factor CTCF and RNA polymerase II identify CTCFL as a transcription factor rather than a chromatin protein. In summary, a general reactivation of the investigated epigenetic regulators in prostate cancers at large could not be detected. Even after enrichment of presumptive tumor stem cells using Hoechst dye exclusion sorting, reactivation was found almost at a physiological level. These results suggest a modified model for the tumor stem cell hypothesis in prostate cancers, with maintenance of a small stem cell population, but increased self-renewal of intermediate precursors.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie
Dokument erstellt am:	03.07.2006
Dateien geändert am:	12.02.2007
Promotionsantrag am:	29.06.2006
Datum der Promotion:	29.06.2006