Dokument: A comparison of skin cancer and normal (healthy) cells: in vitro studies on the molecular mechanism of gossypol

Titel:	A comparison of skin cancer and normal (healthy) cells: in vitro studies on the molecular mechanism of gossypol
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=58527
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20220124-110520-3
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Haasler, Lisa [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 8,18 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 10.01.2022 / geändert 10.01.2022
Beitragende:	Prof. Dr. Brenneisen, Peter [Gutachter] Prof. Dr. Kassack, Matthias U. [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Cancer is one of the most common cause of cell death worldwide. An increased incidence of skin cancer being accompanied by resistance formation requires the development of new anti-cancer drugs. As the evasion of cell death presents one hallmark of cancer, small molecules, so-called BH3 mimetics, have been developed to bind to anti-apoptotic Bcl-2 protein family members resulting in release of pro-apoptotic proteins and the induction of apoptosis. Gossypol (GP) is a natural polyphenolic compound from cotton seed exhibiting anti-tumour properties. The effect of GP on two types of skin cancer was studied in vitro. To examine the underlying mechanism of GP in these tumour cells, concentrations were used which show a selective toxicity on the tumour cells but no damaging effect on normal (healthy) cells as normal human epidermal melanocytes (NHEM), normal human epidermal keratinocytes (NHEK) and normal human dermal fibroblasts (NHDF). GP was rapidly uptaken by both tumour and normal cells, followed by impairment of mitochondrial respiration, Δψm as well as mitochondrial dynamic primarily in the tumour cells. Even though GP is not stable in aqueous solutions, it was demonstrated that the original (parental) compound and not its metabolites exhibited the cytotoxic effect on both studied skin cancer cell lines. Interestingly, GP initiated different cell death pathways in tumour cells. In A375 melanoma cells, GP activated the mitochondrial apoptotic pathway including release of the inner mitochondrial protein Smac/Diablo, activated initiator and effector caspases and PARP cleavage. In the presence of the pan-caspase inhibitor zVAD, caspase activity and PARP cleavage were abolished as well as the cytotoxic effect of GP was significantly lowered in A375 melanoma cells. In contrast, treatment of GP resulted in the necroptotic pathway in SCL-1 carcinoma cells. This pathway is characterized by successive phosphorylation cascades of RIP and their substrate MLKL causing plasma membrane rupture, accompanied by release of intracellular contents. In SCL-1 carcinoma cells, GP induced phosphorylation of RIP3, an increase in membrane permeabilization as well as LDH release. Furthermore, a combination treatment with the necroptosis inhibitor Nec1 demonstrated a partial rescue from the cytotoxic effect of GP in these cells. An only partial rescue of cell viability in the presence of zVAD and Nec1 indicated the involvement of an additional pathway leading to cell death. Anti-apoptotic Bcl-2 proteins bind not only to pro-apoptotic proteins, but also to Beclin-1 playing an important role in the initiation of autophagy. An activation of an autophagic flux by GP, which ran in parallel to apoptosis or necroptosis, was determined in both tumour cell types. In conclusion, the different susceptibility of cells to GP showed promising results in the effective treatment of these skin cancer cells without affecting their normal counterparts in vitro. Krebs ist nach Herz-Kreislauf-Erkrankungen die häufigste Todesursache weltweit. Die steigenden Inzidenzen von Hautkrebs sowie die zunehmende Bildung von Resistenzen erfordern die kontinuierliche Entwicklung neuer Krebsmedikamente. Die Vermeidung des regulatorischen (apoptotischen) Zelltodes ist nur eine Strategie der Tumorzelle zu überleben. Aus diesem Grund wurden Moleküle, sogenannte BH3 mimetische Substanzen, entwickelt, die in diesen Mechanismus eingreifen. BH3 Mimetika verdrängen pro-apoptotische Proteine aus ihrer Bindung an anti-apoptotische Bcl-2 Proteine, wodurch pro-apoptotische Proteine freigesetzt werden, die zu den Mitochondrien translozieren und dort Apoptose auslösen. Gossypol (GP) ist eine natürlich vorkommende BH3 mimetische Substanz, die eine anti-tumorale Wirkung zeigt. Der Effekt von GP wurde auf zwei unterschiedliche Typen von Hauttumoren in dieser Arbeit untersucht. Um den zugrunde liegenden Mechanismus von GP auf diese Tumorzellen herauszuarbeiten, wurden Konzentrationen untersucht, die selektiv toxisch in den Hautkrebszellen sind, aber dabei keine schädigende Wirkung auf die normalen (gesunden) Zellen wie Melanozyten, Keratinozyten und Fibroblasten zeigen. Auch wenn die Aufnahme von GP bereits nach kurzen Zeitpunkten in normalen und Tumorzellen nachgewiesen werden konnte, traten die durch GP ausgelösten mitochondrialen Veränderungen hauptsächlich bei den Tumorzellen auf. Obwohl GP nicht stabil in wässriger Lösung ist, konnte gezeigt werden, dass die parentale Substanz die Zytotoxizität in beiden Hauttumorzellen auslöst. Interessanterweise aktivierte GP unterschiedliche Signalwege, die zum Tod der Hauttumorzellen führten. Der Nachweis apoptotischer Marker, wie die Freisetzung mitochondrialer Proteine und die Aktivierung von Caspasen, zeigten einen apoptotischen Zelltod in den Melanomzellen. Dagegen induzierte GP Nekroptose, eine regulierte Form der Nekrose, in den Plattenepithelkarzinomzellen. Dieser zeichnet sich durch eine Phosphorylierung und damit Aktivierung bestimmter Kinasen wie RIP3 und MLKL aus, was zu einer Ruptur der Zellmembran, zu der Freisetzung intrazellulärer Bestandteile und final zum Zelltod führt. Die nur teilweise Aufhebung des toxischen Effekts von GP in Anwesenheit von zVAD und Nec1 auf beiden Hauttumorzellen deutet auf die Beteiligung eines zusätzlichen Signalweges hin. Anti-apoptotische Bcl-2 Protein binden nicht nur an pro-apoptotischen Proteinen, sondern auch an Beclin-1, welches eine Rolle in der Initiation der Autophagie spielt. Die Zugabe von GP bewirkte eine Aktivierung des autophagischen Flux‘, der vermutlich parallel zur Apoptose beziehungsweise Nekroptose abläuft. Zusammengefasst zeigt die unterschiedliche Empfindlichkeit der Zellen gegenüber GP vielversprechende Ergebnisse hinsichtlich einer effektiven Behandlung der getesteten Hauttumorzellen ohne Beeinträchtigung der normalen Zellen in vitro.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	24.01.2022
Dateien geändert am:	24.01.2022
Promotionsantrag am:	24.06.2021
Datum der Promotion:	15.12.2021