Lipoxygenase und Eicosanoidrezeptoren in Kolonkarzinomen

Chronische Entzündungsvorgänge, endogene Entzündungsmediatoren und Geweberegeneration gehören zu den grundlegenden Mechanismen der Karzinogenese. Besonders klar wird dies beim kolorektalen Karzinom, wo nicht- steroidale Antiphlogistika die Tumorentwicklung hemmen und auch bereits in der Chemoprävention bei Hochrisikopatienten eingesetzt werden. Lange wurde angenommen, dass der grundlegende Mechanismus der Antiphlogistikawirkung in der Hemmung von Cyclooxygenasen liegt, die die Oxidation von Arachidonsäure zu Prostglandinen katalysieren. Zuletzt mehren sich jedoch Hinweise, dass noch weitere zelluläre Targets betroffen sein müssen. Zwei der betroffenen Proteine sind das Arachidonsäure metabolisierende Enzym 15-Lipoxygenase (15-LOX) and der Peroxisomen Proliferator aktivierte Rezeptor (PPAR ), der durch LOX-Produkte aktiviert wird. Beide Proteine gehören zu größeren Proteinfamilien, deren Expression, Aktivität und Funktion in der Karzinogenese noch weitgehend ungeklärt sind. Grundlegende Kenntnisse über die Proteine und die von ihnen getragenen zellulären Funktionen sind jedoch unbedingte Voraussetzung jeder präventiven oder therapeutischen Intervention. Dieses Projekt plant eine Analyse der LOX- und PPAR-abhängigen Genexpression in kolorektalen Tumorzellen mit dem Ziel zelluläre Wirkmechanismen zu charakterisieren und Targets für prophylaktische und therapeutische Intervention zu identifizieren. Die Expression von LOX-Enzymen und PPARs und die Spiegel an LOX-Produkten sollen sowohl in Tumorgewebe als auch in Zellinien bestimmt werden. Zur Analyse zellulärer Wirkmechanismen sollen LOX- Enzyme und PPARs in geeigneten Zellinien überexprimiert werden. In den überexprimierenden Zellmodellen soll LOX- und PPAR-abhängige Genexpression analysiert werden, wobei wir uns auf Gene konzentrieren werden, die eine Rolle in der Wachstumsregulation, Tumorprogression und Invasivität spielen. Biologische Wirkungen auf die Zellzyklusregulation, Zellkontaktmoleküle, Zellmigration und proteolytische Aktivität sollen gesondert untersucht werden. In einem parallelen Versuchansatz sollen überexprimierte LOX-Enzyme und PPARs durch Anti-Sense Strategien untzerdrückt und die Auswirkungen dieser Hemmung gleichermaßen untersucht werden. Aus den Ergebnissen dieser Untersuchungen soll ein diagnostischer Mikroarray entwickelt werden, der die Identifikation von Targets für therapeutische und prophylaktische Intervention erlaubt. Es wird erwartet, dass ein solches diagnostisches Hilfsmittel wertvolle Beiträge zur Erstellung neuer, individualisierter Strategien für Chemoprävention und Therapie leisten kann.

Lipoxygenasen (LOX) sind Enzyme, die ungesättigte (essentielle) Fettsäuren an spezifischen C-Atomen oxidieren und dadurch Lipidmediatoren erzeugen, die unterschiedliche Funktionen in der Regulation von Wachstum und Zelltod, Entzündung und Krebsentstehung haben. Unser Projekt befasste sich mit einem dieser Enzyme, der 12(S)- LOX, die Arachidonsäure am C-Atom 12 oxidiert und dadurch 12(S)-Hydroxy-eikosatetraensäure [12(S)-HETE] erzeugt. Sowohl Enzym als auch Produkt wurden in mehreren Tumorentitäten als pro-tumorigen identifiziert. Wir haben die Rolle des Enzyms und seines Produkts in der Entstehung kolorektaler Karzinome erforscht und dabei Hinweise auf komplexere Zusammenhänge zwischen 12(S)-LOX und Metastasierung erhalten. Das Gen für 12(S)-LOX wird nur in etwa 20% der Kolonkarzinome hoch reguliert, während es in 60% der Tumorgewebe vermindert war. Das weist darauf hin, dass das Enzym sowohl pro- als auch anti-tumorigene Wirkung haben kann. Für die weitere Analyse auf zellulärer Ebene haben wir Zellinienmodelle entwicklt. Der Einfluß von 12(S)-LOX und 12(S)-HETE auf das Zellwachstum und die Expression jener Gene, die für die Metastasierung essentiell sind, wurde erforscht and ähnlich zwiespältige Ergebnisse erhalten wie bei der Gewebeanalyse. Die Expression von Zellkontaktmolekülen - E-Cadherin, Integrin ß1 und DCC - von Zellumgebungsmolekülen - Laminin 1 - wurde vermindert, was die Loslösung von Zellen aus dem Primärtumor und damit die Metastasierung fördert. Die Expression von vaskulärem Endothelzellwachstumsfaktor wurde stimuliert, was das Einwachsen von Gefäßen in Tumore stimuliert - eine Grundvoraussetzung für Tumorwachstum und Metastasierung. Andrerseits war auch die Bildung von gewebe-auflösenden Enzymen vermindert, die für die Invasion der Tumorzellen benötigt werden, was eine anti-tumorigene Wirkung darstellt. Das Zellwachstum wurde nur geringfügig beeinflußt. Insgesamt zeigen unsere Ergebnisse, dass 12(S)-LOX sowohl pro- als auch anti-tumorigen wirken kann. Welche Wirkung überwiegt, hängt von den zellulären Gegebenheiten ab. 12(S)-LOX wurde vielfach als Target für die Therapie und Prävention von Tumoren betrachtet. Dazu ist es jedoch notwendig ihre Rolle in der Pathogenese und die zellulären Wirkmechanismen zu kennen. Die Ergebnisse unseres Forschungsprojekts tragen dazu bei, diese Mechanismen zu verstehen, und weisen darauf hin, dass jene zellulären Faktoren, die über die Art der Wirkung von 12(S)-LOX entscheiden, noch identifiziert werden müssen.