Einfluss von Histondeacetylaseinhibitoren auf die neuronale Differenzierung von neuroendokrin differenzierten Tumorzellen

Abstract

Hintergrund: Kanzerogenese entsteht durch fehlerhafte Genexpression. Diese ist unter ande-rem gekennzeichnet durch eine fehlende Differenzierung, unkontrollierte Zellproliferation und gestörte Apoptose. Die pharmakologische Differenzierungstherapie stellt einen neuen Ansatz in der Tumortherapie dar. Die fehlerhafte Genexpression wird durch das Eingreifen in die Regulationsmechanismen der Transkription verändert, wodurch eine Änderung des malignen Phänotyps der Zelle erreicht werden soll. Acetylierung und Deacetylierung von Histonen stellen einen hierbei verwendeten Regulationsmechanismus dar. Methodik: Ziel der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung der Wirkung des Histon-deacetylase-Inhibitors (HDAC-Inhibitor) Valproinsäure (VPA) auf die Proteinexpression neu-roendokriner Tumorzelllinien. Hierzu wurde VPA in einer Konzentration von 1mMol 48 Stunden zu der Zellkultur dreier Neuroblastomzelllinien und dreier neuroendokrin differen-zierter Bronchialkarzinomzelllinien hinzugegeben. Anschließend wurden die Zellen mittels Durchflusszytometrie auf die Änderung der Expression der extrazellulären Proteine NCAM, p75, MHC-Klasse I und MHC-Klasse II und der intrazellulär exprimierten Proteine HuD, Neurofilamentprotein, Synaptotagmin und bcl-2 untersucht. Ergänzend erfolgte die Unter-suchung auf RT1-A-Expressionsänderungen in der Primärkultur von Plexus myentericus. Ergebnisse: HDAC-Inhibitoren weisen eine Tumorzelllinien-spezifische Wirkweise auf. Die Neuroblastomzelllinien SKN-SH und SH-SY5Y sowie die Bronchialkarzinomzelllinien H460 und A549 erreichten durch die Stimulation mit VPA einen niedrigeren neuronalen Differen-zierungsgrad, wohingegen die Bronchialkarzinomzelllinie A510 VPA-induziert neuronal aus-differenzierten. Im Gegensatz zu der für Trichostatin A (TSA), einem bereits sehr gut charak-terisierten HDAC-Inhibitor, bisher postulierten, spezifisch neuronalen, antiapoptotischen Wirkung wiesen die Neuroblastomzelllinien einheitlich durch die Stimulation mit VPA ein Proteinexpressionsmuster zur Apoptoseeinleitung auf. Des Weiteren konnte eine Hochregula-tion des MCH-Klasse-I- und II-Komplexes nachgewiesen werden. Die Induktion des MHC Klasse I- und II-Komplexes wurde bisher zwar schon unter TSA beschrieben, konnte nun aber durch die VPA-Behandlung erstmalig in dieser Form so deutlich gezeigt werden. Schlussfolgerung: Wie bereits durch andere Arbeitsgruppen beschrieben, konnte die Ein-leitung einer Apoptose und eine Differenzierungsinduktion durch die VPA-Behandlung nach-gewiesen werden. Die Induktion der MHC Klasse I- und II-Expression wurde in der vorlie-genden Arbeit erstmalig in dieser Form nachgewiesen. Dieser Effekt erhöht die Immunogeni-tät neuronaler Tumore, da sich insbesondere diese der immunologischen Erkennung entziehen. Da VPA bei den Neuroblastom- und Bronchialkarzinomzelllinien zu einer Erhöhung der Apoptoserate führt, könnten diese Ergebnisse für Kombinationstherapien mit VPA und neueren immunmodulierenden Therapien von besonderer Bedeutung sein. Background: Cancer genesis is caused by defective gene expression. This process is charac-terized by lack of differentiation, uncontrolled cell proliferation and malfunctioning apoptosis. The pharmacological induction of differentiation is a recent approach on the treatment of neo-plasms. By interfering into the regulation of transcription, the correct gene expression should be reconstituted, whereby the malignant phenotype shifts into a less malignant type of cells. Acetylation and deacetylation of histone proteins are two of these mechanisms of regulation. Method: In this work we examined the effects of the histone deacetylase inhibitor (HDAC-inhibitors) valproic acid (VPA) on protein expression in neuroendocrine differentiated malig-nant cell lines. To achieve this target we incubated three neuroblastoma cell lines and three neuroendocrine differentiated lung carcinoma cell lines with VPA in a concentration of 1mMol for 48 hours. Afterwards we detected the alteration of the expression of the extracellular proteins NCAM, p75, MHC class I and MHC class II, as well as the intracellular expressed proteins HuD, Neurofilament protein, Synaptotagmin and bcl-2 by using the flow cytometry. Additionally the change of expression of RT1-A in the primary culture of plexus myentericus cells from rats was detected. Results: HDAC-inhibitors show a tumor cell line-specific effect. The neuroblastoma cell lines SKN-SH and SH-SY5Y, as well as the lung carcinoma cell lines H460 and A549 achieved a lower grad of differentiation by the stimulation with VPA. In contrast the lung cancer cell line A 510 differentiated neuronal. For Trichostatin A (TSA), a very well characterized HDAC-inhibitor a specific neuronal antiapoptotic effect is approved. But in contrary to the expecta-tions the neuroblastoma cell lines consistently possessed a pattern of expression, which is attributed to apoptosis. Additionally it could be verified, that the expression of MHC class I and MHC class II was considerably inducted. It has already been formerly established, that Trichostatin A (TSA) treatment leads to a higher expression of MHC class I and II. But by the use of VPA, these effects became much clearer. Conclusion: As already pictured out by other groups, we were able to demonstrate the induc-tion of differentiation and the leading-in of apoptosis by VPA as well. But for the first time we succeeded in demonstrating the clear increase of MHC class I and MHC class II-expression under these conditions. As a consequence of this, the tumor-immunogenicity of these neuronal cancers increases. This is of special interest because the neuroendocrine differ-entiated tumor cells are in particular able to escape the detection of the immune system. Fur-thermore VPA is in both, neuroblastoma cell lines and lung carcinoma cell lines, able to induce apoptosis. Due to these facts, these results could play a decisive role in cancer treatment by the development of new immune modulating therapies.