TY  - THES
A1  - Bühler, Miriam
T1  - The role of (xeno)hormone-activated GPER1 for centrosome amplification and whole chromosomal instability in colon cell lines
N2  - The G protein-coupled estrogen receptor (GPER1) is acknowledged as an important mediator of estrogen signaling. Given the ubiquitous expression of GPER1, it is likely that the receptor plays a role in a variety of malignancies, not only in the classic hormonally regulated tissues (e.g., breast, ovary, and prostate), but also in the colon. As colorectal cancer (CRC) is the third most common cancer in both men and women worldwide and environmental factors and dietary habits are important risk factors, it is increasingly recognized that natural and synthetic hormones and their associated receptors might play a role in CRC. Through oral consumption, environmental contaminants with endocrine activity are in contact with the gastrointestinal mucosa, where they might exert their toxic effects. Although GPER1 has been shown to be engaged in physiological and pathophysiological processes, its role in CRC remains poorly understood. Thus, pro- as well as anti-tumorigenic effects are described in the literature. This thesis has uncovered novel roles of GPER1 in mediating major CRC-associated phenotypes in transformed and non-transformed colon cell lines. Exposure to the estrogens 17β-estradiol (E2), bisphenol-A (BPA) and diethylstilbestrol (DES) but also the androgen dihydrotestosterone (DHT) resulted in GPER1-dependent induction of supernumerary centrosomes, whole chromosomal instability (w-CIN) and aneuploidy. Indeed, both knockdown and inhibition of GPER1 attenuated the generation of (xeno)hormone-driven supernumerary centrosomes and karyotype instability. Mechanistically, (xeno)hormone-induced centrosome amplification was associated with transient multipolar mitosis and the generation of so called anaphase “lagging” chromosomes. The results of this thesis propose a GPER1/PKA/AKAP9-pathway in regulating centrosome numbers in colorectal cancer cells and the involvement of the centriolar protein centrin. Remarkably, exposure to (xeno)hormones resulted in atypical enlargement and unexpected phosphorylation of the centriole marker centrin in interphase. These findings provide a novel role for GPER1 in key CRC-prone lesions and shed light on underlying mechanisms that involve GPER1 function in the colon. Elucidating to what extent centrosomal proteins are involved in the GPER1-mediated aneugenic effect will be an important task for future studies. The present study was intended to lay a first foundation to understand the molecular basis and potential risk factors of CRC which might help to reduce the use of laboratory animals. Since numerous animal experiments are conducted in biomedical research, the development of alternative methods is indispensable. The Federal Institute for Risk Assessment (BfR) as the German Center for the Protection of Laboratory Animals (Bf3R) addresses this issue by uncovering underlying mechanisms leading to colorectal cancer as necessary prerequisite in order to develop alternative methods.
N2  - Der G-Protein-gekoppelte Östrogenrezeptor (GPER1) ist als wichtiger Vermittler von Östrogensignalen bekannt. Angesichts der ubiquitären Expression von GPER1 ist es wahrscheinlich, dass der Rezeptor bei einer Vielzahl von Krebserkrankungen eine Rolle spielt, nicht nur in den klassischen hormonell regulierten Geweben (z. B. Brust, Eierstöcke und Prostata), sondern auch im Darm. Da Darmkrebs (Colorectal cancer, CRC) weltweit die dritthäufigste Krebserkrankung sowohl bei Männern als auch bei Frauen ist und Umweltfaktoren und Ernährungsgewohnheiten wichtige Risikofaktoren darstellen, geht man zunehmend davon aus, dass natürliche und synthetische Hormone und ihre zugehörigen Rezeptoren eine Rolle im Darmkrebs spielen könnten. Durch orale Aufnahme kommen Umweltschadstoffe mit endokriner Aktivität mit der Magen-Darm-Schleimhaut in Kontakt, wo sie ihre toxischen Wirkungen entfalten könnten. Obwohl gezeigt wurde, dass GPER1 an physiologischen und pathophysiologischen Prozessen beteiligt ist, ist seine Rolle im Darmkrebs nach wie vor unzureichend geklärt. So werden in der Literatur sowohl Tumor-fördernde als auch -hemmende Wirkungen beschrieben werden. In dieser Arbeit wurden neue Rollen von GPER1 bei der Vermittlung wichtiger Darmkrebs-assoziierter Phänotypen in transformierten und nicht-transformierten Kolonzelllinien aufgedeckt. Die Exposition gegenüber den Östrogenen 17β-Östradiol (E2), Bisphenol-A (BPA) und Diethylstilbestrol (DES), aber auch dem Androgen Dihydrotestosteron (DHT) führte zu einer GPER1-abhängigen Induktion von überzähligen Zentrosomen, chromosomaler Instabilität (w-CIN) und Aneuploidie. Sowohl der Knockdown, als auch die Inhibierung von GPER1 verringerten die Entstehung von (xeno)hormon-bedingten überzähligen Zentrosomen und Karyotyp Instabilität. Mechanistisch gesehen war die (Xeno-)Hormon-induzierte Zentrosomen Amplifikation mit einer vorübergehenden multipolaren Mitose und der Bildung von sogenannten Anaphasen „lagging“ Chromosomen verbunden. Die Ergebnisse dieser Arbeit deuten auf einen GPER1/PKA/AKAP9-Weg zur Regulierung der Zentrosomenzahl in Darmkrebszellen und eine Beteiligung des zentriolären Proteins Zentrin hin. Bemerkenswerterweise führte die Exposition gegenüber (Xeno-)Hormonen zu einer atypischen Vergrößerung und unerwarteten Phosphorylierung des Zentriolen Markers Centrin in der Interphase. Diese Ergebnisse enthüllen eine neue Rolle für GPER1 in wichtigen, mit Darmkrebs assoziierten Läsionen und geben Aufschluss auf die zugrundeliegenden Mechanismen der GPER1-Funktion im Darm. Die Aufklärung zu welchem Ausmaßes zentrosomale Proteine an der GPER1-vermittelten aneugenischen Wirkung beteiligt sind, wird eine wichtige Aufgabe für zukünftige Studien sein. Mit der vorliegenden Studie sollte eine erste Grundlage für das Verständnis der molekularen Grundlagen und potenziellen Risikofaktoren von Darmkrebs geschaffen werden, was dazu beitragen könnte, den Einsatz von Versuchstieren zu reduzieren. Da in der biomedizinischen Forschung zahlreiche Tierversuche durchgeführt werden, ist die Entwicklung von Alternativmethoden unerlässlich. Das Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR) als Deutsches Zentrum zum Schutz von Versuchstieren (Bf3R) widmet sich diesem Thema, indem es die zugrundeliegenden Mechanismen, die zu Darmkrebs führen, als notwendige Voraussetzung für die Entwicklung alternativer Methoden aufdeckt.
KW  - centrosome amplification
KW  - colon cancer
KW  - G protein-coupled estrogen receptor
KW  - whole chromosomal instability
KW  - (xeno)hormones
KW  - Zentrosomen Amplifikation
KW  - Darmkrebs
KW  - G protein-gekoppelter Östrogen Rezeptor
KW  - chromosomale Instabilität
KW  - (Xeno)Hormone
Y1  - 2023
ER  - 
TY  - THES
A1  - Krehl, Susanne
T1  - Das Selenoprotein Glutathionperoxidase-2 : physiologische Funktion und Einfluss auf die entzündungsassoziierte Colonkarzinogenese
T1  - The selenoprotein glutathione peroxidase-2 : physiological function and influence on inflammation triggered coloncarcinogenesis
N2  - Bei der Entdeckung der Glutathionperoxidase-2 (GPx2) wurde zunächst davon ausgegangen, dass die Funktion dieses Enzyms im Kryptengrund des Colons einzig in der Reduktion von H2O2 besteht. Im Laufe der weiteren Erforschung zeigte sich, dass GPx2 auch in verschiedenen Tumorgeweben vermehrt exprimiert wird. Dabei wird diskutiert, ob die Wirkung von GPx2 im Tumor eher als pro- oder als antikarzinogen einzustufen ist. Mehrere Experimente in vitro und in vivo zeigten antiinflammatorische Eigenschaften der GPx2. Aufgrund dieser Befunde wird derzeit über weitere Funktionen der GPx2 spekuliert. In dieser Arbeit wurde die physiologische Funktion von GPx2 näher erforscht, dazu wurden Wildtyp- und GPx2-Knockout-Mäuse in Hinblick auf Veränderungen der Enzymexpression und der Colonmorphologie untersucht. Es wurden drei verschiedene Selendiäten verfüttert: selenarmes, selenadäquates und selensupplementiertes Futter. Unter physiologischen Bedingungen ist am Kryptengrund des Colons, innerhalb der proliferierenden Zone, die Mitoserate am höchsten. Der Großteil der apoptotischen Zellen ist hingegen an der Kryptenspitze vorzufinden. Durch den Knockout von GPx2 kam es zu einer signifikanten Erhöhung der Apoptoserate am Kryptengrund. Dabei war der größte Effekt auf selenarmem Futter zu verzeichnen. Hierbei wurde sogar eine Veränderung der Colonmorphologie dokumentiert, da die Verschiebung der Proliferationszone in Richtung Kryptenspitze eine Verlängerung der Krypten nach sich zog. Im Wildtyp wurden keine Apoptosen im Kryptengrund detektiert. GPx1 wird unter physiologischen Bedingungen im Gegensatz zur GPx2 in der Kryptenspitze exprimiert und ist im Selenmangel nicht mehr detektierbar. Der Knockout von GPx2 erhöhte die GPx1-Expression im Kryptengrund auf allen drei Selendiäten. Diese Überexpression von GPx1 am Kryptengrund soll vermutlich den Verlust von GPx2 an dieser Stelle kompensieren. Da jedoch dort die massive Apoptoserate detektiert wurde, kann die GPx1 nicht die komplette Funktion von GPx2 kompensieren. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Funktion von GPx2 nicht nur in der Reduktion von H2O2 liegt. Vielmehr kann eine Rolle bei der Aufrechterhaltung der Homöostase von Zellen postuliert werden. Ein weiterer Bestandteil dieser Arbeit war die Klärung der Frage, welchen Einfluss GPx2 auf die entzündungsassoziierte Colonkarzinogenese ausübt. In dem hierfür verwendeten AOM/DSS-Model wird der karzinogene Prozess durch Entzündung vorangetrieben. Es erfolgte sowohl im Wildtyp als auch im GPx2-Knockout zum einen die Bewertung des Entzündungsstatus des Colons und zum anderen wurde die Anzahl von ACF und Tumoren verglichen. Das Colon im GPx2-Knockout war wesentlich stärker entzündet als im Wildtyp. Diese Ergebnisse bestätigen die für die GPx2 postulierte antiinflammatorische Funktion. Normalerweise führt eine Erhöhung der Mitoseanzahl zur Regeneration des entzündeten Gewebes. Jedoch beeinflusst der Verlust von GPx2 vermutlich den Ablauf der Entzündung, indem beispielsweise die Regeneration des Gewebes durch die enorm hohe Apoptoserate am Kryptengrund verlangsamt wird. Des Weiteren hatten sich im GPx2-Knockout tendenziell mehr Tumore entwickelt. Somit korrelierte die Entzündung des Colons mit der Entwicklung von Tumoren. Der Verlust von GPx2 begünstigte vermutlich sowohl die Tumorinitiation als auch die Tumorprogression. Allerdings stimulierte die Expression von GPx2 ebenfalls das Tumorwachstum. Es kann geschlussfolgert werden, dass eine adäquate GPx2-Expression vor Entzündung schützt und somit das Risiko für Colonkrebs senkt. Ob GPx2 aber insgesamt pro- oder antikarzinogen wirkt, hängt vermutlich vom Stadium des Colonkarzinogenese ab.
N2  - Since the detection of glutathione peroxidase-2 (GPx2) it was assumed that reducing hydroperoxides is the only function of this enzyme in the crypt ground of the colon. But further studies showed that GPx2 is also highly expressed in tumor tissue. However, it is not known whether it acts a pro- or anticarcinogenic manner at this site. In vitro and in vivo experiments elucidate antiinflammatory features of GPx2, based on these findings additional functions of GPx2 are discussed. In this dissertation the physiological function of GPx2 was investigated. For this purpose in wild type and GPx2-knockout mice, changes of enzyme expression and colon morphology were analyzed. The mice were fed three diets containing different selenium concentrations: selenium deficient, selenium adequate and selenium supplemented. Under physiological conditions the mitosis rate is highest in the proliferating zone in the crypt ground of the colon. The majority of apoptotic cells are located at the tip of the crypt. The knockout of GPx2 significantly increased the rate of apoptosis in the crypt ground. The greatest effect was documented on the selenium deficient diet. Here, changes of the colonic morphology were detectable, because the shift of the proliferating zone towards the tip of the crypt lead to an extension of the crypts. In the wild type mice no apoptotic cells were detected on the crypt ground. Under physiological conditions GPx1, in contrast to GPx2, is mainly expressed on the top of the crypt, and this enzyme is no longer detectable under selenium deficiency. The knockout of GPx2 increased the expression of GPx1 in the crypt ground of the colon on all three selenium diets. It is likely that this over expression of GPx1 compensates for the loss of GPx2. However the massive apoptotic rate in the crypt ground shows that GPx1 can not compensate the complete function of GPx2. These results elucidate that GPx2 not only functions as a hydroperoxide reducer, but that it is also important for the maintenance of the stem cell character and the homeostasis of cells. The question if GPx2 influences the inflammation triggered by the coloncarcinogenic process was next assessed in this dissertation. Therefore the AOM/DSS model was used to trigger the carcinogenic process through inflammation. The amount of aberrant crypt foci (ACF) and tumors in the colon were analyzed in both wild type and GPx2-knockout mice. However initially the inflammation status was compared between the two genotypes. The inflammation of the colon was stronger in the GPx2-knockout mice than in wild type. These results support the postulated antiinflammatory features of GPx2. The loss of GPx2 may influence the inflammation process by decelerating the regeneration of the tissue caused by the increased apoptotic rate in the proliferating zone. Additionally, the GPx2-knockout mice developed more tumors in the colon. Therefore the inflammation of the colon correlated with the development of tumors. The loss of GPx2 may have enhanced both tumor initiation and progression. But the expression of GPx2 also stimulated the growth of tumors. These results indicate that an adequate GPx2-expression can protect from colonic inflammation, and therefore decrease the risk of developing colon cancer. Whether GPx2 acts in a pro- or anticarcinogenic manner appears to depend on the state of the carcinogenic process.
KW  - Glutathionperoxidase-2 GPx2
KW  - Apoptose
KW  - Colonkrebs
KW  - Entzündung
KW  - Selen
KW  - glutathione peroxidase-2 GPx2
KW  - apoptosis
KW  - colon cancer
KW  - inflammation
KW  - selenium
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-50220
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kühnel, Dana
T1  - Histologische und molekulargenetische Analyse von Darmgeweben aus mit dem humanrelevanten Kanzerogen 2-Amino-1-methyl-6-phenylimidazo[4,5-b]pyridine (PhIP) behandelten F344-Ratten
T1  - Histological and moleculargenetical analysis of colon tissue from rats treated with the humanrelevant cancinogen 2-Amino-1-methyl-6-phenylimidazo[4,5-b]pyridine (PhIP)
N2  - Die Entwicklung von Dickdarmkrebs wird durch eine Reihe von Lebens- und Essgewohnheiten sowie Umweltfaktoren begünstigt. Den letzteren beiden sind Substanzen zuzurechnen, die bei der Zubereitung der Nahrung entstehen und mit ihr aufgenommen werden. Zu diesen Verbindungen gehört das 2-Amino-1-methyl-6-phenylimidazo[4,5-b]pyridin (PhIP) aus der Substanzklasse der heterozyklischen aromatischen Amine. Es entsteht bei der Erhitzung zahlreicher proteinhaltiger Nahrungsmittel und die Zielorgane in Nagerstudien stimmen mit der Häufung von Krebsinzidenzen in westlichen Industrienationen überein. Dieser Zusammenhang konnte jedoch bis heute nicht endgültig bewiesen werden. Fütterungsversuche mit Ratten wurden mit Konzentrationen der Substanz durchgeführt, die weit über der menschlichen Exposition liegen. Durch das Verfüttern einer humanrelevanten Dosis PhIP sollte geklärt werden, ob auch geringe Konzentrationen dickdarmkrebstypische Mutationen, präneoplastische Läsionen oder Tumore induzierten. Die mit humanrelevanten Dosen gefütterten Tiere wiesen weniger Läsionen als die Hoch-Dosis-PhIP-Gruppe auf, in der allerdings keinerlei maligne Tumoren des Dickdarms auftraten. Hinweise auf dickdarmkrebstypische Mutationen fanden sich ebenfalls in beiden Gruppen, wobei hier keine Dosisabhängigkeit beobachtet werden konnte. Die Sequenzierung ergab ein deutlich von Literaturdaten abweichendes Spektrum. In Bezug auf das verwendete Tiermodell wurden erhebliche Abweichungen in der Empfindlichkeit der Tiere gegenüber der Substanz im Vergleich zu ähnlichen Studien festgestellt. Beide Fütterungsgruppen zeigten deutlich weniger Läsionen; als mögliche Gründe wurden Unterschiede in der Futterzusammensetzung und –zubereitung sowie in der Tierhaltung und –herkunft ausgemacht. Es konnte erstmalig ein Zusammenhang zwischen PhIP in niedrigen Dosen in der Nahrung und der Induktion von Entzündungen gezeigt werden. Diese waren sowohl makroskopisch als auch histologisch sichtbar, der genaue Mechanismus ihrer Entstehung ist jedoch unbekannt. Die zusammenfassende Betrachtung aller Ergebnisse lässt vermuten, dass PhIP allein über lange Zeiträume aber in geringen Dosen verabreicht nicht für die hohe Zahl an Krebserkrankungen in westlichen Industrienationen ursächlich ist.
N2  - The development of colon cancer is associated with several nutritional, life style, and environmental factors. Among the environmental factors probably involved are substances formed during food processing and taken up with food. One of these substances is the heterocyclic aromatic amine (HAA) 2-Amino-1-methyl-6-phenylimidazo[4,5-b]pyridine (PhIP), which is formed during the heating of proteinaceous food such as meat and fish. In rodent studies the target organs for HAA-derived cancer development are identical with human organs showing high tumor incidences in western countries. Whether there is an association between exposure to PhIP and high tumor incidences in humans is still uncertain. The amount of PhIP administred to rodents in several studies was far above the levels of human exposure towards HAA. Thus, the aim of this study was to elucidate whether low concentrations of the substance are able to induce finger-print colon cancer gene mutations, preneoplastic lesions or tumors in rats. Animals fed with high amounts of PhIP developed fewer lesions than animals fed with a human-relevant concentration of PhIP. However none of the groups developed tumors of the colon. Both groups showed finger-print mutations for colon cancer, but not in a dose-dependent manner. Sequencing showed that the mutations were different from the known mutation spectum of PhIP. The susceptibility of the F344 rats to PhIP used in this study differed from that in previous feeding studies, with both groups showing much less lesions of the colon. Differences in composition and processing of the animal diets as well as animal maintenance and –origin may explain this discrepancy. For the first time an association between low doses of PhIP in the diet and induction of inflammation was shown. Signs of inflammation were observed macroscopically as well as in histological slices, but the mechanism of its induction remains to be clarified. Taken together the results suggest that a chronical exposure to low doses of PhIP alone is not sufficient to explain the high incidences of colon cancer in western countries.
KW  - Dickdarmkrebs
KW  - Kanzerogenese
KW  - APC
KW  - b-Catenin
KW  - ki-ras
KW  - SSCP
KW  - colon cancer
KW  - carcinogenesis
KW  - APC
KW  - b-Catenin
KW  - ki-ras
KW  - SSCP
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-6956
ER  -