Μελέτη και κλινική αξιολόγηση του νέου αποπτωτικού γονιδίου BCL2L12 και της L-DOPA αποκαρβοξυλάσης στον καρκίνο του παχέος εντέρου

Abstract

The aim of the present thesis was to study and evaluate clinically the expression of BCL2L12 and DDC genes in colon cancer.For this purpose, a statistically significant sample size of colon tissue specimens from colon cancer patients was collected, mRNA expression analysis of BCL2L12 and DDC genes was carried out with RT-PCR, and a quantitative real-time PCR methodology was developed. After that, DDC protein expression was tested using immunoblotting and enzyme activity was assayed, in colon cancer cell lines and tissues. Furthermore, an effort was made to identify peptides of the classical DDC protein isoform by mass spectrometry, after two-dimensional gel electrophoresis. Finally, mRNA expression analysis of the DDC and BCL2L12 genes, as well as of other apoptosis-related genes, was performed in these colon cancer cell lines, after treatment with chemotherapeutic drugs.High mRNA expression of BCL2L12 and DDC genes was found to be associated with colon tumors of early stage or low grade. BCL2L12 and DDC may be considered as two novel, favorable tissue biomarkers for colon cancer prognosis. Although the DDC enzyme is expressed in both cancerous and non-cancerous colon mucosa, no enzymatic activity concerning the decarboxylation of L-DOPA to dopamine was present in colon. Moreover, it was impossible to identify any peptides originating from DDC by mass spectrometry, even after two-dimensional gel electrophoresis, mainly owing to the very low expression of this protein and to a “masking” phenomenon produced by the presence of other highly abundant proteins, like chaperonins HSP60 and CCT5. Nevertheless, no significant similarity was found between each of these proteins and DDC. Significant modulations of DDC and BCL2L12 at the mRNA level were observed in DLD-1 and Caco-2 cells after treatment with various chemotherapeutic drugs. Remarkable changes in the expression of the other apoptosis-related genes studied, namely BCL2, BAX, BCLX, and FAS, were also noticed in both cell lines.In conclusion, all these modulations of the BCL2L12 and DDC mRNA expression levels in the presence of chemotherapeutic agents, demonstrate that these two genes may be considered as two novel markers for the prediction of an effective therapeutic treatment of colon cancer and for the monitoring of patients’ response to chemotherapy, and may also represent potential targets for molecular cancer therapy.

Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν η μελέτη και η κλινική αξιολόγηση της έκφρασης των γονιδίων BCL2L12 και DDC στον καρκίνο του παχέος εντέρου.Για το σκοπό αυτό, συλλέχθηκε στατιστικά σημαντικό δείγμα ιστοτεμαχίων ασθενών με καρκίνο του παχέος εντέρου, έγινε μελέτη της έκφρασης των γονιδίων BCL2L12 και DDC με τη μέθοδο RT-PCR, και αναπτύχθηκε μεθοδολογία ποσοτικής PCR σε πραγματικό χρόνο. Στη συνέχεια, έγινε ανάλυση πρωτεϊνικής έκφρασης με ανοσοστύπωση και προσδιορισμός ενζυμικής ενεργότητας της DDC σε καρκινικές κυτταρικές σειρές και ιστούς παχέος εντέρου, καθώς και προσπάθεια ταυτοποίησης πεπτιδίων της συγκεκριμένης πρωτεΐνης με φασματομετρία μάζας, κατόπιν ηλεκτροφόρησης σε δύο διαστάσεις. Τέλος, πραγματοποιήθηκε ανάλυση της έκφρασης mRNA των γονιδίων DDC και BCL2L12, αλλά και άλλων γονιδίων που σχετίζονται με την απόπτωση, σε αυτές τις κυτταρικές σειρές κατόπιν επίδρασης αντικαρκινικών φαρμάκων.Η αυξημένη έκφραση mRNA των γονιδίων BCL2L12 και DDC στο παχύ έντερο βρέθηκε ότι σχετίζεται με ορθοκολικούς όγκους χαμηλού βαθμού αποδιαφοροποίησης και αρχικού σταδίου. Φαίνεται ότι τα γονίδια BCL2L12 και DDC μπορούν να χρησιμοποιηθούν, πιθανότατα, ως ευμενείς προγνωστικοί δείκτες για τον ορθοκολικό καρκίνο. Το ένζυμο DDC εκφράζεται σε κυμαινόμενα επίπεδα στο παχύ έντερο, τόσο σε καρκινικούς όσο και σε φυσιολογικούς ιστούς, αλλά δεν φαίνεται να διαθέτει ενζυμική ενεργότητα ως προς την αποκαρβοξυλίωση της L-DOPA σε ντοπαμίνη. Επιπλέον, η DDC δεν μπόρεσε να ταυτοποιηθεί με ανάλυση πεπτιδίων σε φασματογράφο μάζας, καθότι λαμβάνει χώρα φαινόμενο “masking” από άλλες πρωτεΐνες που εκφράζονται πολύ άφθονα στα κύτταρα Caco-2, όπως οι τσαπερονίνες HSP60 και CCT5. Οι πρωτεΐνες αυτές, όμως, δεν εμφανίζουν σημαντική ομοιότητα με την πλήρους μήκους ισομορφή της DDC. Σημαντικές μεταβολές στα επίπεδα έκφρασης mRNA των γονιδίων DDC και BCL2L12 παρατηρήθηκαν στα κύτταρα DLD-1 και Caco-2, παρουσία κάθε χημειοθεραπευτικού παράγοντα που χρησιμοποιήθηκε. Αρκετά σημαντικές μεταβολές σημειώθηκαν και για τα άλλα σχετιζόμενα με την απόπτωση γονίδια που μελετήθηκαν (BCL2, BAX, BCLX, και FAS).Συμπερασματικά, οι μεταβολές των επιπέδων έκφρασης mRNA της DDC και του BCL2L12 παρουσία χημειοθεραπευτικών παραγόντων δείχνουν ότι τα δύο αυτά γονίδια μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως πιθανοί δείκτες πρόβλεψης μιας αποτελεσματικής χημειοθεραπευτικής αγωγής του καρκίνου του παχέος εντέρου και παρακολούθησης της απόκρισης των ασθενών σε αυτή, ή ακόμα και ως μελλοντικοί θεραπευτικοί στόχοι.