Επίδραση των αυξητικών παραγόντων στη σύνθεση των πρωτεογλυκανών - γλυκοζαμινογλυκανών σε κυτταρικές σειρές καρκίνου του παχέος εντέρου

Abstract

Colon cancer is one of the leading causes of cancer-associated death among men and women worldwide. It has been shown that genomic instability, as well as environmental factors can be correlated to the risk of colon cancer however, the pathogenesis of the malignancy still remains unknown. Many colorectal cancers are thought to arise from adenomatous polyps in the colon. The complex interactions among the cancer cells, their extracellular matrix (ECM) and the surrounding normal cells are thought to play a pivotal role in tumor development and progression. The composition of the ECM affects various cellular functions, such as proliferation, adhesion, migration and differentiation. Proteoglycans (PGs), major constituents of the ECM, through their core proteins or via their glycosaminoglycan (GAG) chains are able to interact with collagens, growth factors, growth factor receptors and adhesion molecules and through these interactions may participate in the regulation of many cellular events. The molecular characteristics of colon cancer cells and their stroma, as well as their association with the development and the progression of the malignancy have not been adequately studied. The structural analysis and the role of GAGs/PGs that are produced by colon cancer cells and the surrounding cells may contribute to the better understanding of these glycocomplexes, which participate in the regulation of numerous cellular events, as well as in the cell malignant transformation. The understanding of the interactions among cancer cells and their microenvironment may contribute to colon cancer treatment. In this study, the synthesis and the distribution of GAGs among the cell membrane and the culture medium by two human colon cancer cells, HT29 and SW1116 were examined. The results demonstrated that both estrogen receptorpositive (ER+) cancer cell lines produced hyaluronan (HA), both extracellular and membrane-associated galactosaminoglycans (GalAGs) and heparan sulfate (HS), with the HT29 cells producing all GAG fractions at significantly higher rates. Abstract VIII The effects of genistein on the synthesis of these secreted or cell-associated macromolecules, as well as on the growth of HT29 and SW1116 cell lines were also studied. It is well known that the soy isoflavone genistein can affect cell metabolism by specifically inhibiting protein tyrosine kinase (PTK) and/or interacting with the estrogen receptors (ERs). The observed dose-dependent inhibitory effect of genistein on the synthesis of both secreted and cell-associated GAG/PG by the SW1116 cells, as well as on their growth, was suggestive of a PTK mechanism. On the other hand, the synthesis of GAGs/PGs by HT29 cells in the presence of genistein was dependent on their type and localization which implies the active participation of the ERs, which was further supported by the observed growth stimulation at low concentrations of genistein. Quantitative and qualitative changes in GAGs/PGs production, and consequently in the ECM composition, have been suggested to have a role in the development of some types of cancer. Therefore, the effects of endogenous and exogenously added GAGs on the proliferation of HT29, SW1116 and HCT116 human colon cancer cell lines were examined. For this purpose exogenously added GAGs (chondroitin sulfate-CS, dermatan sulfate-DS, hyaluronan-HA and heparin), an inhibitor of endogenous GAG sulfation and specific glycosidases to cleave cellassociated glycosaminoglycans were utilized. The obtained results showed that colon cancer cell growth was exclusively stimulated by exogenously added heparin and insensitive to endogenous GAGs/PGs production, in a sulfation pattern-related manner. Numerous mechanisms of heparins’ action have been postulated including the regulation of growth factors / growth factor receptors, mitogen activated protein kinases (MAPKs) activities or the modulation of cell cycle progression. Specifically, HSPGs/heparin have been demonstrated to increase the affinity of FGF-2 to its respective, FGFR1-4, receptors. The active role of FGF-pathways has been suggested in the early stages of colorectal tumorigenesis. Moreover, it has been shown that HS chains stimulate the proliferation of colon cancer cells via a mechanism involving increased expression of tyrosine kinase receptors of EGF. Aim of this study was to examine the possible involvement of the FGF-2 and EGF signaling on the heparininduced effect on HT29, SW1116 and HCT116 colon cancer cell lines. .......................................................................................................................................

Ο καρκίνος του παχέος εντέρου αποτελεί την τρίτη κατά σειρά αιτία θανάτου παγκοσμίως που προέρχεται από κακοήθεις νεοπλασίες και αφορά εξίσου άνδρες και γυναίκες. Η παθογένειά της εξακολουθεί να είναι άγνωστη, ωστόσο έχει δειχθεί ότι στην ανάπτυξη της νόσου, που είναι μία πολυδιάστατη διαδικασία και ξεκινά από το σχηματισμό των πολυπόδων έως την εμφάνιση διηθητικού καρκίνου, συμβάλλουν γενετικοί και περιβαλλοντικοί παράγοντες. Σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη και την εξέλιξη των όγκων έχουν οι σύνθετες αλληλεπιδράσεις μεταξύ των καρκινικών κυττάρων, της εξωκυττάριας θεμέλιας ουσίας (ECM) και των γειτονικών φυσιολογικών κυττάρων. Η σύσταση της ECM επηρεάζει σημαντικές λειτουργίες των φυσιολογικών και των καρκινικών κυττάρων, όπως ο πολλαπλασιασμός, η προσκόλληση, η μετανάστευση και η διαφοροποίηση. Ένα από τα κύρια συστατικά του εξωκυττάριου χώρου και της κυτταρικής μεμβράνης είναι οι πρωτεογλυκάνες (PGs), οι οποίες μέσω του πρωτεϊνικού τους κορμού ή διαμέσου των γλυκοζαμινογλυκανικών (GAGs) τους αλυσίδων, είναι ικανές να αλληλεπιδρούν με μακρομόρια του εξωκυττάριου χώρου, όπως το κολλαγόνο, οι αυξητικοί παράγοντες, οι υποδοχείς των αυξητικών παραγόντων και τα μόρια προσκόλλησης, συμμετέχοντας με τον τρόπο αυτό στη ρύθμιση των κυτταρικών λειτουργιών. Η υπάρχουσα γνώση σχετικά με τα μοριακά χαρακτηριστικά των καρκινικών κυττάρων του παχέος εντέρου και ιδιαίτερα του στρώματός τους, καθώς και η συσχέτισή τους με την εξέλιξη της νόσου, είναι περιορισμένη. Η μελέτη της δομής και του ρόλου των GAGs/PGs που παράγονται από τα καρκινικά κύτταρα του παχέος εντέρου αλλά και από τα κύτταρα του μικροπεριβάλλοντός τους παρουσιάζει εξαιρετικό ενδιαφέρον καθώς συμμετέχουν στην ανάπτυξη των κακοήθων νεοπλασιών. Η μελέτη των αλληλεπιδράσεων των καρκινικών κυττάρων και του εξωκυττάριου χώρου έχει ως σκοπό την αναζήτηση πιο αποτελεσματικών θεραπευτικών παρεμβάσεων σε ασθενείς με καρκίνο του παχέος εντέρου. Περίληψη IV Στα πλαίσια της παρούσας έρευνας μελετήθηκε η σύνθεση και η κατανομή των GAGs στο υλικό καλλιέργειας και στην κυτταρική μεμβράνη των HT29 και SW1116 ανθρώπινων καρκινικών κυτταρικών σειρών του παχέος εντέρου. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι αμφότερες οι κυτταρικές σειρές, οι οποίες εκφράζουν τον οιστρογονικό υποδοχέα ERβ, παράγουν υαλουρονικό οξύ (HA), εξωκυττάριες και μεμβρανικές γαλακτοζαμινογλυκάνες (GalAGs) καθώς και θειϊκή ηπαράνη (HS). Τα HT29 κύτταρα συνθέτουν ΗΑ, GalAGs και HS σε σημαντικά μεγαλύτερες ποσότητες σε σύγκριση με τα SW1116 κύτταρα. Μελετήθηκε επίσης η επίδραση της γενιστεΐνης (genistein) στη σύνθεση των παραπάνω εκκρινόμενων και μεμβρανικών GAGs, καθώς και στον πολλαπλασιασμό των HT29 και SW1116 κυττάρων. Ο μηχανισμός δράσης της γενιστεΐνης επί του κυτταρικού μεταβολισμού, μέσω της αναστολής της πρωτεΐνης κινάση της τυροσίνης (PTK) και/ή της αλληλεπιδρασής της με τους οιστρογονικούς υποδοχείς (ERs), είναι γνωστός. Η δοσοεξαρτώμενη ανασταλτική επίδραση της γενιστεΐνης τόσο στη σύνθεση των εκκρινόμενων και των μεμβρανικών GAGs/PGs των SW1116 κυττάρων, όσο και στο ρυθμό ανάπτυξής τους, εισηγούνται τη συμμετοχή ενός PTK μηχανισμού. Από την άλλη μεριά, η σύνθεση των GAGs/PGs από τα HT29 κύτταρα παρουσία της γενιστεΐνης επηρεάζει τον τύπο και την κατανομή τους, υποδηλώνοντας την ενεργή συμμετοχή των ERs, γεγονός που ενισχύθηκε και από την αύξηση του πολλαπλασιασμού των κυττάρων μετά τη χορήγηση χαμηλών συγκεντρώσεων γενιστεΐνης. Έχει δειχθεί ότι ποιοτικές ή ποσοτικές αλλαγές στην παραγωγή των GAGs/PGs και συνεπώς αλλαγές της σύστασης της ECM μπορεί να επηρεάσουν την ανάπτυξη ορισμένων καρκινικών όγκων. Επόμενος στόχος ήταν η μελέτη της επίδρασης των ενδογενών και των εξωγενώς προστιθέμενων GAGs στον πολλαπλασιασμό των HT29, SW1116 και HCT116 καρκινικών κυττάρων του παχέος εντέρου του ανθρώπου. Χρησιμοποιήθηκαν εξωγενώς προστιθέμενες αλυσίδες θειϊκής χονδροϊτίνης (CSΑ), θειϊκής δερματάνης (DS), ηπαρίνης (heparin), υαλουρονικό οξύ, αναστολέας της σύνθεσης των ενδογενών GAGs/PGs και ειδικές γλυκοσιδάσες για την απομάκρυνση των μεμβρανικών GAGs. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ο πολλαπλασιασμός των καρκινικών κυττάρων του παχέος εντέρου Περίληψη V αυξάνεται από την εξωγενή προσθήκη ηπαρίνης, ενώ δεν επηρεάζεται από την παραγωγή των ενδογενών GAGs/PGs, γεγονός που σχετίζεται με το μοτίβο της θείωσής τους. ..........................................................................................................................