Molecular biology and biochemistry of brain tumours

Abstract

Elucidating some molecular mechanisms and biochemistry of brain tumours is an important step towards the development of adjuvant medical therapies. The present study concentrates on cholecystokinin (CCK), a gut-brain peptide that has been described to be able to induce mitosis of rat gliomas as well as hormone secretion by the anterior pituitary, via the CCK-B receptor. The significance of a polymorphism in the growth hormone releasing hormone (GHRH) receptor (GHRH-R) gene was also determined. Finally, defects in the β-catenin gene, an important component of the developmental pathway, in a sub-set of craniopharyngiomas were investigated. Reverse transcription-polymerase chain reaction (RT-PCR), restriction digestion analysis and direct sequencing demonstrated expression of CCK peptide itself and its A and B receptors by human gliomas, meningiomas and pituitary tumours. CCK peptides stimulated growth of cultured gliomas and meningiomas as well as in vitro hormone secretion [growth hormone (GH), luteinizing hormone (LH) and follicle stimulating hormone (FSH)] by human pituitary tumours. These biological effects were reduced or abolished by CCK antagonists. In addition, an antibody to CCK reduced mitosis by gliomas and meningiomas, and the same antibody inhibited hormone secretion by cultured human pituitary tumours. CCK peptides stimulated phosphatidylinositol (PI) hydrolysis, indicating coupling of the CCK receptors to phopsholipase C. Cyclic AMP was unaffected. In addition, caspase-3 activity was significantly and markedly increased, whilst proteasome activity was decreased. Taken together, these results may indicate an autocrine / paracrine role of CCK in the control of growth and / or functioning of gliomas, meningiomas and pituitary tumours. Primer induced restriction analysis (PIRA) of a rarer and alternative polymorphism in the GHRH-R receptor, in which Thr replaces Ala at codon 57, in human GH-secreting pituitary tumours was investigated. Whilst the rarer form correlated with an increased response of the pituitary cells to GHRH in vitro, allele distribution studies revealed that it is unlikely that the polymorphism contributes to increased risk of developing GH-secreting tumours and therefore acromegaly. Further findings of this study, using PCR and direct sequencing, were the demonstration of an association between β-catenin gene alterations and craniopharyngiomas of the adamantinomatous type. Since this gene product is involved with development, these results suggest that β-catenin mutations may contribute to the initiation and subsequent growth of congenital adamantinomatous craniopharyngiomas.

Η αποσαφήνιση ορισμένων μοριακών μηχανισμών και της βιοχημείας των όγκων του εγκεφάλου είναι ένα σημαντικό βήμα προς την ανάπτυξη επικουρικών ιατρικών θεραπειών. Η παρούσα μελέτη επικεντρώνεται στη χολοκυστοκίνη (CCK), ένα πεπτίδιο που απαντάται τόσο στο γαστρεντερικό όσο και στο εγκεφαλικό σύστημα, και έχει περιγραφεί ότι μπορεί να προκαλέσει μίτωση γλοιώματος αρουραίου καθώς και έκκριση ορμονών από την πρόσθια υπόφυση, μέσω του υποδοχέα CCK-B. Προσδιορίστηκε επίσης η σημασία ενός πολυμορφισμού στο γονίδιο υποδοχέα ορμόνης απελευθέρωσης αυξητικής ορμόνης (GHRH-R) (GHRH-R). Τέλος, διερευνήθηκαν ελαττώματα στο γονίδιο β-κατενίνης, ένα σημαντικό συστατικό της αναπτυξιακής οδού, σε ένα υποσύνολο κρανιοφαρυγγιομάτων. Αντίστροφη μεταγραφή-αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης (RT-PCR), ανάλυση περιοριστικής πέψης και άμεση αλληλούχιση έδειξε έκφραση του ίδιου του πεπτιδίου CCK και των υποδοχέων Α και Β από ανθρώπινα γλοιώματα, μηνιγγιώματα και όγκους της υπόφυσης. Τα πεπτίδια CCK διεγείρουν την ανάπτυξη καλλιεργημένων γλοιωμάτων και μηνιγγιώματος καθώς επίσης και την έκκριση in vitro ορμόνης [αυξητική ορμόνη (GH), ωχρινοτρόπου ορμόνη (LH) και ωοθυλακιοτρόπου ορμόνη (FSH)] από όγκους ανθρώπινης υπόφυσης. Αυτά τα βιολογικά αποτελέσματα μειώθηκαν ή αναστάλθηκαν από ανταγωνιστές CCK. Επιπλέον, ένα αντίσωμα ενάντια της CCK μείωσε τη μίτωση από γλοιώματα και μηνιγγιώματα, και το ίδιο αντίσωμα ανέστειλε την έκκριση ορμονών από καλλιεργημένους όγκους ανθρώπινης υπόφυσης. Τα πεπτίδια CCK διέγειραν την υδρόλυση φωσφατιδυλινοσιτόλης (ΡΙ), υποδεικνύοντας ότι η σύζευξη των υποδοχέων CCK με τη φωσπολιπάση C. Η κυκλική ΑΜΡ δεν επηρεάστηκε. Επιπλέον, η δραστικότητα κασπάσης-3 αυξήθηκε σημαντικά και σημαντικά, ενώ η δραστικότητα πρωτεασώματος μειώθηκε. Συνολικά, αυτά τα αποτελέσματα μπορεί να υποδηλώνουν έναν αυτόκρινο / παρακρινικό ρόλο του CCK στον έλεγχο της ανάπτυξης και / ή της λειτουργίας των γλοιωμάτων, μηνιγγιωμάτων και όγκων της υπόφυσης. Διεξήχθη ανάλυση περιορισμού προκαλούμενη από εκκινητή (PIRA) του σπανιότερου και εναλλακτικού πολυμορφισμού στον υποδοχέα GHRH-R, στον οποίο Thr αντικαθιστά το Ala στο κωδικόνιο 57, σε όγκους υπόφυσης που εκκρίνουν ανθρώπινη GH. Ενώ η σπανιότερη μορφή συσχετίζεται με αυξημένη απόκριση των κυττάρων της υπόφυσης στην GHRH in vitro, μελέτες κατανομής αλληλομορφών αποκάλυψαν ότι είναι απίθανο ο πολυμορφισμός να συμβάλει στον αυξημένο κίνδυνο ανάπτυξης όγκων που εκκρίνουν GH και συνεπώς ακρομεγαλίας. Περαιτέρω ευρήματα αυτής της μελέτης, χρησιμοποιώντας PCR και άμεση αλληλούχιση, ήταν η επίδειξη συσχέτισης μεταξύ μεταβολών γονιδίων β-κατατενίνης και κρανιοφαρυγγιομάτων του αδαμαντιωματώδους τύπου. Δεδομένου ότι αυτό το γονιδιακό προϊόν εμπλέκεται με την ανάπτυξη, αυτά τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι οι μεταλλάξεις β-κατενίνης μπορεί να συμβάλλουν στην έναρξη και στη συνέχεια ανάπτυξη συγγενών αδαμαντινοσωματικών κρανιοφαρυγγιομάτων.