Dissertation

Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

Tatjana Paola Harting

Die Wirkung von Dichloressigsäure auf kanine epitheliale Tumorzelllinien aus Mamma, Prostata und Blase

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-109108

title (engl.)

The effect of dichloroacetate on canine epithelial cancer cell lines derived from mammary gland, prostate and bladder

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2016

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/hartingt_ws16.pdf

abstract (deutsch)

Neben den klassischen Therapieoptionen wie Chirurgie und Radiotherapie werden zur Krebstherapie beim Hund in großem Umfang Chemotherapeutika verwendet, die aus der Anwendung beim Menschen bekannt sind. Die damit verbundenen Nebenwirkungen und die Kosten begrenzen jedoch den Einsatz. Deshalb wird weltweit nach wirksamen und kostengünstigen Alternativen für den Hund gesucht. Als anerkanntes in vitro Modell eignen sich Tumorzelllinien, insbesondere für das Screening von potentiell chemotherapeutisch wirksamen Substanzen.

Dichloressigsäure (DCA), als kostengünstiges und einfach herzustellendes Arzneimittel, soll den im Rahmen des Warburg Effektes entgleisten Energiestoffwechsel von Tumorzellen revidieren. Zur Prüfung der Wirksamkeit von DCA wurden in der vorliegenden Studie Zelllinien epithelialer Tumoren verwendet. Dabei handelt es sich um Linien aus drei Prostataadeno- (DT08/46, CT1258, DT15/08), drei Übergangszell- (DT08/40, DT15/06, DT15/09) und zwei Mammakarzinomen (MTH52C, DT14/06T) sowie aus benignem (ZMTH3) und klinisch gesundem Mammagewebe (MTH53A).

Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Wirksamkeit von 10 mM DCA auf die Zellteilung und die damit verbundene Änderung metabolischer Prozesse in vitro zu evaluieren. Dabei wurde insbesondere die Zellzahl, die Laktatproduktion sowie das Proliferations- und Apoptoseverhalten analysiert. Die Proliferation wurde anhand des Proliferationsmarkers Ki67 ermittelt und die Apoptose wurde über Durchflusszytometrie sowie mit der TUNEL Methode in der Fluoreszenzmikroskopie evaluiert. In diesem Zusammenhang wurden die in der Apoptosekaskade involvierten Proteine C-Jun-N-terminale Kinase (JNK) und Bcl-2-Antagonist of Cell Death (BAD) sowie das pro-pro­liferative sowie anti-apoptotische Tumor­promoterprotein Survivin in der Luminex Magnetic Bead Technologie nachgewiesen. Zusätzlich wurde die mitochondriale Produktion von reaktiven Sauerstoffspezies untersucht, die ihrerseits auch im Zusammenhang mit der Apoptoseinduktion steht. Im Rahmen des veränderten Energiestoffwechsels stand die Laktatfreisetzung in das Medium sowie die Expression der inaktivierten Pyruvatdehydrogenase (Luminex) im Fokus. Außerdem wurden die Effekte von DCA auf drei, im Proliferations- (miR-141, miR-145, miR-375) und Apoptosegeschehen (miR-141, miR-145) involvierte MikroRNAs (miR) untersucht.

DCA hatte auf kanine Tumorzelllinien einen anti-proliferativen Effekt jedoch ohne erkennbare Apoptoseinduktion, welches sich in einem reduzierten Nachweis des Proliferationsmarkers Ki67 äußerte. Zwar kam es in fast allen Tumorzelllinien zu einer gesteigerten Produktion von mitochondrialen reaktiven Sauerstoffspezies sowie zu einer verminderten Expression von Survivin, jedoch sind diese Veränderungen nicht aus­reichend um eine Apoptoseinduktion zu belegen. DCA führte in den untersuchten Zelllinien zu einer Reduktion der Laktatproduktion infolge einer indirekten PDH-Aktivierung, welches die Revidierung des Energiestoffwechsels von der aeroben Glykolyse hin zur Glukoseoxidation bestätigt. Dabei zeigte DCA eine insgesamt einheitliche Wirkung auf die Zelllinien der Übergangszellkarzinome, während in den Zelllinien der Prostatakarzinome und der Mamma untereinander deutliche Unterschiede in der Zellzahl, der Laktatproduktion, der Survivin, PDH sowie MikroRNA Expression und der Mitochondrienaktivität auftraten. Der in humanen nicht-neoplastischen Zelllinien ausbleibende Einfluss von DCA war in der eigenen Studie in der kaninen nicht-neoplastischen Mammazelllinie MTH53A nicht vorhanden.

Die alleinige systemische Anwendung von DCA in der Tumortherapie beim Hund ist auf Grund von zu erwartenden gravierenden Nebenwirkungen in der hier geprüften Dosierung von 10 mM in vivo nicht möglich. Eine geringere Dosierung verspricht auf Grund der vermutlich zu schwachen Wirkung keinen Erfolg. Lediglich eine Kombinationstherapie mit anderen Chemotherapeutika oder Bestrahlung könnte einen synergistischen Effekt und gleichzeitig eine Dosisreduktion von DCA ermöglichen. Dies zu belegen, erfordert jedoch über die eigene Studie hinausgehende weitere Untersuchungen.

abstract (englisch)

Besides typical treatment options such as surgery or radiotherapy, chemotherapeutics, as they are known from human, are widely used in dogs. However, severe side effects and costs limit the application. Therefore new alternatives which are more effective and less cost-intensive are sought for the dog all over the world. As an accepted in vitro model, cancer cell lines are appropriate for the screening of potential chemotherapeutical effective substances.

Dichloroacetate (DCA), an inexpensive and easily produced drug, should affect the energy metabolism of cancer cells, which is derailed within the Warburg effect. For the proof of efficacy of DCA, epithelial tumour cell lines were used. These cell lines derived from three prostate adenocarcinomas (DT08/46, CT1258, DT15/08), three transitional cell carcinomas (DT08/40, DT15/06, DT15/09) and two mammary carcinomas (MTH52C, DT14/06T) as well as benign (ZMTH3) and clinically healthy mammary gland tissue (MTH53A).

Aim of this study was the evaluation of the efficacy of 10 mM DCA on cell division and associated changes in metabolic processes in vitro. Therefore especially cell number, lactate production as well as proliferation and apoptosis were analysed. Proliferation was determined by means of the proliferation marker Ki67 and apoptosis was evaluated by flow cytometry and TUNEL method using fluorescence microscopy. In this context in apoptosis cascade involved proteins c-jun kinase (JNK) and Bcl-2-Antagonust of Cell Death (BAD) as well as the pro proliferative and anti-apoptotic tumour promoter protein survivin was proved with Luminex Magnetic Bead Technology. In addition, the production of mitochondrial derived reactive oxygen species was examined, which for its part is associated with apoptosis induction. In the course of altered energy metabolism focus was set on lactate release in medium as well as expression of inactivated pyruvate dehydrogenase (Luminex). Furthermore, the effects of DCA on three microRNAs (miR) involved in proliferation (miR‑141, miR-145, miR-375) and apoptosis (miR-141, miR-145) were determined.

DCA had an anti-proliferative effect on canine cancer cell lines but without apparent apoptosis induction, which was expressed in lowered proof of the proliferation marker Ki67. Although an increased production of mitochondrial derived reactive oxygen species as well as decreased expression of surviving was observed in all cancer cell lines, these changes are not sufficient to verify an induction of apoptosis induction. Furthermore, in the examined cell lines DCA resulted in a reduction of lactate production due to indirect PDH activation, which confirmed the change in energy metabolism from aerobic glycolysis towards glucose oxidation. Thereby DCA showed a collectively consistent effect on transitional cell carcinoma cell lines, whereas differences occurred within the prostate adenocarcinoma and mammary gland cell lines. In the own study the absent effect of DCA on human non-cancerous cell lines was not present on canine non-cancerous mammary cell line MTH53A.

Due to expectable severe side effects in the examined concentration of 10 mM DCA the solely systemic application in canine cancer treatment in vivo is not possible. Because of presumable mild effects, a lower dosage promises no success. Merely a combination therapy with other chemotherapeutics or radiation could enable a synergistic effect and simultaneously a dose reduction of DCA. However, this requires further examinations beyond the own study.

keywords

Dichloressigsäure, Warbung Effekt, kanine Tumorzellen; dichloroacetate, Warbung effect, canine cancer cell lines

kb

1.200