Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Erprobung einer Kombinationstherapie aus dem Histondeacetylaseinhibitor Valproat und dem mTOR-Inhibitor Temsirolimus für das fortgeschrittene Prostatakarzinom in vitro und am Nacktmausmodell

Krahn, Lisa

In Western societies, prostate cancer is the most common malignancy in men. Currently, two third of prostate carcinomas are restricted locally at diagnosis and can be successfully treated. However, there is no option for the last third. The therapy of choice for an advanced prostate carcinoma is a complete withdrawal of androgens. This results in a remission of 2-4 years, followed by the development of a so called castration-resistant prostate carcinoma. The subsequent therapy palliates the pain and improves quality of life for the patients but it extends the life span only for a couple of months. Thus, new drug treatments are needed to manipulate androgen signaling in order to restrict tumour growth. The aim of this study is to elucidate whether the treatment of a prostate carcinoma cell line (LNCaP) or LNCaP derived tumours with the Histone deacetylase inhibitor valproat in combination with the mTOR-inhibitor Temsirolimus results in synergistic effects on cell proliferation and tumour growth. In a cell culture experiment, LNCaP cells were treated with Valproat, Temsirolimus or a combination of both. Subsequently, the proliferation rate and the gene-expression of diverse tumour markers were analyzed. The incubation of LNCaP cells with the combination of Valproat and Temsirolimus resulted in a decrease of cell proliferation with an additive effect of both drugs in comparison to the single treatment. Moreover, the combined application of Valproat and Temsirolimus also led to a significant upregulation (x53) of IGF-BP-3, which mediates apoptosis and inhibits proliferation. Therefore the combined application of Valproat and Temsirolimus might inhibit the progression of the castration-resistant prostate carcinoma via this synergistic effect on the IGF-system. In a second, in vivo experiment, LNCaP cells were implanted into immune-suppressed nude mice (NMRInu/nu), resulting in the formation of a subcutaneous prostate carcinoma. The mice were subdivided into four groups and again treated with Valproat per os, Temsirolimus intravenous or a combination of both. The last group was untreated and served as control. Tumour volume was measured and calculated twice a week over a period of seven weeks or until tumour size exceeded animal welfare considerations. In the mouse model, the distinct tumours grew rather heterogeneously. We found no significant differences in size between the different groups. However, staining against the proliferation marker Ki-67 in histological sections of the tumours showed a remarkable reduction in the proliferation potential when the mice were treated with the combination of Valproat and Temsirolimus. However, the results of quantitative PCR to estimate RNA levels of key markers from tumour samples were contradicting. For instance, the combined application of Valproat and Temsirolimus reduced the expression of IGF-BP-3 to some extent (77%), whereas the expression of IGF-1-R was increased upon treatment of Temsirolimus alone (x 2,7) but not after treatment with both drugs. Therefore, our data derived from the in vivo experiment. do not unequivocally support our results from cell culture experiments. Whether e.g. the effects observed in LNCaP cells are not sufficient to inhibit tumour growth in vivo or whether the period of medication was too short to see effects needs to be investigated in further studies.

Das Prostatakarzinom ist die häufigste Krebserkrankung des Mannes in westlichen Gesellschaften. Zwei Drittel der Karzinome sind bei Diagnosestellung auf die Prostata beschränkt und können erfolgreich behandelt werden. Das letzte Drittel jedoch kann auf Grund der Ausbreitung des Karzinoms nicht mehr erfolgreich operiert werden. Die Therapie der Wahl für diese Patienten ist der vollkommene Androgenentzug. Im Anschluss an die Remission von 2-4 Jahren, erfolgt jedoch die Entwicklung des kastrationsresistenten Prostatakarzinoms und kann nur noch palliativ behandelt werden. Die verwendeten Medikamente verringern die Schmerzen und erhöhen die Lebensqualität, verlängern das Leben aber nur um ein paar Monate. Aus diesem Grund werden neue Medikamente benötigt, die auf karzinomspezifische Signalwege abzielen. Das Ziel dieser Arbeit ist, zu untersuchen, ob die Behandlung von Prostatakarzinomzellen (LNCaP) und Prostatakarzinomzelltumoren mit dem Histondeacetylaseinhibitor Valproat und dem mTOR-Inhibitor Temsirolimus einen synergistischen Effekt auf das Tumorwachstum zeigt. In einem Zellversuch wurden LNCaP-Zellen mit Valproat, Temsirolimus oder einer Kombination aus beiden Stoffen behandelt. Anschließend wurde die Proliferation der Zellen und die Expression verschiedener Gene analysiert. Die Behandlung der LNCaP-Zellen mit Valproat oder Temsirolimus führte zu einem signifikanten Rückgang der Zellproliferation. Dabei zeigte sich ein synergistischer Effekt bei der Applikation beider Medikamente. Außerdem führte die kombinierte Behandlung zu einer deutlich erhöhten Expression (x53) von IGF-BP-3, welches antiproliferative und proapoptotische Eigenschaften besitzt. Über diese synergistische Beeinflussung des IGF-Systems könnte die Kombination aus Valproat und Temsirolimus die Fähigkeit besitzen, den Krankheitsverlauf des kastrationsresistenten Prostatakarzinoms positiv zu beeinflussen. Um die Medikamente auch in vivo zu untersuchen, wurden LNCaP-Zellen in immunsupprimierte Nacktmäuse (NMRInu/nu) implantiert. Der entstehende Tumor wurde zweimal die Woche vermessen und die Mäuse ebenfalls mit Valproat per os, Temsirolimus intra venös oder der Kombination aus beiden Medikamenten behandelt. Die vierte Gruppe blieb unbehandelt und diente als Kontrolle. Nach sieben Wochen oder sobald es aus Tierschutzgründen notwendig war, wurden die Mäuse getötet. Im Tierversuch zeigte sich ein sehr individuelles Wachstum der Tumoren und es konnten keine signifikanten Unterschiede im Wachstum zwischen den verschiedenen Behandlungsgruppen nachgewiesen werden. Die Untersuchung der Tumoren mittels Ki-67-Immunhistochemie zeigte allerdings einen verringerten Proliferationsindex in den Tumoren, die mit beiden Medikamenten behandelt wurden. Die Ergebnisse der Genexpressionsanalyse mittels Real Time PCR waren widersprüchlicher Natur. So führte die kombinierte Behandlung mit Valproat und Temsirolimus zu einer Abnahme der Expression des IGF-BP-3 um 77%, wohingegen die Expression von IGF-1-R durch Temsirolimus, nicht aber durch die Kombination, um den Faktor 2,7 erhöht wurde. Die Ergebnisse des Tierversuchs unterstützen die in vitro Ergebnisse daher nur teilweise. Ob z.B. der Einfluss der beiden Medikamente auf das Zellwachstum im Tumorgewebe im Tierversuch zu gering war, um einen Effekt sichtbar zu machen oder ob der Zeitraum der Behandlung zu kurz war, müssen weitere Untersuchungen zeigen.

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Krahn, Lisa: Erprobung einer Kombinationstherapie aus dem Histondeacetylaseinhibitor Valproat und dem mTOR-Inhibitor Temsirolimus für das fortgeschrittene Prostatakarzinom in vitro und am Nacktmausmodell. Hannover 2012. Tierärztliche Hochschule.

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