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The role of 15-Lipoxygenase-1 in pancreatic carcinogenesis

Noor, Seema

German Title: Die Rolle der 15-Lipoxygenase-1 bei der Entstehung des Pankreaskarzinoms

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Abstract

The results from epidemiological and animal studies suggest that a high fat consumption is associated with an increased incidence and growth of tumors at several specific organ sites, including pancreas, colon, breast and prostate. Recently, the important role of lipoxygenase pathways in fat metabolism and in the regulation of pancreatic cancer cell proliferation and survival was identified. The arachidonic and linoleic acid metabolizing 15-lipoxygenase-1 (15-LOX-1) acts anti-tumorigenic in colon, esophageal and gastric cancers. However, since nothing is known about 15-LOX-1 in pancreatic cancer, this was investigated in the present study. Expression of 15-LOX-1 was investigated by RT-PCR and western blotting in human pancreatic cancer cell lines and by immunohistochemistry in human pancreatic cancer tissues. Cell proliferation was analyzed in 15-LOX-1 overexpressing pancreatic tumor cell lines and after treatment with both the substrates and products. Restored 15-LOX-1 expression after sodium butyrate treatment was analyzed by western blot analysis. RT-PCR and western blotting showed absence or very weak expression of 15-LOX-1 in all pancreatic cancer cell lines tested. 15-LOX-1 was strongly stained in normal ductal cells, tubular complexes and centroacinar cells, but no staining was seen in islets, cancer cells, PanIN lesions, or in tumor cells in lymph node metastases. Over-expression of 15-LOX-1 in pancreatic tumor cells or treatment with its downstream metabolite 15-S-HETE resulted in decreased cell growth whereas 13-S-HODE did not result in any altered proliferation. Treatment with the substrate AA reduced cell proliferation significantly though no effect was observed after LA treatment. On cell cycle progression level no difference between 15-LOX-1 expressing and mock cells was detectable. Though a clear increase in apoptosis was detected in 15-LOX-1 over-expressing cells. A re-establishment of 15-LOX-1 in pancreatic tumor cell lines could be affirmed on protein level, further sodium butyrate incubation resulted in a strong regression of cell proliferation. Additionally, NaBu incubation restored expression of the anti-apoptotic protein KAI1 whereas no effect on protein expression level was detectable for the pro-metastatic protein S100A4. This study shows that expression of the anti-tumorigenic 15-LOX-1 is suppressed in pancreatic cancer and already in PanINs. These findings provide evidence that loss of 15-LOX-1 may play an important role in pancreatic carcinogenesis, possibly as a tumor suppressor gene. Lipoxygenases are attractive targets for the prevention and treatment of pancreatic cancer. Induction of 15-LOX-1 expression should be harmless for normal cells and, therefore, may be a valuable new anti-tumorigenic tool in the fight against pancreatic cancer.

Translation of abstract (German)

Das Pankreaskarzinom ist bei Frauen und Männern die 4. häufigste Krebstodesursache und besitzt eine der schlechtesten Prognosen unter den malignen Erkrankungen. Gezeigt wurde, dass die ungesättigten Fettsäuren Arachidon- und Linolsäure Wachstum und Entstehung von Pankreaskarzinomen fördern. Zu den Arachidonsäure metabolisierenden Enzymen zählen die Cyclooxygenasen und Lipoxygenasen. Besonders letztere sind bei der Tumorgenese des Pankreas involviert. 15-LOX-1 wird nur im normalen Gewebe aber nicht im Tumorgewebe oder in Tumorzellen exprimiert. Dies konnte sowohl auf mRNA also auch Proteinebene nachgewiesen werden. Auch in immunhistochemischen Färbungen konnte eine deutliche Abgrenzung der 15-LOX-1 Expression zwischen normalem und erkranktem Gewebe nachgewiesen werden. Zusätzlich konnte die Expression der 15-LOX-1 in normalen, selbst isolierten und kultivierten Gangzellen nachgewiesen werden. Bei der Behandlung dieser normalen duktalen Zellen mit dem 15-LOX-1 Inhibitor, Kaffeesäure, konnte eine Zunahme der Proliferation um ca. 60% nachgewiesen werden. Eine Überexpression der 15-LOX-1 in zwei verschiedenen Tumorzelllinien führte zu einem verminderten Wachstum von bis zu 50%. Auch die exogene Behandlung mit dem Substrat Arachidonsäure und dem Produkt 15-HETE führte zu einem verminderten Wachstum. Anderes verhielt es sich für das Substrat Linolsäure und das Produkt 13-HODE. Hier konnte kein Unterschied in der Proliferation beobachtet werden. Auf Zellzyklusebene konnte mittels FACS kein Unterschied zwischen 15-LOX-1 überexprimierenden und Mock Zellen beobachtet werden. Jedoch konnte in weiteren Versuchen eine gesteigerte Apoptoserate in den 15-LOX-1 exprimierenden Zellen nachgewiesen werden. Die genaueren Mechanismen konnten jedoch noch nicht genau identifiziert werden. Versuche mit einem MAPK Inhibitor konnten den Effekt der 15-LOX-1 zum Teil rückgängig machen. Mit Hilfe des Histondeacetylaseinhibitors, Natriumbutyrat, konnte die Expression der 15-LOX-1 in beiden getesteten Tumorzelllinien nachgewiesen werden. Zudem wurde eine drastische Abnahme in der Proliferation beobachtet. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass das anti-metastatische Protein KAI1 durch die Behandlung mit Natriumbutyrat wieder hergestellt werden konnte. Jedoch konnte kein Einfluss von Natriumbutyrat auf die Expression des pro-metastatischen Protein S100A4 beobachtet werden. Diese Ergebnisse lassen darauf schließen, dass 15-LOX-1 eine pro-apoptotische Wirkung hat und evtl. auch die Metastasierung durch den Verlust der 15-LOX-1 beeinflusst wird.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Wiemann, Dr.rer. ne Stefan
Date of thesis defense: 1 October 2007
Date Deposited: 15 Oct 2007 14:26
Date: 2007
Faculties / Institutes: Medizinische Fakultät Mannheim > Chirurgische Klinik
Subjects: 610 Medical sciences Medicine
Controlled Keywords: Bauchspeicheldrüse
Uncontrolled Keywords: Pancreatic cancer , 15-Lipoxygenase-1
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