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Identifikation molekularer Marker des Prostatakarzinoms unter Verwendung der Gewebe-Mikroarray-Technologie

Prowatke, Ilka

English Title: Identifikation of molecular markers for prostate carcinomas using tissue microarrays

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Official URL: http://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/doku/hilfe_formular.php?la=de#source
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Abstract

Prostatakrebs ist die zweithäufigste krebsbedingte Todesursache bei Männern der westlichen Welt. Obwohl immer mehr Prostatakarzinome in frühen Stadien diagnostiziert werden, ist die Mortalitätsrate nicht entsprechend gesunken, da eine kurative Therapie fortgeschrittener, metastasierter Prostatakarzinome bisher nicht möglich ist. Die Aufklärung der biologischen Prozesse, welche an der Prostatakarzinogenese beteiligt sind, stellt die Grundlage zur Entwicklung neuer molekularer Marker und Therapeutika dar. Die Verwendung von Mikroarray-Technologien ermöglicht die Identifikation einer zunehmenden Anzahl an Kandidatengenen, deren Bedeutung für die Tumorprogression und Prognose z.B. mittels Gewebe-Mikroarrays an einem großen Tumorkollektiv validiert werden. In der vorliegenden Studie wurden Gewebe-Mikroarrays hergestellt, welche zur Untersuchung von Änderungen der Proteinexpression in unterschiedlichen Stadien der Progression des Prostatakarzinoms eingesetzt wurden. Zur Identifikation neuer Kandidatengene wurden numerische chromosomale Veränderungen von 161 Prostatakarzinomen aus sieben Genomprofil-Studien systematisch mit den Ergebnissen von vier Expressionsprofil-Studien an 61 Prostatakarzinomen verglichen. Von der resultierenden Liste an Kandidatengenen wurden diejenigen der Kandidaten, für welche geeignete Antikörper verfügbar waren, mittels Immunhistochemie an einem Gewebe-Mikroarray mit 651 Gewebeproben von 175 Prostatakrebspatienten untersucht: Fettsäuresynthase (FASN), MYC, Beta-Adrenergische Rezeptor Kinase 1 (BARK1), die katalytischen Untereinheiten der Protein Phosphatasen PP1a (PPP1CA) und PP2A (PPP2CB) sowie der Tumorsuppressor NM23-H1. In univariaten Analysen korrelierte die Immunfärbung von PP1a mit dem pathologischen Parameter „Gleason Score“. Die Immunfärbung von MYC korrelierte in univariaten und multivariaten Analysen invers mit pT-Stadium und Gleason Score. Zudem war eine Untergruppe von Patienten mit hohen Gleason Scores durch den Verlust der Beta-Adrenergischen Rezeptor Kinase 1 (BARK1) charakterisiert. In dieser IHC-Studie wurden somit neue molekulare Marker von potentieller diagnostischer und therapeutischer Relevanz identifiziert. Des Weiteren wurde die Bedeutung des in der IHC-Studie identifizierten Markers BARK1 bei der Progression des Prostatakarzinoms an Zelllinien analysiert (BPH-1, 22RV1, LNCaP, PC-3, DU145, HEK, Jurkat). BARK1 desensibilisiert spezifisch Agonist-gebundene Beta-Adrenergische Rezeptoren, sodass der bei fortgeschrittenen Tumoren beobachtete Verlust dieser Kinase zu einer verstärkten Signaltransduktion führen könnte. Eine Modulation der Signaltransduktion durch spezifische Agonisten (Isoproterenol, Terbutalin) und Antagonisten (ICI 118,551, ICI 89,406) beeinflusste zwar die Zellproliferation nicht. Die deutlich erhöhte Expression der Beta-Adrenergischen Rezeptor Gene (B1AR, B2AR) in Prostatazelllinien metastatischen Ursprungs (LNCaP, PC-3, DU145) sowie die durch Agonisten und Antagonisten hoch-regulierte Genexpression von B1AR und B2AR in den Zelllinien aus Fernmetastasen, PC-3 bzw. DU145, deuten jedoch auf eine Beteiligung der Beta-Adrenergischen Signaltransduktion an der Metastasierung hin. Ob Beta-Blocker die Metastasierung verhindern können, ist in weiteren Studien zu klären. Zusammenfassend konnten in dieser Studie an Prostata-Gewebe-Mikroarrays neue molekulare Marker identifiziert werden. Einer dieser Marker, BARK1, könnte über die Regulation der Beta-Adrenergischen Rezeptoren an der Progression des Prostatakarzinoms involviert sein. Die Ergebnisse dieser Studie unterstützen den Vorschlag, in der Therapie von Prostatakarzinomen Beta-Blocker einzusetzen, um die Ausbildung von Metastasen zu hemmen.

Translation of abstract (English)

Prostate cancer is the second most frequent cause of cancer-related deaths in western countries. Although the incidence of early prostate carcinoma stages increased in recent years, this did not result in a respectively decreased mortality rate because a curative therapy of advanced, metastatic stages does not exist. Elucidation of the biologic processes involved in prostate carcinogenesis provides a basis for the development of novel molecular markers and therapies. By means of microarray technologies an increasing number of candidate genes has been identified. The relevance of these genes in tumour progression and prognosis is validated in large tumour collections e.g. by using tissue microarray technology. In this study tissue microarrays were generated to analyze changes in protein expression during the progression of prostate cancer. To identify new candidate genes of diagnostic and therapeutic relevance, we performed an exhaustive gene search in seven previously described genomic profiling studies with 161 prostate tumours, and four expression profiling studies with 61 tumours. From the resulting list of candidate genes, six were selected for protein expression analysis based on the availability of antibodies applicable for paraffinized tissue: fatty acid synthase (FASN), MYC, beta-adrenergic receptor kinase 1 (BARK1), the catalytic subunits of protein phosphatases PP1a (PPP1CA) and PP2A (PPP2CB) and tumoursuppressor NM23-H1. These candidates were analysed by immunohistochemistry on a tissue microarray containing 651 cores of primary prostate cancer samples and benign prostatic hyperplasias from 175 patients. In univariate analysis, expression of PP1a was found to strongly correlate with the pathological parameter “Gleason score”. MYC immunostaining negatively correlated with both pT-stage and Gleason score in univariate and multivariate analysis. Furthermore, a subgroup of patients with high Gleason scores was characterized by a complete loss of BARK1 protein. In conclusion, this analysis revealed novel molecular markers of potential diagnostic and therapeutic relevance. Finally the potential role of BARK1 in prostate cancer progression was further analyzed in cell lines (BPH-1, 22RV1, LNCaP, PC-3, DU145, HEK, Jurkat). BARK1 specifically desensitizes agonist-bound beta-adrenergic receptors. Therefore, the loss of BARK1 which was observed in advanced tumours is likely to promote an enhanced signal transduction. Modulating the signal transduction intensity by specific agonists (isoproterenol, terbutaline) and antagonists (ICI 118,551, ICI 89,406) of the beta-adrenergic receptors did not influence cell proliferation. However, expression of beta-adrenergic receptor genes was found to be highly upregulated in all prostate cancer cell lines originating from metastases (LNCaP, PC-3, DU145). Furthermore, specific agonists and antagonists influenced beta-adrenergic receptors by further increasing expression of beta-adrenergic receptor genes B1AR and B2AR in PC-3 and DU145, the two cell lines originating from distant metastases. These findings indicate a role of beta-adrenergic receptors in metastasis. If metastasis may be inhibited by beta-blockers has to be elucidated in further studies. In conclusion, the present analysis on tissue microarrays revealed novel molecular markers for prostate cancer progression. Of these, BARK1 might be involved in metastasis formation by regulating beta-adrenergic receptors. These results support the notion to apply beta-blockers in prostate cancer therapy in order to prevent metastasis.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Buselmaier, Prof. Dr. Werner
Date of thesis defense: 31. January 2008
Date Deposited: 18. Mar 2008 15:16
Date: 2008
Faculties / Institutes: Service facilities > German Cancer Research Center (DKFZ)
Subjects: 570 Life sciences
Controlled Keywords: Prostata, Prostatakrebs, Microarray, Biomarker, Myc, Metastase
Uncontrolled Keywords: Beta Adrenergische Rezeptorenprostate carcinoma , tissue microarray , molecular marker , MYC , beta adrenergic receptor
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