TY  - THES
A1  - Kudlich, Theodor
T1  - Verstärkung Butyrat induzierter Apoptose in kolorektalen Karzinomzellen durch Aspirin und Tumor Nekrose Faktor alpha
T1  - Enhancement of butyrate induced apoptosis in colorectal carcinoma cells by aspirin and tumour necrosis factor alpha
N2  - Epidemiologische Studien weisen auf einen protektiven Einfluß einer ballaststoffreichen Ernährung gegenüber der Entstehung eines kolorektalen Karzinoms hin. Die kurzkettige Fettsäure Butyrat ist ein wichtiges Produkt bakterieller Fermentation von Ballaststoffen bzw. von unverdaubaren Kohlenhydraten im Kolon. Butyrat hat paradoxe Effekte auf Epithelzellen des Kolons: Haupternergieträger und Wachstumsstimulator normaler Mukosa einerseits, Proliferationshemmer und Apoptoseinduktor kolorektaler Karzinomzellen in vitro andererseits. Auch für NSAID wie Aspirin belegen epidemiologische Studien einen chemoprotektiven Effekt gegenüber dem Kolonkarzinom. Für das Zytokin TNFalpha werden einerseits apoptoseinduzierende Effekte für kolorektale Karzinomzellen in vitro beschrieben, jedoch gelten einige Kolonkarzinomzellinien als resistent gegen TNFalpha. Andererseits besitzt TNFalpha auch proinflammatorische und antiapoptotische Wirkung über Aktivierung des nukleären Faktors kappa B (NF-kappaB). In der vorliegenden Arbeit wurden die Einflüsse sowohl von Aspirin als auch von TNFalpha auf die durch Butyrat induzierte Apoptose an humanen kolorektalen Karzinomzellinien untersucht. Zu diesem Zweck wurde ein durchflußzytometrischer Annexin V – Propidiumjodid – Assay etabliert. Mit Hilfe dieses Assays konnte gezeigt werden, daß der Apoptose induzierende Effekt sich sowohl durch eine Kombination mit Aspirin als auch durch eine Kombination mit TNFalpha im Sinne einer additiven Wirkung steigern läßt. Der Einfluß von Butyrat auf die antiapoptotische Wirkung von TNFalpha über Modulation von NF-kappaB wurde in einem Electophoretic Mobility Shift Assay (EMSA) untersucht. Die Verstärkung der Butyrat-induzierten Apoptose durch eine Kombination mit TNFalpha ist mit einer Hemmung der TNFalpha induzierten Aktivierung von NF-kappaB assoziiert. In einem RNase Protection Assay war auf mRNA-Ebene keine Beeinflussung der NF-kappaB abhängigen antiapoptotischer Faktoren (TRAF-1 und -2, c-IAP1 und 2 und XIAP) durch Butyrat nachweisbar. Die Verstärkung der Apoptose durch TNFalpha zeigt, daß Butyrat in seiner protektiven Wirkung in der Lage ist, neben einer direkten Beeinflussung der Kolonozyten auch auf körpereigene Signalwege zu wirken. Die Untersuchungen dieser Arbeit leisten einen Beitrag zur weiteren Klärung der molekularen Grundlagen der Butyratwirkung auf Kolonepithelzellen. Evtl. besteht in Zukunft die Möglichkeit, Butyrat als adjuvantes Therapeutikum bei Prävention und Therapie kolorektaler Karzinome zu verwenden.
N2  - Epidemiological studies suggest a protective effect of a high fibre enriched diet against the development of colorectal cancer. The short chain fatty acid butyrate is an important product of bacterial fermentation of fibres, respectively of undigested carbohydrates within the colon. Butyrate has paradoxical effects on colonic epithelial cells: main energy source and growth stimulus for normal mucosa on the one hand, inhibition of proliferation induction of apoptosis of colorectal carcinoma cells in vitro on the other hand. Also for NSAID like aspirin by epidemiological studies there is body of evidence for a chemo protective effect against colon cancer. For the cytokine TNFalpha apoptosis inducing effects on colorectal carcinoma cells in vitro are also described, but some colorectal carcinoma cell lines are considered to be reisstent to TNFalpha induced apoptosis. Furthermore, TNFalpha also has pro-inflammatory and anti-apoptotic properties by activating the nuclear factor kappa B. Aim of this work was to investigate the effects of aspirin and TNFalpha on the butyrate induced apoptosis in human colorectal carcinoma cell lines. For this reason a flow cytometric annexin V – propidium iodine – assay was established. It was possible to show by this assay that the apoptosis inducing effect of butyrate was enhanced to an additive effect by combining as well with aspirin as well as with TNFalpha. To further investigate whether butyrate influences the anti-apoptotic effect of TNFalpha by modulating NF-kappaB, an electrophoretic mobility shift assay (EMSA) was performed. The enhancement of butyrate induced apoptosis by combination with TNFalpha is associated with an inhibition of TNFalpha induced NF-kappaB activation. A RNase protection assay did show no influence of on the mRNA expression of NF-kappaB dependent factors (TRAF-1 and -2, c-IAP1 and 2, and XIAP). The enhancement of TNFalpha induced apoptosis demonstrates that the protective effects of butyrate not only are a result of direct influencing colonocytes but also by modulating signal cascades within the body. The results of this study support understanding the molecular effects of butyrate on colorectal epithelial cells. Maybe, in future there will be possibilities to use butyrate as an adjuvant therapeutic agent by prevention and therapy of colorectal carcinomas.
KW  - Kolonkarzinom
KW  - Apoptose
KW  - Butyrat
KW  - Aspirin
KW  - TNFalpha
KW  - colon cancer
KW  - apoptosis
KW  - butyrate
KW  - aspirin
KW  - TNFalpha
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-7164
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schauber, Jürgen
T1  - Modulation von Zellzyklus- und Apoptoseregulation in humanen kolorektalen Karzinomzellen durch Butyrat und Acetylsalicylsäure
T1  - Modulation of cell cycle- and apoptosis control in human colorectal cancer cells by butyrate and aspirin
N2  - Zahlreiche experimentelle und epidemiologische Studien schreiben der kurzkettigen Fettsäure Butyrat und dem Cyclooxygenasehemmer Acetylsalicylsäure eine Schutzwirkung auf die Entstehung des kolorektalen Karzinoms zu. Die genauen Mechanismen hinter der Wirkung beider Substanzen sind ungeklärt. Um die Effekte von Butyrat und Acetylsalicylsäure, sowie deren Kombination, auf das Wachstum, die Differenzierung und Apoptose von Kolonkarzinomzellen zu untersuchen, wurden Zellkulturexperimente und Western Blot Analysen durchgeführt. Unter Butyratinkubation kam es zu einer Steigerung der Differenzierung von HT-29-Kolonkarzinomzellen, jedoch nicht von Caco-2 Zellen. Acetylsalicylsäure allein hatte keinen relevanten Effekt auf die Zelldifferenzierung und in Kombination konnte Acetylsalicylsäure die differenzierende Wirkung des Butyrats nicht verstärken. Butyrat und Acetylsalicylsäure hemmten die Proliferation der untersuchten kolorektalen Karzinomzellen. Bei Inkubation mit einer Kombination von Butyrat und Acetylsalicylsäure wurde der antiproliferative Effekt der Einzelsubstanzen deutlich verstärkt. Im Western-Blot konnte diese Beobachtung durch Untersuchung des Proliferationsmarkers PCNA bestätigt werden. Gleichzeitig veränderte sich das Expressionsmuster zellzyklusregulierender Proteine in den untersuchten Zellen: Die Cyclin D3-Expression wurde in Caco-2 Zellen sowie in HT-29 Zellen durch Butyratinkubation erhöht. In Kombination mit Acetylsalicylsäure verstärkte sich die Wirkung von Butyrat auf die Expression von p21Waf1/Cip1 und cdk2: Acetylsalicylsäure und Butyrat in höheren Konzentrationen reduzierten die Expression von cdk2 in HT-29 Zellen, in niedrigen Konzentrationen führte nur die Acetylsalicylsäure-Butyrat-Kombination zu einem Abfall des cdk2-Proteingehalts. Butyrat induzierte die Expression des cdk-Inhibitors p21Waf1/Cip1 in beiden Kolonkarzinomzellinien. Die Wirkung auf p21Waf1/Cip1 war hierbei p53-unabhängig, da es gleichzeitig zu einem Abfall der Konzentration an p53-Protein in HT-29 Zellen kam und in Caco-2 Zellen kein p53 nachweisbar war. Acetylsalicylsäure hatte erst in höherer Konzentration einen Einfluss auf die p21Waf1/Cip1 Proteinexpression in HT-29 Zellen. Die Kombination von Butyrat und Acetylsalicylsäure übertraf in ihrer Wirkung die des Butyrats schon bei Konzentrationen, bei denen die alleinige Butyratinkubation ohne Effekt blieb. Weiterhin induzierte Butyrat, über einen Anstieg der Expression des pro-apoptotischen Faktors Bak, Apoptose in den untersuchten Kolonkarzinomzellen, bei gleichzeitigem Abfall des anti-apoptotischen Bcl-XL. Bei Inkubation mit der Acetylsalicylsäure-Butyrat-Kombination kam es zu einer deutlichen Verstärkung der Apoptoseinduktion, wobei Acetylsalicylsäure die Wirkung des Butyrats auf Bak und Bcl-XL jedoch nicht steigerte. Zudem konnte gezeigt werden, dass der Effekt des Butyrats mit einer Inhibition der Phosphorylierung und Degradation von IkBa, und damit einer Verhinderung der Aktivierung des Transkriptionsfaktors NFkB einhergeht, was die Wirkung von apoptose-induzierenden Substanzen verstärken kann. Zusammenfassend zeigte sich bei Kombination der Einzelsubstanzen Butyrat und Acetylsalicylsäure eine Verstärkung ihrer Wirkung auf die Zellproliferation, sowie die Apoptoseinduktion bei Kolonkarzinomzellen. Dieser Effekt wird durch unterschiedliche molekulare Mechanismen vermittelt, wobei mit p21Waf1/Cip1 und cdk2 erstmals Faktoren ermittelt wurden, auf deren Expression Butyrat und Acetylsalicylsäure additive oder potentiell synergistische Effekte haben.
N2  - Numerous experimental and clinical study data support the view of a preventive effect of butyrate and aspirin on the incidence of colorectal carcinomas. The exact underlying mechanisms however remain unclear. In order to examine the effects of butyrate, aspirin and their combination on proliferation, differentiation and apoptosis in colorectal carcinoma cells, cell culture experiments and Western blot analyses were performed. Butyrate-incubation induced differentiation in HT-29 colon carcinoma cells, but not in Caco-2 cells. Aspirin did not exert relevant effects on cell differentiation and did not support the butyrate effects. Both butyrate and aspirin decreased the proliferation of the investigated cell lines. Coincubation with both substrates enhanced the antiproliferative effects of the single substances. In Western blot analyses this observation was confirmed by decreased levels of PCNA, a marker for cell proliferation. At the same time the expression pattern of cell cycle regulating factors was changed: Cyclin D3 expression was induced by butyrate in Caco-2 and HT-29 cells. In combination with aspirin the effect of butyrate on p21Waf1/Cip1 und cdk2 expression was enhanced: Aspirin and butyrate in high concentrations decreased the expression of cdk2 in HT-29 cells whereas in low concentrations only the aspirin-butyrate-combination decreased cdk2 protein. Butyrate induced the expression of the cdk-inhibitor p21Waf1/Cip1 in both cell lines. Butyrate induced p21Waf1/Cip1 independently from p53 as butyrate decreased p53 levels at the same time. Aspirin induced p21Waf1/Cip1 expression when applied at high concentrations. In combination butyrate and aspirin had a stronger effect on p21Waf1/Cip1 expression already at concentrations at which butyrate alone did not have an effect. Also butyrate induced apoptosis by inducing pro-apoptotic Bak and decreasing anti-apoptotic Bcl-XL in the investigated cell lines. When butyrate and aspirin were applied in combination the pro-apoptotic effects of butyrate were enhanced. However aspirin did not have an effect on Bak and Bcl-XL expression. Furthermore it could be shown that the butyrate effects are associated with an inhibition of phosphorylation and subsequent degradation of IkBa. This was followed by an inhibition of the activation of the transcription factor NFkB, which can support the effect of apoptosis-inducing factors. Taken together an enhanced effect of the aspirin-butyrate combination on cell proliferation and apoptosis in colorectal cancer cells was observed. This effect was mediated by different molecular mechanisms. For the first time factors could be identified, p21Waf1/Cip1 and cdk2, on which butyrate and aspirin exert additive and potentially synergistic effects.
KW  - Butyrat
KW  - Acetylsalicylsäure
KW  - Kolorektales Karzinom
KW  - Apoptose
KW  - Zellzyklusregulation
KW  - Butyrate
KW  - Aspirin
KW  - Colorectal Carcinoma
KW  - Apoptosis
KW  - Cell cycle control
Y1  - 2001
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-1179976
ER  -