TY  - THES
A1  - Üceyler, Nurcan
T1  - Charakterisierung genomischer Polymorphismen und somatischer Mutationen, sowie der Expression der gastrointestinalen Glutathionperoxidase im Rahmen der kolorektalen Karzinogenese
T1  - Characterisation of genomic polymorphisms and somatic mutations and the expression of the gastrointestinal glutathionperoxidase during colorectal carcinogensis
N2  - Das kolorektale Karzinom ist in der westlichen Welt die zweithäufigste Todesursache bei Männer und Frauen. Wichtige Pathomechanismen der kolorektalen Karzinome konnten in den letzten Jahren aufgedeckt werden. Die Anhäufung von genetischen Alterationen spielen sowohl bei sporadischen, als auch bei den hereditären Formen eine wichtige Rolle. Zwei molekulargenetische Hauptwege sind bei der kolorektalen Karzinogenese identifiziert worden: erstens der Tumorsuppressor-Pathway, bei dem es zu Alterationen in Tumorsuppresor- und Onkogenen kommt und zweitens der Mutatior-Pathway, der auf genetischen Alterationen in DNA-mismatch-Reparatur-Genen beruht, die zu einer genetischen Instabilität führen mit einer hohen Mutationsrate in repetitiven DNA-Sequenzen (sog. Mikrosatelliten). Es konnte gezeigt werden, dass oxidativer Stress, der durch die Bildung von H2O2 und anderen reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) hervorgerufen wird, zur Entstehung von zellulären und DNA-Schäden wie z.B. oxidative Basenschäden, die ihrerseits u.a. die Entstehung von fixen Punktmutationen, Fragmentation der Desoxiribose und DNA-Strangbrüche initiieren, führen kann. Diese Veränderungen und auch die Mismatch-Reparatur-Defizienz begünstigen die Tumorprogression im Kolon. Es wird geschätzt, dass durch ROS täglich ca.20 000 hits pro Zelle verursacht werden. Es existieren sowohl extrazelluläre, als auch zelluläre antioxidative Abwhrsysteme, die Biomoleküle wie u.a. die DNA vor dem oxidativen Stress schützen. Unter diesen protektiven Enzymen gibt es neben der Superoxidismutase und der Katalase auch zahlreiche Selenoproteine, die Selenocystein in ihrem aktiven Zentrum tragen. Zu diesen Enzymen, die antioxidative Funktionen wahrnehmen gehören u.a. die Glutathionperoxidase, die Thioredoxinreduktase und das Selenoprotein P. Die Glutathionperoxidase-Familie besteht aus der cytosolischen Glutathioperoxidase (cGPx), der plasmatischen Glutathionperoxidase (pGPx), der gastrointestinalen Glutathionperoxidase (GI-GPx) und der Phospholipid-Hydroperoxid-Glutathionperoxidase (PH-GPx). Diese Enzymfamilie ist an der Reduktion von Hydroperoxiden beteiligt, wobei sie Glutathion als Cofaktor benutzt. Die Thioredoxinreduktase-Familie (TrxR-alpha und Trxr-beta) regeneriert oxidiertes Thioresoxin, das in die DNA-Synthese involviert ist und auch in zelluläre Redox-Regulationssysteme eingreift und Transkriptionsfaktoren beeinflusst. Das Selenoprotein P, das bis zu 10 Seleocysteinreste pro Molekül enthält, baut Peroxinitrit ab, das seinerseits ein starkes Agens bei der Nitrosylation von Biomolekülen ist. Zusätzlich reduziert Selenoprotein P auch Phospholipid-Hydroperoxide, wenn auch weniger effektiv als PH-GPx. Es konnte in Vorarbeiten gezeigt werden, dass Selenoproteine im Gastrointestinaltrakt eine differentielle Expression aufweisen. Kürzlich konnte in unserer Arbeitsgruppe die inverse mRNA-Expression selnocysteinhaltigen Proteine GI-GPx und Selenoprotein P in kolorektalen Adenomen im Vergleich zur Normalmukosa charakterisiert werden. Dabei zeigte sich eine dramatische Abnahme der Selenoprotein P-Expression, während die Expression der GI-GPx signifikant erhöht war. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit untersuchten wir die Expression der GI-GPx in kolorektalen Karzinomen und Kolonkarzinom-Zelllinien, um auf Ebene der Selenoprotein-kodierenden Gene nach Alterationen zu suchen, die die veränderte Expression mit verursachen könnten.
N2  - Colorectal cancer is the seceond most cancer in both men and women in the western world. Important mechanisms of the pathogenesis of colorectal cancers have been identified during the last years. Accumulation of genetic alterations plays an imprtant role in the carcinogenesis of both sporadic and inherited colorectal cancers. Two major molecular pathways have been characterised in colorectal carcinogenesis, first, the tumor suppressor pathway, with the hallmark of alterations in tumor suppressor genes (p53, APC, DCC) and oncogenes (K-ras), and second, the mutator pathway, based on genetic alterations in DNA mismatch repair genes, which lead to genetic instability with high mutation rate in repetitive DNA sequences (microsatellites). Oxidative stress caused by formation of H2O2 and other reactive oxygen species (ROS) was shown to contribute to cellular and DNA damage e.g. oxidative base damage leading to fixed point mutations, fragmentation of deoxyribose as well as DNA strand breaks, thereby promoting tumor progression in the colon as well as mismatch repair deficiency. It has been estimated, that the number of ROS induced hits accounts for 20 000 hits per cell per day. Both extracellular and cellular antioxidative defense systems have evolved which protect biomolecules including DNA from oxidative stress events. Among these protecting enzymes such as superoxide dismutase and catalase, various selenocysteine containing proteins (selenoproteins) with antioxidative functions like the glutathione peroxidases, the thioredoxin reductases and selenoprotein P have been identified. The glutathione peroxidase family consists of the cytosolic glutathione peroxidase (cGPx), plasma glutathione peroxidase (pGPx), gastrointestinal glutathione peroxidase (giGPx) and the phospholipid hydroperoxide glutathione peroxidase (phGPx) and is involved in reduction of hydroperoxides using glutathione as a cofactor. The thioredoxin reductase family (TrxRalpha and TrxRbeta) regenerates oxidized thioredoxin, which is involved in DNA synthesis as well as cellular redox regulation of enzymes and transcription factors. Selenoprotein P (SePP), containing up to 10 seleocysteine residues per molecule is assumed to quench peoxnitrite, a powerful agent in nitrosylation of biomolecules. In addition, SePP was suggested to reduce phospholipid hydroperoxides although less efficiently than phGPx. Selenoproteins have been shown to be differentially expressed along the gastrointestinal tract. Recently, we identified an inverse mRNA expression of the selenocysteine-containing proteins giGPx and SePP in colorectal adenomatous polyps comparad to adjacent normal mucosa. In particular, SePP expression was dramatically reduced in colon adenomas, whereas giGPx expression was markedly increased. Here, we investigated the expression of the selenoprotein giGPx in colorectal cancers and colorectal cancer cell lines and examined whether alterations of genes encoding selenoproteins contributes to the altered expression of selenoproteins in colorectal cancer.
KW  - kolorektale Karzinogenese
KW  - Antioxidantien
KW  - Selenoproteine
KW  - Glutathionperoxidase
KW  - Mikrosatelliteninstabilität
KW  - colorectal carcinogensis
KW  - antioxidants
KW  - selenoproteins
KW  - glutathionperoxidase
KW  - microsatellit-instability
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-5815
ER  - 
TY  - THES
A1  - Lex, Benno Franziskus Johannes
T1  - Differenzierte molekulare Expression von Selenoproteinen im menschlichen Gastrointestinaltrakt und in gastrointestinalen Tumorzelllinien
T1  - Differential expression of selenoproteins in the human gastrointestinal tract and in gastrointestinal cell lines
N2  - Von den bisher entdeckten Selenoproteinen im Organismus von Eu- und Prokaryonten sind nur wenige Proteine hinsichtlich ihrer biologischen Funktion weitgehend analysiert. Mit zunehmenden Erkenntnisgewinn über Funktion und Regulation einzelner Selenoproteine kristallisiert sich eine Gewebsspezifität heraus. Über die Genexpression von Selenoproteinen im Gastrointestinaltrakt des Menschen gibt es nur wenige Daten. Da für die kontinuierliche nutritive Selensupplementation ein eindrucksvoller präventiver Effekt auf die Inzidenz kolorektaler Karzinome nachgewiesen wurde, erscheint der Gastrointestinaltrakt als wichtiges Zielorgan für Selen und Selenoproteine. In der vorliegenden Arbeit wurden molekularbiologische und proteinbiochemische Untersuchungen zur Genexpression und Funktion einzelner Selenoproteine im Gastrointestinaltrakt durchgeführt. Dabei wurden mit Selenoprotein P (SeP), Thioredoxinreduktase (TrxR1) und den beiden Isoformen der Glutathionperoxidase GPx-GI und pGPx erstmals vier verschiedene gastrointestinale Selenoproteine auf mRNA-Ebene identifiziert. Hier zeigte sich ein differenzielles Expressionsmuster in den verschiedenen Kompartimenten des humanen Verdauungstraktes. Dieser Befund bildete die Grundlage für weitere Untersuchungen, in welchen veränderte Expressionsmuster der Selenoproteine in gastrointestinalen Präkanzerosen wie kolorektale Adenome oder Barrett-Ösophagus nachgewiesen werden konnten. Analog hierzu fand sich eine Expression dieser Selenoproteine in den humanen Kolon- und Magenkarzinomzelllinien Caco 2 und ST23132, was diese als geeignetes Zellkultursystem zur Untersuchung der Regulation der Genexpression ausweist. Die Detektion der zu den genannten Proteinen zugehörigen Banden in metabolischen Markierungsversuchen mit 75Se (in Zellkultur und gastrointestinalen Schleimhautbiopsien) ist als Nachweis der Translation dieser Gene zu werten. Von besonderem Interesse ist die Rolle der GPx-GI bei der gastrointestinalen Karzinogenese. Die aus epidemiologischen Daten als Karzinogene einzustufenden Stoffe Ethanol und Tamoxifen bewirken in der Zellkultur eine gesteigerte Genexpression der GPx-GI. Die vermehrte Bildung von GPx-GI wurde auch in kolorektalen Adenomen, einer fakultativen Präkanzerose, gefunden. Der Stellenwert der veränderten Genexpression von gastrointestinalen Selenoproteinen im Rahmen der Karzinogenese bleibt noch weiter zu untersuchen. Eine Wirkung von Östrogen auf die gastrointestinalen Selenoproteine war nicht nachweisbar. Diese Frage war Gegenstand dieser Arbeit, da für Östrogen (wie auch für Selen) epidemiologisch ein Schutzeffekt gegen kolorektale Karzinome bekannt ist. Zu den zukünftig weiter zu klärenden Fragen gehört insbesondere die weitere Aufklärung der biologischen Funktionen von Selenoproteinen.
N2  - From the so far discovered selenoproteins in the organisms of eukaryotes and prokaryotes only a few proteins are well known for their biological function. With increasing knowledge about function and regulation of selected selenoproteins their tissue specifity becomes clearer. There are only a few data’s about gene expression of selenoproteins in the human gastrointestinal tract. Because a continuous nutritional selenium supplementation showed an impressing preventive effect on the incidence of colorectal cancer, the gastrointestinal tract seems to be an important target for selenium and selenoproteins. In this paper gene expression and function of different selenoproteins in the gastrointestinal tract was investigated with various molecular and biochemical methods. Therefore we first identified selenoprotein P (SeP), thirodoxinreductase (TrxR1) and two glutathionperoxidase isoenzymes (GPx-GI and pGPx) by mRNA-extraction. A differential expression pattern in the different intestinal compartments of the human gastrointestinal tract was found. These data’s built the base for further investigations, in which different patterns of selenoprotein expression in gastrointestinal praecanceroses like colorectal adenoma and Barrett`s oesophagus. Analogous here fore there was an expression of the same proteins in human cell lines of colorectal (Caco 2) and gastric (ST 23132) cancer, which revealed them to be the suitable cell culture system to investigate the regulation of gene expression. The detection of the auto radiographic signals of the above mentioned proteins in the metabolic marker experiment with 75 Se (in cell culture and and gastrointestinal mucosa biopsies) can be interpreted as gene translation. The role of GPx-GI in gastrointestinal carcinogenesis is of special interest. Ethanol and tamoxifen - epidemiological studies identified both as carcinogens - induced a higher expression of GPx-GI. Also in colorectal adenoma GPx-GI showed a higher expression. The biological importance of a modified gene-expression for gastrointestinal selenoproteins in carcinogenesis must be investigated in further experiments. In this study for oestrogen no regulation of selenoprotein expression was found, even though epidemiological data’s show an oestrogen related protection for colorectal carcinoma. The further analysis of the multiple biological functions of the different selenoproteins will be task to future research.
KW  - Selenoproteine
KW  - Gastrointestinaltrakt
KW  - Selenoprotein P
KW  - Thioredoxinreduktase
KW  - Glutathionperoxidasen
KW  - selenoproteins
KW  - gastrointestinal tract
KW  - selenoprotein P
KW  - thioredoxinreduktase
KW  - glutathionperoxidasen
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-10965
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TY  - THES
A1  - Menth, Marianne
T1  - Expression und Regulation von Selenoproteinen in der humanen onkozytären Schilddrüsenkarzinom-Zelllinie XTC.UC1
T1  - Expression and Regulation of Selenoproteins in the human oncocytic thyroid carcinoma cell line XTC.UC1
N2  - Die Schilddrüse gehört zu den Organen mit dem höchsten Gehalt an Selen (Se). Dieses ist hauptsächlich in Form von Selenoproteinen gebunden. Hierzu gehören die 5'DI, die in den Stoffwechsel der Schilddrüsenhormone involviert ist, die TRxR, die unter anderem die Redoxstatus-abhängige Aktivität verschiedener Transkriptionsfaktoren reguliert, SePP, ein Protein, dem vor allem eine Funktion als Transportprotein zugeschrieben wird, und einige GPx, die während der H2O2-abhängigen Schilddrüsenhormonbiosynthese eine Rolle beim Abbau von H2O2 spielen. Die Zelllinie XTC.UC1 ist eine hoch differenzierte Schilddrüsenkarzinom-Zelllinie. Sie wurde aus der Weichteilmetastase eines onkozytären Schilddrüsenkarzinoms (Hürthle-Zell-Karzinoms). Hürthle-Zell-Karzinome weisen charakteristische Anomalien auf, wie z.B. eine hohe Zahl an Mitochondrien und verminderten Iodidtransport. Vermehrte Mitochondrien erzeugen eine erhöhte Belastung durch reaktive Sauerstoffspezies (ROS). Dies wirft die Frage auf, ob die Expression von Selenoproteinen, die in erster Linie für den Schutz der Zellen vor oxidativer Schädigung verantwortlich sind, in Hürthle-Zell-Tumoren intakt ist. Im Rahmen der Arbeit wurde die Synthese der oben genannten Selenoproteine in XTC-Zellen überprüft. Retinsäure (RA) bewirkt bei mäßig differenzierten Schilddrüsenkarzinom-Zelllinien wie FTC 133 und 238 eine partielle Redifferenzierung. Aufgrund des seltenen Ansprechens auf eine Radioiodtherapie und der vergleichsweise hohen Tendenz oxyphiler Tumorzellen zur weiteren malignen Entartung wurde die Reaktion von XTC-Zellen auf eine Stimulation mit RA untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die Aktivitäten der untersuchten Selenoproteine in XTC-Zellen mit den Aktivitäten in anderen Schilddrüsenzelllinien vergleichbar sind. Die GPx-Aktivität steigt nach Se-Behandlung bis zu einem Maximum bei 300 nmol/l Na2SeO3 an. In der Zeitkurve wird auch nach 144 h Inkubation kein Plateau erreicht. Sie ist klar von der Se-Konzentration im Kulturmedium abhängig und kann als Marker für den Se-Status betrachtet werden. Die Aktivität der TrxR wird in der Dosiskurve schon durch 1 nmol/l Na2SeO3 stimuliert und in der Kinetik nach 24 h. Beide Kurven steigen abrupt an und erreichen rasch ein Plateau. Höhere Na2SeO3-Konzentrationen oder längere Inkubation haben keinen zusätzlichen Effekt. GPx und TRxR können mittels Enzymassay auch in konditioniertem Medium nachgewiesen werden. Auch SePP kann im Western Blot aus konditioniertem Medium nachgewiesen werden, zeigt aber keine Reaktion auf Na2SeO3-Stimulation. Überraschende Ergebnisse zeigt die Untersuchung der 5'DI-Aktivität: Bei Passagenzahlen zwischen 20 und 22 wird die Aktivität der 5'DI zeit- und dosisabhängig durch Na2SeO3 stimuliert. Bei Passagenzahlen zwischen 28 und 31 reagiert die 5'DI nicht länger auf Stimulation mit Na2SeO3, kann aber durch zusätzliche Stimulation mit 1 µmol/l RA wieder induziert werden. Dieses ungleiche Ansprechen auf Se- und RA-Stimulation entspricht der unterschiedlichen Regulation des Enzyms in verschiedenen Schilddrüsenzelllinien: In differenzierten Zelllinien wie FRTL-5, wo eine hohe basale Aktivität an 5'DI vorhanden ist, zeigt RA keinen Einfluss. In eher entdifferenzierten follikulären Karzinom-Zelllinien wie FTC 133 und 238 ist die basale 5'DI-Aktivität niedrig, kann durch Behandlung mit RA aber induziert werden. Dieser Wechsel in der Reaktion auf Se und RA vollzieht vermutlich einen Teil der Veränderungen nach, die während der Entdifferenzierung normaler Thyrozyten zu follikulären Tumorzellen auftreten. Die Selenhierarchie unter den verschiedenen Selenoenzymen ist auch in XTC-Zellen intakt. Wie in anderen Systemen wird die 5'DI in XTC-Zellen im Vergleich zur cGPx bevorzugt mit Se versorgt. Bereits Konzentrationen von 1 nmol/l Na2SeO3 bewirken einen deutlichen Aktivitätszuwachs. Bei Se-Depletion kann man noch 5 Tage nach Beginn des Se-Entzugs 50 % der Maximalaktivität messen, Hinweis auf eine Umverteilung des Se zugunsten der 5'DI. Insgesamt sind also Expression und Aktivität der untersuchten Selenoenzyme in XTC-Zellen im Vergleich mit anderen Schilddrüsenzelllinien nicht erhöht, wie man es als Reaktion auf eine verstärkte Belastung durch ROS erwarten könnte. Andererseits ist die Aktivität auch nicht vermindert, was als Ursache für eine besonders ausgeprägte oxidative Zellschädigung inklusive DNA-Mutation und eine dadurch geförderte Tumorentstehung gewertet werden könnte. Diese Resultate bieten keinen Anhaltspunkt für eine Rolle von Selenoenzymen bei der Entstehung dieser Art von Schilddrüsentumoren. Ferner scheint die Responsivität verschiedener Selenoproteine auf Stimulation mit Na2SeO3 in XTC-Zellen von Passagenzahl oder Differenzierungsstadium abhängig zu sein. Diese Zelllinie könnte daher ein interessantes Modell darstellen, um das Ansprechen menschlicher Schilddrüsenkarzinome auf eine Redifferenzierungstherapie mit RA und evtl. Adjuvanzien wie Se weiter zu untersuchen.
N2  - The human thyroid is among the organs with the highest content in selenium, which is mainly incorporated in selenoproteins. Among them are the 5'deiodinase (5'DI), involved in thyroid hormone metabolism, thioredoxin reductase (TRxR), regulating the redox-status dependent activity of several transcription factors, Selenoprotein P (SePP), mainly acting as a transport protein, and several glutathionperoxidases (GPx), playing an important role in the degradation of H2O2 during the H2O2-dependent thyroid hormone biosynthesis. The cell line XTC.UC1 is a highly differentiated thyroid carcinoma cell line. It has been established from a metastasis of an oncocytic thyroid carcinoma (Hürthle cell carcinoma). Hürthle cell carcinoma display characteristic anomalies, e.g. a high amount of mitochondria and reduced iodide uptake. Amplified mitochondria generate a higher amount of reactive oxygen species (ROS). This raises the question, whether the expression of selenoproteins that are mainly responsible for protection of the cells from oxidative damage, is intact in Hürthle cell tumors. In this work the expression of the above mentioned selenoproteins has been analysed. Retinoic acid (RA) has a lot of positive effects in moderately differentiated thyroid carcinoma cell lines like FTC 133 and 238, leading to partial redifferentiation. Because of the rare positive responses to therapy with radioiodine and the relatively high tendency of oncocytic tumor cells to further dedifferentiation, the reaction of XTC cells to stimulation by RA has been analysed. Results: The activity of GPx showed a constant increase after treatment with Na2SeO3. In the time course even after 144 h of incubation the activity is still rising without reaching a plateau. So it is clearly dependent on the Na2SeO3 concentration in the culture medium and can therefore be regarded as a marker for the selenium status of the cell. The activity of TRxR is already stimulated by 1 nmol/l Na2SeO3 in the dose response experiments and after 24 h in the time course. Both curves are rapidly increasing and reaching a plateau very fast. Higher concentrations of Na2SeO3 or longer incubation do not have any additional effect. GPx and TRxR can be found also in conditioned media by enzymatic assays. SePP is found by western blot of conditioned medium however without showing any response to Na2SeO3. In conclusion, expression and activity of enzymes with antioxidative function are not augmented in XTC cells compared to other thyroid cell lines, what could be an expected reaction to an increased amount of ROS. On the other hand, the activity is neither decreased, what might be a cause for severe oxidative damage with mutation of the DNA and thus enhanced tumor initiation and progression. These results do not show any role of selenoenzymes in the development of this subspecies of thyroid cancer. The analysis of the activity of 5'DI, a differentiation marker for thyroid carcinoma, shows a very interesting result: at passages between 20 and 22 the activity of 5'DI is stimulated dependent on incubation time and concentration of Na2SeO3 comparable to GPx and TRxR. At passage numbers between 28 and 31, 5'DI does not react any longer to stimulation with Na2SeO3, but may be reinduced by additional stimulation with 1 µmol RA. This altered response to stimulation with Na2SeO3 and RA corresponds to the different regulation of the enzyme in different cell lines: In differentiated thyroid carcinoma like FRTL-5, 5'DI shows a high basal activity that cannot be influenced by retinoic acid. However, in less differentiated follicular carcinoma cell lines like FTC 133 and 238 with low basal 5'DI activity, the enzyme activity may be induced by additional treatment with RA. This change in the response to Se and RA is probably mimicking in part the alterations taking place during the dedifferentiation of normal thyrocytes to follicular tumor cells. The cell line XTC.UC1 may therefore be a useful model for studying the response of human thyroid carcinoma to redifferentiation therapy with RA and possible adjuvants such as Se. The selenium hierarchy among the different selenoenzymes is also intact in XTC cells. Like in other systems, 5'DI is preferentially supplied with Se compared to GPx. Concentrations of 0,1 nmol Na2SeO3 yield a significant increase in the enzyme activity. In Se-depleted cells, 5 days after begin of the withdrawal of Se 50 % of the maximum activity can still be detected. This can be regarded as a sign for redistribution of Se in the cell in advantage of 5'DI.
KW  - Selenoproteine
KW  - XTC
KW  - Retinsäure
KW  - Deiodase
KW  - Thioredoxinreduktase
KW  - selenoproteins
KW  - XTC
KW  - retinoic acid
KW  - deiodinase
KW  - thioredoxin reductase
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-9784
ER  -