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Verstärkung Butyrat induzierter Apoptose in kolorektalen Karzinomzellen durch Aspirin und Tumor Nekrose Faktor alpha

Enhancement of butyrate induced apoptosis in colorectal carcinoma cells by aspirin and tumour necrosis factor alpha

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:20-opus-7164
  • 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 NSAIDEpidemiologische 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.show moreshow less
  • 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 likeEpidemiological 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.show moreshow less

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Metadaten
Author: Theodor Kudlich
URN:urn:nbn:de:bvb:20-opus-7164
Document Type:Doctoral Thesis
Granting Institution:Universität Würzburg, Medizinische Fakultät
Faculties:Medizinische Fakultät / Medizinische Klinik (bis 2004)
Date of final exam:2003/11/14
Language:German
Year of Completion:2003
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 61 Medizin und Gesundheit / 610 Medizin und Gesundheit
Tag:Apoptose; Aspirin; Butyrat; Kolonkarzinom; TNFalpha
TNFalpha; apoptosis; aspirin; butyrate; colon cancer
Release Date:2004/01/13
Advisor:Dr. Hardi Lührs