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Glucose

a growth stimulator for early cancer prestages in rat liver?

Christina Petra Wernig

Art der Arbeit

Masterarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Zentrum für Molekulare Biologie

Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)

Masterstudium Molekulare Biologie

Betreuer*in

Bettina Grasl-Kraupp

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DOI

10.25365/thesis.49643

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-23723.97688.699352-1

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Das hepatozelluläre Karzinom ist eine der häufigsten Krebserkrankungen weltweit. Neben Infektionen mit Hepatitis-Viren und exzessiven Alkoholkonsum sind Stoffwechselerkrankungen mit erhöhtem Blutzuckerspiegel, wie das metabolische Syndrom und/oder Diabetes mellitus Typ-2, wichtige Risikofaktoren für diese Krankheit. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, ob erhöhte Glukosekonzentrationen im Serum kausal an der Entstehung von Leberkrebs beteiligt sind. In einem Nagetiermodell wurde der Effekt von Glukose auf das Wachstum von frühen Lebertumor-Vorstadien untersucht. Im ersten Schritt wurden Transkriptommuster präneoplastischer Leberläsionen untersucht, die aus mikrodissketierten Gewebeproben und nachfolgender Oligo-Array Analyse gewonnen worden waren. Die Gewebeproben stammten von Ratten, die einmalig mit dem gentoxischen Hepatokarzinogen N-Nitrosomorpholin (NNM) und über 17 Monate mit dem Lebertumor-Promoter Phenobarbital behandelt worden waren. Es zeigte sich, dass die Expression von Hexokinase 1 (HK1), einem Enzym, das Glukose zu Glukose-6-Phosphat umwandelt, in präneoplastischen Leberläsionen im Vergleich zu unverändertem Lebergewebe deutlich erhöht war. Auch die Expression von Enzymen, die im Pentose-Phosphatweg und der Glykogenspeicherung eine Schlüsselrolle spielen, waren in präneoplastischen Leberläsionen der Ratte verstärkt, während Enzyme, die an der Glukoneogenese beteiligt sind, verminderte Expression zeigten. Die Analyse der Daten weist darauf hin, dass präneoplastische Hepatozyten Glukose vermehrt für die Glykogenese und den Pentose-Phosphatweg verwenden. Für funktionelle Studien, wurden Ratten einmalig mit NNM behandelt. Drei Wochen später wurden unveränderte und initiierte Hepatozyten isoliert und kultiviert. Iniitiierte Heptozyten wurden mittels Glutathion-S-transferase (GSTp)-Immunfärbung identifiziert. Dann wurde der Effekt von Glukose im Zellkulturmedium und Inhibierung der HK durch 2-Deoxyglukose (2DG) auf (i) ATP-Konzentration und Vitalität von unveränderten primären Hepatozyten und (ii) auf die DNS Synthese von unveränderten und initiierten primären Hepatozyten untersucht. Glukose-freie Medien und die Inhibierung von HK, führte zum Abfall der ATP-Konzentration und zu verringerter Vitalität in unveränderten primären Hepatozyten. Als Konsequenz, zeigten unveränderte und initiierte Hepatozyten eine verminderte DNS-Synthese. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Frühstadien von Leberkrebs bereits erste Anzeichen eines deregulierten Glukosestoffwechsels zeigen. Der Entzug von Glukose und/oder die Blockierung der HK durch 2DG, bewirkte verminderte Vitalität und ATP-Konzentration in unveränderten primären Hepatozyten, und eine Reduktion der DNA-Synthese sowohl in unveränderten als auch in initiierten Hepatozyten. Dies weist darauf hin, das bereits sehr frühe Tumorvorstadien für ihr Wachstum vermehrt Glukose benötigen. Ähnliche Mechanismen könnten auch an dem erhöhten Leberkrebsrisiko bei metabolischem Syndrom und/oder Diabetes mellitus Typ 2 beteiligt sein.

Abstract

(Englisch)

Hepatocellular carcinoma (HCC) is one of the most common cancer entities worldwide. Hepatitis virus infections and excessive ethanol consumption are well-established risk factors for this disease. Furthermore, metabolic syndrome and/or diabetes mellitus type 2 are predisposing for the development of HCC. In the present work, the question was addressed, whether elevated serum glucose levels are involved causally in the pathogenesis of this malignancy. For this purpose, an experimental model of rat hepatocarcinogenesis was used and the impact of glucose on the growth of early liver tumor prestages was studied. First, transcriptome patterns of preneoplastic liver lesions were analyzed by oligo arrays, using micro dissected material from rats which had been treated with a single dose of the genotoxic hepatocarcinogen N-nitrosomorpholine and the tumor promoter phenobarbital for 17 months. It was shown that the enzyme hexokinase-1, which catalyzes the formation of glucose to glucose-6-phosphate, was upregulated in preneoplastic rat liver lesions. Furthermore, the expression of key-enzymes of the pentose phosphate pathway and glycogenesis were elevated considerably, while enzymes for gluconeogenesis were downregulated. These data indicate that preneoplastic hepatocytes utilize glucose preferentially for glycogenesis and the pentose phosphate pathway to generate components for nucleotide synthesis and DNA replication. For functional studies, rats were treated with a single dose of NNM. Three weeks later unaltered or initiated hepatocytes were isolated for culture. Initiated hepatocytes were identified by glutathione-S-transferase (GSTp) immunostaining. The effect of glucose in the medium and the inhibition of HK by 2-deoxyglucose (2DG) on (i) ATP-concentration and vitality of unaltered primary hepatocytes and (ii) on DNA synthesis of unaltered and preneoplastic primary hepatocytes was studied. Glucose depleted media and the inhibition of HK resulted in decreased ATP concentrations and diminished vitality of unaltered primary hepatocytes. As a consequence, unaltered and initiated hepatocytes showed decreased DNA synthesis. To conclude, early prestages of liver cancer show already deregulations in the glucose metabolism. The deprivation of glucose and/or blockage of HK by 2DG results in reduced vitality and ATP-concentration of unaltered primary HC and decreased DNA synthesis of unaltered as well as preneoplastic hepatocytes. This indicates that early cancer prestages require glucose for preferential growth. Similar mechanisms might be involved in the enhanced HCC risk for people suffering from obesity, metabolic syndrome and/or type 2 diabetes mellitus.

Autor*innen

Christina Petra Wernig

Haupttitel (Englisch)

Glucose

Hauptuntertitel (Englisch)

a growth stimulator for early cancer prestages in rat liver?

Paralleltitel (Deutsch)

Glukose : ein Wachstums-Stimulator für frühe Krebsstadien in der Ratten Leber?

Publikationsjahr

2017

Umfangsangabe

91 Seiten : Illustrationen, Diagramme

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Bettina Grasl-Kraupp

Klassifikation

42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie

AC Nummer

AC14501142

Utheses ID

43885

Studienkennzahl

UA | 066 | 834 | |

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Schlagwörter