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Modulation of epigenetic control of estrogen receptor α

expression and tumor suppressor genes by specified bioactive food compounds

Carolin Sophie Berner

Art der Arbeit

Diplomarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Lebenswissenschaften

Betreuer*in

Alexander Haslberger

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DOI

10.25365/thesis.7850

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-30388.39246.614069-5

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Epigenetik, die sich mit vererbbaren Zelleingenschaften befasst, welche die Genexpression beeinflussen ohne jedoch die DNA-Sequenz zu ändern, scheint auf grund ihres Ansprechens auf Umwelteinflüsse der Mittler zwischen Umwelt und Genom eines Organismus zu sein. In Krebszellen sind die epigenetischen Muster im Vergleich zu gesunden Zellen stark verändert und haben Einfluß haben auf die Expression verschiedener Tumorsuppressorgene und Hormonrezeptoren, welche den Zellzyklus kontrollieren beziehungsweise auf Wachstumssignale reagieren. Zu den epigenetischen Mechanismen zählen die DNA Methylierung, Histon Modifikationen und der Einfluß kleiner, nicht kodierender RNAs. Besonders die DNA Methylierung wurde bis dato ausführlich erforscht, wobei man feststellte, dass eine umfassende DNA Hypomethylierung und genspezifische Hypermethylierung charakteristisch für alternde und neoplastische Zellen ist. Im Gegensatz zu den meisten genetischen Veränderungen, welche während der Karzinogenese auftreten, kann die DNA Methylierung durch den Einfluß präventiver oder therapeutischer Substanzen modifiziert werden. Zu diesen Substanzen zählen unter anderem bestimmte bioaktive Nahrungsinhaltsstoffe. Östrogenrezeptor alpha (ESR1) gehört zu der Superfamilie der nuklären Rezeptoren und ist durch seine Funktion als Liganden aktivierbarer Transkriptionsfaktor Mediator östrogener Einflüße auf die Zellen. In verschiedenen Krebsarten ist die Promoter Region von ESR1 hypermethyliert und dessen Expression somit fehlreguliert. Die Tumorsuppressorgene p16INK4a und p15INK4b sind Teil der Zellzyklus–Kontrolle. In Krebszellen sind diese genetisch verändert aber auch die promoter-methylierungsabhängige Inaktivierung von p16INK4a wurde in mehreren Krebsarten beobachtet, während selbiger Vorgang im p15INK4b Promoter vornehmlich in diversen Blutkrebsarten gefunden wurde. Um hormonelle und epigenetische Vorgänge ausgewählter bioaktiver Nahrungs-bestandteile zu verbinden, wurden Caco-2 Zellen mit mit Folsäure, Epigallocatechin-3-gallate (EGCG), Genistein, Butyrat, Resveratrol und Referenz DNA Methylierungs Inhibitor Zebularin behandelt und deren Einfluß auf den Promoter Methyleriungsstatus des Östrogenrezeptor alpha (ESR1) und der beiden Tumorsuppressorgene p16INK4a und p15INK4b bestimmt. Die Promotermethylierung wurde durch Bisulfit-Konversion und methylierungs-spezifischer nested PCR gemessen. Zusätzlich wurde mittels real-time PCR die Genexpression von ESR1 quantifiziert. Nach der Zellbehandlung mit Genistein, Folat, EGCG und Resveratrol konnte eine verstärkte ESR1 Promotermethylierung festgestellt werden, Zebularin und Butyrat verminderten diese. Die Genexpression korrelierte jedoch nur teilweise mit den Ergebnissen der Methylierung, was auf einen zuätzlichen epigenetischen Mechanismus wie Histonacetylierung in der Expressionsregulation von ESR1 schließen lässt. P15INK4b Promotermethylierung konnte duch Genistein und Folat verstärkt werden und zeigte sich durch Butyrat, EGCG, Resveratrol und Zebularine vermindert. Die stärkste Reaktion zeigte die p16INK4a Methylierung nach Behandlung mit Folsäure wobei alle anderen Substanzen eine Demethylierung hervorriefen. Die Ergebnisse dieser Studie weisen darauf hin, dass spezifische Nahrungsinhaltsstoffe durchaus einen Einfluss auf den epigenetischen Status krankheitsrelevanter Gene haben können. Diese Erkenntnisse stellen mögliche Ansatzpunkte für eine Prävention und unterstützende Therapie zusätzlich zur pharmakologischen Intervention bei komplexen Krankheiten mit fehlreguliertem ESR1-Signalweg oder fehlerhafter Zellzyklusregulation.

Abstract

(Englisch)

Epigenetics generally investigates heritable changes in gene expression that do not involve changes in the underlying DNA sequence. Epigenetic patterns are altered in cancer cells and have been studied extensivley, as they influence expression of genes regulating cell cycle or encoding hormone receptors, which respond to growth singnals. Epigenetic mechanisms are DNA methylation, histone modification and interference of small non coding RNAs, whereas especially DNA methylation was assessed accurately, detecting global DNA hypomethylation and gene specific hypermethylation as a characteristic of senescent and neoplastic cells. Opposed to many genomic alterations that emerge during carcinogenesis, DNA methylation is potentially reversible via the use of preventive or therapeutic agents, certain bioacitve food components amongst them. ESR1 (estrogen receptor alpha) appertains to the superfamily of nuclear receptor and mediates estrogen effects through its function as ligand-inducible transcription factor. ESR1 promoter is known to be hypermethylated in ceveral types of cancer including breast and colon cancer. Tumor suppressor genes P16INK4a and p15INK4b are involved in the regulation of the mammalian cell cycle. P16INK4a and p15INK4b can undergo genetic alterations in neoplastic cells but also methylation dependent inactivation of the p16INK4a promoter has been found in various cancer types, such as colorectal, lung and breast carcinomas whereas p15INK4b is well documented in haematological malignancies. To integrate hormonal and epigenetic activities of selected bioactive food components, Caco- 2 cells were treated with folic acid, epigallocatechin-3-gallate (EGCG), genistein, butyrate, resveratrol and reference DNA methylation inhibitor zebularine and changes in the promoter methylation state of ESR1, p16INK4a and p15INK4b were assessed. Promoter methylation has been measured via bisulfit treatment and methylation specific nested PCR and aditionally gene expression of ESR1 has been quantified using real time PCR. Treatment with genistein, folate, EGCG, and resveratrol increased and zebularine and butyrate decreased methylation of ESR1. Changes in gene expression sparsely responded to treatment, suggesting that CpG methylation might cooperate with additional mechanisms such as histone acetylation in the regulation of gene expression. P15INK4b methylation was enhanced by genistein and folate and diminished by zebularine, butyrate, EGCG, and resveratrol. Exposure to folate entailed p16INK4a hypermethylation whereas all other agents resulted in hypomethylation of this gene. These results suggest food ingredients to influence epigenetic modification of disease relevant gene expression and might be an effective approach to intervene in complex diseases with misregulated ESR1 signaling or cell cycle regulation.

Autor*innen

Carolin Sophie Berner

Haupttitel (Englisch)

Modulation of epigenetic control of estrogen receptor α

Hauptuntertitel (Englisch)

expression and tumor suppressor genes by specified bioactive food compounds

Paralleltitel (Deutsch)

Einfluß bestimmter bioaktiver Pflanzeninhaltstoffe auf die epigenetische Regulation des Östrogenrezeptors- α und von Tumorsuppressorgenen

Publikationsjahr

2009

Umfangsangabe

99 S.

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Alexander Haslberger

Klassifikationen

42 Biologie > 42.20 Genetik ,

44 Medizin > 44.48 Medizinische Genetik

AC Nummer

AC07983704

Utheses ID

7079

Studienkennzahl

UA | 474 | | |

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Schlagwörter