Mechanisms of therapy resistance in colorectal carcinomas: regulation of apoptosis by microRNA-mediated oxidative-metabolic effects
Final Report Abstract
Im Rahmen des Projektes konnten wir neue Einblicke in die Mechanismen der miR-210-vermittelten Regulation des zellulären Metabolismus und der Zytotoxizität gewinnen. Wir konnten nachweisen, dass die microRNA-210 (miR-210)-vermittelte Erhöhung der Produktion von reaktivem Sauerstoff ein ausschlaggebender Mechanismus für den miR-210-induzierten Zelltod ist. In diesem Zusammenhang stellt die miR-210-abhängige Reduktion des mitochondrialen Energiestoffwechsels einen entscheidenden Faktor dar. Auf molekularer Ebene identifizierten wir als möglichen Wirkmechanismus die miR-210-vermittelte Regulation des Eisen-Schwefel-Cluster-Gerüstproteins ISCU. Eine Reduktion der ISCU-Expression resultierte in einer erhöhten Produktion von reaktivem Sauerstoff und in einer gesteigerten Zelltod-Rate. Als sekundärer, energiestoffwechsel-unabhängiger Mechanismus der miR-210-vermittelten Zytotoxizität konnte die CHOP-abhängige Regulation des zelltodfördernden Bim- Proteins nachgewiesen werden. Des Weiteren konnten wir die bislang unbekannte miR-210-abhängige Regulation der Expression des Integrin β4-Proteins nachweisen. Diese Daten weisen auf einen zusätzlichen und bislang unbekannten Effekt der miR-210 auf das Invasionsverhalten hin. In diesem Zusammenhang stellt eine funktionelle Analyse der Integrin β4-Expression im kolorektalen Karzinom ein interessantes und vielversprechendes Anschlussprojekt dar. Im Hinblick auf potenzielle Resistenzmechanismen, welche dem miR-210-vermittelten Zelltod entgegenwirken, konnten wir den ERK1/2 Signalweg identifizieren. Weiterhin vermindert eine erhöhte Expression der zelltodhemmenden Proteine Mcl-1 und Bcl-2 die miR-210-vermittelte Zytotoxizität. Im Gegensatz zu der tumorhemmenden Funktion der miR-210 im Zellkulturmodell, deuteten unsere Studien in frischem, kolorektalem Karzinom-Gewebe auf einen Zusammenhang der miR-210-Expression mit einem schlechten Differenzierungsgrad des Tumorgewebes hin. Allerdings ist bislang unklar, ob eine erhöhte Expression der miR-210 tatsächlich einen ungünstigen Verlauf der Tumorerkrankung bedingt, oder ob es sich in diesem Zusammenhang lediglich um einen Surrogatmarker handelt. Zusammengefasst tragen die im Rahmen dieses Projektes erhobenen Daten zu einem besseren Verständnis der tumorbiologischen Bedeutung von miR-210 bei Kolonkarzinomen bei. Außerdem bieten sie vielversprechende Anknüpfungspunkte für weitere Studien, die dann v.a. in Tumormodellen mit humanem Gewebe durchgeführt werden sollen. Die bislang noch nicht vollständig abgeschlossenen Biomarker-Untersuchungen könnten für eine medizinische Anwendung besonders interessant sein. "Überraschend" war Folgendes: Die Rolle der miR-210 in verschiedenen Tumoren ist in der Literatur kontrovers beschrieben. So konnten sowohl erhöhte als auch verminderte Expressionsraten der miR-210 in Tumorgeweben im Vergleich zum Normalgewebe nachgewiesen werden. Unsere in vitro-Daten weisen auf eine proapoptotische und anti-tumorigene Wirkung der miR-210 im kolorektalen Karzinom hin. Überraschenderweise konnten wir allerdings eine Assoziation der miR-210-Expression mit einem schlechten Differenzierungsgrad der Tumore beobachten. Allerdings ist bislang nicht geklärt, ob eine erhöhte Expression der miR-210 im Tumorgewebe tatsächlich einen schlechteren Verlauf der Tumorerkrankung bedingt. Da hypoxische Bedingungen im Tumor sowohl eine erhöhte Expression der miR-210 als auch eine schlechte Prognose bedingen, könnte die miR-210-Expression in diesem Zusammenhang einen Bystander-Effekt darstellen.
Publications
- Regulation of radiation-mediated apoptosis by miRNAs in colorectal cancer. Non-coding RNA: From Basic Mechanisms to Cancer, 2014, International Meeting
Tagscherer KE, Sinkovic T, Roth W
- MicroRNA-210 induces apoptosis in colorectal cancer via induction of reactive oxygen. Cancer Cell Int (2016) 16:42
Tagscherer KE, Fassl A, Sinkovic T, Richter J, Schecher S, Macher-Goeppinger S, Roth W
(See online at https://doi.org/10.1186/s12935-016-0321-6)
