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Titel: Expressionsanalyse für die tumorassoziierten Gene IL13Rα2, OLIG2 und DBCCR1 in diffusen und anaplastischen Astrozytomen, sowie Glioblastomen und deren Rezidiven
Autor: Kalk, Jens-Martin
Weitere Beteiligte: Bertalanffy, Helmut (Prof. Dr.)
Erscheinungsjahr: 2011
URI: https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2011/0421
DOI: https://doi.org/10.17192/z2011.0421
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2011-04216
DDC: Medizin, Gesundheit
Titel(trans.): Expression-analysis for the tumorassociated genes IL13Rα2, OLIG2 and DBCCR1 in diffuse and anaplastic astrocytomas as well as in gliobastomas and recurrent glioblastomas

Dokument

Schlagwörter:
Glioblastom, IL13Rα2, Messenger-RNS, messenger-RNA, Astrozytom, DBCCR1, astrocytoma, semiquantitative real-time pcr, OLIG2, glioblastoma

Zusammenfassung:
Hintergrund: Aufgrund ihrer begrenzten Therapiemöglichkeiten und vergleichsweise schlechten klinischen Prognose, ist gerade bei astrozytären Tumoren die Art und zeitliche Abfolge von genetischen Alterationen im Rahmen der Onkogenese von großem Interesse. In der vorliegenden Arbeit wurde eine Expressionsanalyse für die tumorassoziierten Gene IL13Rα2, OLIG2 und DBCCR1 in diffusen und anaplastischen Astrozytomen, sowie Glioblastomen und deren Rezidiven durchgeführt. IL13Rα2 kodiert für ein 65 kDa Protein, welches eine der möglichen Untereinheiten des Interleukin 13-Rezeptors darstellt und vor allem auf humanen Tumorzellen unterschiedlicher Dignität exprimiert wird. IL13Rα2 fungiert dabei unter anderem als Blindrezeptor für Interleukin 4, da IL-4 bei Interaktion mit dem IL-4 Rezeptor proliferationshemmend wirkt, fehlt dieser Einfluss entsprechend bei starker Expression von IL13Rα2. Zusätzlich wird IL13Rα2 aufgrund seiner hohen Affinität zu IL-13 als Zielstruktur für eine spezifische Chemotherapie aus einem Fusionsprotein aus IL-13 und einem Pseudomonas-Exotoxin verwendet. Das Gen OLIG2 kodiert für einen basic helix-loop-helix Transkriptionsfaktor, für den eine wichtige Funktion bei der Differenzierung von Motoneuronen, sowie Oligodendrozyten und Astrozyten aus neuroepithelialen Vorläuferzellen nachgewiesen wurde. OLIG2 verhindert die Komplexbildung zwischen dem Transkriptions-Coaktivator p300 und STAT3, was zu einer Reduktion der GFAP-Expression führt. Da GFAP ein wichtiger Promotor der Astrozytendifferenzierung ist, führt eine hohe OLIG2-Expression entsprechend zu einer verminderten Astrozytenproliferation. DBCCR1 wird eine Funktion als Tumorsuppressorgen zugesprochen, da gerade in Harnblasentumoren eine Deletion oder funktionelle Inaktivierung dieses Gens beobachtet werden konnte. Dabei scheint DBCCR1 Einfluss auf den Zellzyklus zu nehmen, eine Expression führt z.B. bei Harnblasenkarzinomzellen zu einer Akkumulation von Zellen in der G1-Phase des Zellzyklus und eine Verminderung von Zellen in der S und G2/M-Phase. Material und Methoden: Die Expressionsanalyse wurde an insgesamt 51 nativen Tumorproben durchgeführt, dabei handelte es sich um 6 diffuse Astrozytome, 11 anaplastische Astrozytome, 23 primäre Glioblastome und 11 Rezidive eines Glioblastoms nach vorangegangener Resektion, sowie Radiatio mit 60 Gy und Chemotherapie mit Nimustine (ACNU) und Teniposid (VM26). Es wurde eine relative Quantifizierung der mRNA-Expression mittels Real-Time PCR unter Zuhilfenahme des ABI™ PRISM 7700 und des Qiagen QuantiTect© SYBR Green PCR kits vorgenommen. Die statistische Auswertung der gewonnenen Daten erfolgte mit Hilfe des T-Tests für unabhängige Stichproben. Ergebnisse: Die statistische Auswertung der gewonnenen Daten ergab eine signifikant niedrigere IL13Rα2-Expression in Glioblastomrezidiven verglichen mit unbehandelten primären Glioblastomen. Insgesamt ergab der Vergleich zwischen behandelten und unbehandelten Tumoren (AA und GBM) ebenfalls einen statistisch signifikanten Expressionsunterschied. Die OLIG2-Expression in anaplastischen Astrozytomen war in Relation zu allen anderen Tumorgraden signifikant erhöht, wobei sich zwischen den übrigen Graden keine signifikanten Unterschiede ergaben. Die DBCCR1-Expression zeigte im Hinblick auf Unterschiede zwischen den einzelnen Tumorgraden keine statistische Signifikanz. Schlussfolgerung: Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit ergeben keine Hinweise für eine Beteiligung von IL13Rα2 bei dem malignen Progress von diffusen Astrozytomen zu Glioblastomen. Die signifikant niedrigere IL13Rα2-Expression in Glioblastomrezidiven nach Radiochemotherapie deutet jedoch auf eine mögliche Rolle dieses Gens bei der Rezidivtumorbildung hin. IL13Rα2 könnte dabei zum einen als protektiver Faktor gegenüber der tumorspezifischen Therapie dienen, zum anderen besteht die Möglichkeit, dass die reduzierte IL13Rα2-Expression zu einer verstärkten Proliferation der Tumorzellen führt. Die signifikant erhöhte OLIG2-Expression in anaplastischen Astrozytomen im Vergleich mit allen anderen Tumorproben unterstreicht auf der einen Seite die histomorphologische Heterogenität dieser Malignome, auf der anderen Seite könnte das Expressionslevel von OLIG2 eine Aussage über den zu erwartenden Therapieerfolg einer Chemotherapie ermöglichen. OLIG2 ist als Differenzierungsgen vor allem in Oligodendrozyten zu finden. Da Oligodendrogliome in der Regel ein besseres Ansprechen auf Chemotherapeutika aufweisen, ist es denkbar, dass auch als anaplastische Astrozytome eingestufte Tumore mit hohem OLIG2-Expressionslevel besser auf diese Therapie ansprechen. Das Fehlen signifikanter Unterschiede zwischen der DBCCR1-Expression in den hier untersuchten Tumorproben legt die Schlussfolgerung nahe, dass dieses Gen anders als in Harnblasentumoren wohl keine Rolle bei der Onkogenese astrozytärer Tumoren spielt.

Summary:
Objective: Due to their limited therapy options and comparatively poor clinical prognosis the type and timing of appearance of genetic alterations in the course of oncogenesis of astocytic tumors is of great scientific interest. In this thesis an expression analysis of the tumor-associated genes IL13Rα2, OLIG2 and DBCCR1 was performed on diffuse and anaplastic astrocytomas as well as on glioblastomas and recurrent glioblastomas. IL13Rα2 encodes for a 65 kDa protein which forms one of the possible subunits of the interleukin-13 receptor and is highly expressed on various kinds of human tumor cells. One of the functions of the IL13Rα2 chain is the one of a blind-receptor for interleukin-4. Since the interaction of IL-4 with its regular receptor has a negative effect on cell-proliferation, a high IL13Rα2 expression causes a reduction of this effect. In addition IL13Rα2 binds IL-13 with a very high affinity which makes it a target-structure for a specific chemotherapy with a fusion-protein consisting of IL-13 and a pseudomonas exotoxin. The gene OLIG2 encodes for a basic helix-loop-helix transcription-factor which has an important function during the differentiation of motoneurons as well as oligodendrocytes and astrocytes from the neuronal progenitor cells. OLIG2 inhibits the complex formation between the transcription-coactivator p300 and STAT3. This leads to a reduced GFAP expression, since GFAP is an important promoter of astrocyte differentiation a high OLIG2 expression has a negative effect on astrocyte proliferation. DBCCR1 has a proposed function as a tumorsuppressor gene. Especially in bladder cancer a deletion or functional inactivation of this gene has been observed. DBCCR1 seems to affect the cell cycle. Re-inducing the expression of this gene for example in bladder-cancer cells has lead to an accumulation of cells in the G1-phase of the cell cycle and a reduction of cells in the S- and G2/M-phase. Material and Methods: Research was conducted on a total of 51 native tumor-samples, 6 of them were diffuse astrocytomas, 11 were anaplastic astocytomas, 23 were primary glioblastomas and 11 were recurrent glioblastomas after previous resection and treatment with radiation (60 Gy) and chemotherapy with Nimustine (ACNU) and Teniposid (VM26). A relative quantification of the mRNA expression was performed by real-time PCR analysis using the ABI™ PRISM 7700 and Qiagen QuantiTect© SYBR Green PCR kits. Statistical significance of differences in the expression levels between the different tumor grades was evaluated using the independent samples T-test. Results: Statistical evaluation of the collected data showed a significantly reduced IL13Rα2 expression in recurrent glioblastomas compared with untreated primary glioblastomas. The combined data of the untreated anaplastic astrocytomas and primary glioblastomas showed a significant difference in expression compared to the recurrent glioblastomas as well. OLIG2 expression in anaplastic astrocytomas was significantly higher than in all other tumor-grades, but the comparison of the other groups showed no significant differences. The results for the DBCCR1 expression in the different tumor-grades did not reveal any statistically relevant differences. Conclusion: The results of this thesis do not point towards an involvement of IL13Rα2 in the malignant progress from diffuse astrocytomas to glioblastomas. But the significantly reduced expression of IL13Rα2 in recurrent glioblastomas after combined radiation and chemotherapy imply a possible contribution of this gene to the formation of recurrent tumors. In this case IL13Rα2 could serve as a protective factor against tumor-specific therapy and / or lead to higher proliferation-rate of the malignant cells. The significantly higher OLIG2 expression in anaplastic astrocytomas compared to all other tumor-grades supports the histomorphological heterogeneity of these malignomas. On the other hand the expression-level of OLIG2 could possibly serve as a prognostic marker for the expectable clinical success of chemotherapy. As a gene involved into differentiation processes OLIG2 can be found especially in oligodendrocytes. Since oligodendroglioma in general show a better response to chemotherapy than other gliomas, it is possible that anaplastic astrocytes with a high OLIG2 expression show a better reaction to this kind of therapy as well. The absence of statistically significant differences between the DBCCR1 expression in the examined tumor-samples points towards a missing function of this gene in the oncogenisis of astrocytic tumors in contrast to its role in bladder-cancer.


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