Isolation and functional analysis of differentially expressed genes in human prostate cancer

Abstract

Prostatakrebs ist der am häufigsten prognostizierte solide Tumor und die zweithäufigste Ursache für Krebstod bei Männern in den westlichen Ländern. Eine der Schlüsselaufgaben der Prostatakrebsforschung ist es, molekulare Marker zu entwickeln, die effektiv Progression und Malignität von Prostatatumoren detektieren und unterscheiden, sowie Einsichten in die Entwicklung und das Verhalten von Prostatatumoren ermöglichen können. Aus der Literatur ist bekannt, dass der Insulin-like growth factor I receptor (IGF-IR) eine wichtige Rolle in der zellulären Homöostase von Prostatakarzinomen spielt. Daher wurde die antisense-RNA-Strategie genutzt, um die endogene IGF-IR Genexpression in menschlichen Prostatakarzinom PC-3 Zellen zu reduzieren, was in einer signifikanten Suppression der Zellinvasion und Proliferation sowie in einer Erhöhung der Zellapoptose von PC-3 Zellen resultierte. Weiterhin wurde gezeigt, dass eine direkte Korrelation zwischen der Inhibierung der IGF-IR Genexpression und der Hochregulierung von IGFBP-3 oder der Herunterregulierung der Expression von MMP-2 in androgen-unabhängigen PC-3 Zellen existiert. Zusätzlich wurden die Expressionen sowohl von IGF-IR als auch von IGFBP-3 mittels quantitativer real time RT-PCR an RNA aus lasermikrodissektierten zusammengehörigen normalen und Tumor-Prostataepithelgeweben von 12 Patienten analysiert. Diese Untersuchungen zeigten, dass IGF-IR in den meisten Prostatakarzinomen (9 von 12) hochreguliert und dass IGFBP-3 in allen der Prostatakarzinome herunterreguliert ist. Weiterhin wurde die Hochregulierung der Genexpression von IGFBP-3 mittels eines cancer profiling arrays in folgenden Karzinomen bestimmt: Nieren-, Lungen-, Mastdarm-, Dickdarm-, Magen und Schilddrüsenkrebs. Im Gegensatz dazu wurde eine Herunterregulierung in Brust-, Uterus- und Ovarialkrebs festgestellt. Diese Ergebnisse deuten auf eine wichtige Rolle von IGF-IR und IGFBP-3 in der zellulären Homöstase von Prostatakarzinomen hin und liefern eine weitere Grundlage, den IGF-IR als Zielmolekül für eine potentielle Behandlung von Prostatakrebs einzusetzen, sowie die IGF-IR-aktivierten Signalwege besser zu verstehen. Als nächstes wurden die Expressionslevel von über 400 krebs-verwandten Genen in einer Reihe von Prostatatumoren und zugehörigen normalen Prostatageweben mittels cDNA-Array-Technik verglichen, um die differentielle Genexpression von putativen Markern für Prostatatumoren zu analysieren. Insgesamt wurden 46 differentiell exprimierte Gene identifiziert, die entweder hoch- oder herunterreguliert im Prostatakarzinom sind. Von diesen differentiell exprimierten Genen wurde von 7 Genen (Bax-Inhibitor-1, Komplementkomponente C1s, Ferritin heavy chain, MAT8 Protein, Peptidyl-Prolyl cis-trans Isomerase A, RNA-binding protein regulatory subunit DJ-1 protein und V-ATP Synthase Untereinheit F), die eine hochregulierte Expression in menschlichen Prostatakarzinomen zeigten, die Überexpression in Prostatakrebs mittels real time RT-PCR an Gesamttumor-RNA bestätigt. Die Überexpression von Bax-Inhibitor-1 (BI-1) in Prostatakarzinomen wurde mittels Northern Blot-Analysen an Gesamttumor-RNA und mittels real time RT-PCR an RNA von 13 lasermikrodissektierten Tumorgewebeproben der Prostata bestätigt. Zusätzlich wurde die hochregulierte Expression vom BI-1 Gen in folgenden Karzinomen bestimmt: Ovarial-, Uterus-, Prostata- und Brustkrebs, hingegen wurde eine herunterregulierte Expression in Nieren-, Lungen-, Dickdarm-, Magen- und Mastdarmkrebs festgestellt. Um weiterhin die Funktion von BI-1 in vitro zu untersuchen, wurden menschliche androgen-unabhängige PC-3 und androgen-abhängige LNCaP Prostatakarzinomzellen mit small interfering RNA (siRNA) Oligonukleotiden gegen das BI-1 Gen transfiziert, was zu einer spezifischen Herunterregulierung der BI-1-Expression führte. Ferner verursachte die Transfektion von PC-3 und LNCaP-Zellen mit BI-1-sequenzspezifischen siRNAs eine signifikante Erhöhung von zellulärer Apoptose sowie Nekrose. Zusammengefasst deuten die derzeitigen Ergebnisse darauf hin, dass das menschliche BI-1 Gen das Potential besitzt, als Expressionsmarker von Prostatakrebs zu fungieren und ein neues Ziel für die Entwicklung von therapeutischen Strategien gegen Prostatakrebs darstellt.