Untersuchung der therapeutischen Wirkmechanismen von Kurkumin in diffus intrinsischen Ponsgliomen in Abhängigkeit vom Mutationsstatus im H3F3A-Histongen (H3.3K27M-Mutation)

Zastrow, Johanna

dc.contributor.advisor	Kramm, Christof Prof. Dr.
dc.contributor.author	Zastrow, Johanna
dc.date.accessioned	2022-10-17T13:10:41Z
dc.date.available	2022-10-25T00:50:08Z
dc.date.issued	2022-10-17
dc.identifier.uri	http://resolver.sub.uni-goettingen.de/purl?ediss-11858/14292
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.53846/goediss-9320
dc.language.iso	deu	de
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.subject.ddc	610	de
dc.title	Untersuchung der therapeutischen Wirkmechanismen von Kurkumin in diffus intrinsischen Ponsgliomen in Abhängigkeit vom Mutationsstatus im H3F3A-Histongen (H3.3K27M-Mutation)	de
dc.type	doctoralThesis	de
dc.title.translated	Investigation of the therapeutic mechanisms of action of curcumin in diffuse intrinsic pons glioma depending on the mutation status in the H3F3A histone gene (H3.3K27M mutation)	de
dc.contributor.referee	Kramm, Christof Prof. Dr.
dc.date.examination	2022-10-18	de
dc.description.abstractger	DIPG sind im Hirnstamm lokalisierte pädHGG, die mit einer fatalen Prognose einhergehen. 85% aller DIPG tragen eine H3K27M-Mutation, welche zu einer epigenetischen Dysregulation mit resultierender Hypotrimethylierung und Hyperacetylierung an H3K27 führt. Aufgrund mangelnder effektiver konventioneller Therapieoptionen greifen Eltern betroffener Patient:innen oft zusätzlich auf Phytotherapeutika wie Kurkumin zurück. Daher sollte in der vorliegenden Studie der Einsatz von Kurkumin als therapeutisches Adjuvans in DIPG analysiert werden. Dazu wurde mit isogenen UGO-Zelllinien (ursprünglich von primären pädiatrischen DIPG-Zellen abgeleitete Tumorzelllinien mit nun retrospektiv nicht mehr zweifelsfrei nachweisbarem zellulärem Ursprung) gearbeitet, die sich lediglich in ihrem H3.3-Mutationsstatus unterschieden. Um den H3.3K27M-mutationsabhängigen Effekt von Kurkumin zu untersuchen, wurden zunächst MTT-Zellviabilitätsversuche durchgeführt. Für die Detektion der genaueren Wirkmechanismen auf genomischer Ebene wurde die globale mRNA-Expression in isogenen H3WT- bzw. H3.3K27M-mutierten isoUGO-Zellen mittels Sequenzierung analysiert. Western-Blot-, Sphären- und Kolonieformations- und PI-FACS-Analysen wurden durchgeführt, um den Effekt von Kurkumin auf programmierte Zelltodmechanismen, das Selbsterneuerungspotential, die Proliferationskapazitäten und spezifische Histonmodifikationen zu identifizieren. Auf epigenetischer Ebene bewirkte Kurkuminbehandlung in H3.3K27M-mutierten isoUGO-Zellen eine Wiederherstellung der H3K27-Trimethylierung. Auch führte Kurkumin vermutlich durch die Inhibierung der CBP/p300-HAT-Aktivität unabhängig vom H3.3-Mutationsstatus zu einer verminderten H3K27-Acetylierung. Somit konnten die durch die H3.3K27M-Mutation hervorgerufenen Veränderungen in isoUGO-Zellen teilweise durch Kurkuminbehandlung rückgängig gemacht werden – nicht nur auf epigenetischer Ebene durch Histonmodifikationen, sondern auch nachfolgend auf funktionelle Wirkmechanismen bezogen: Das Selbsterneuerungspotential sowie die Proliferations- und Differenzierungskapazitäten der isoUGO-Zellen wurden im Wesentlichen unabhängig vom H3.3-Mutationsstatus durch Kurkumin verringert. Jedoch deutet die in isoUGO-H3.3K27M-Zellen verstärkte Inhibition des kanonischen Wnt-Signalweges durch Kurkuminbehandlung darauf hin, dass Kurkumin in H3.3K27M-mutierten isoUGO-Zellen vielleicht doch eine deutlich andere Rolle als in isogenen H3WT-tragenden Zellen spielen könnte. Kurkumin induzierte Apoptose und Zellzyklusarrest vermehrt in isoUGO-H3WT-Zellen, Autophagie hingegen stärker in isoUGO-H3.3K27M-Zellen. In H3.3K27M-mutierten isoUGO-Zellen schien Kurkumin zudem einen stärkeren immunmodulatorischen Effekt zu bewirken als in H3WT-tragenden isoUGO-Zellen. Umso interessanter ist es, dass das Zusammenspiel dieser verschiedenen durch Kurkumin in unterschiedlichem Ausmaß modulierten Vorgänge und somit die gesamtzytotoxische Wirkung auf isoUGO-Zellen unabhängig vom H3.3K27M-Mutationsstatus nahezu gleich ist. Durch die multifaktoriellen Wirkmechanismen stellt Kurkumin zusammenfassend eine sehr interessante Substanz für die weitere onkologische und pharmakologische Forschung – nicht nur in DIPG – dar. Der entscheidende limitierende Faktor in der therapeutischen Anwendung dieses antineoplastischen Agens in vivo ist die geringe Bioverfügbarkeit von Kurkumin. Dadurch werden Absorption und Metabolisierung im menschlichen Organismus stark eingeschränkt. Die Umgehung dieser limitierenden Eigenschaften, beispielsweise durch Einbettung in Trägersubstanzen, ist ein unabdingbar weiterzuverfolgender Ansatz, um dem Einsatz von Kurkumin als therapeutisches Adjuvans in DIPG näherzukommen.	de
dc.description.abstracteng	Diffuse intrinsic pontine glioma (DIPG) are pediatric high grade glioma localized in the brainstem and associated with a fatal prognosis. 85% of all DIPG carry a H3K27M mutation, which leads to epigenetic dysregulation resulting in hypotrimethylation and hyperacetylation at H3K27. Due to the lack of effective conventional therapy options, parents of affected patients often additionally resort to phytotherapeutics such as curcumin. Therefore, the present study aimed to analyze the use of curcumin as a therapeutic adjuvant in DIPG. For this purpose, we used isogenic UGO cell lines (tumor cell lines originally derived from primary pediatric DIPG cells with a cellular origin that is now retrospectively no longer detectable beyond doubt) that differed only in their H3.3 mutation status. To investigate the H3.3K27M mutation-dependent effect of curcumin, MTT cell viability experiments were first performed. For the detection of more precise mechanisms of action at the genomic level, global mRNA expression in isogenic H3WT- or H3.3K27M-mutated isoUGO cells was analyzed by sequencing. Western blot, sphere and colony formation and PI-FACS analyses were performed to identify the effect of curcumin on programmed cell death mechanisms, self-renewal potential, proliferation capacities, and specific histone modifications. At the epigenetic level, curcumin treatment restored H3K27 trimethylation in H3.3K27M-mutated isoUGO cells. Also, presumably by inhibiting CBP/p300 HAT activity, curcumin resulted in decreased H3K27 acetylation independent of H3.3 mutation status. Thus, the changes induced by the H3.3K27M mutation in isoUGO cells could be partially reversed by curcumin treatment - not only at the epigenetic level through histone modifications but also subsequently related to functional mechanisms of action: The self-renewal potential and proliferation and differentiation capacities of isoUGO cells were essentially reduced by curcumin independent of H3.3 mutation status. However, the enhanced inhibition of canonical Wnt signaling in isoUGO-H3.3K27M cells by curcumin treatment suggests that curcumin may yet play a distinctly different role in H3.3K27M-mutated isoUGO cells than in isogenic H3WT-bearing cells. Curcumin induced apoptosis and cell cycle arrest more in isoUGO-H3WT cells, but autophagy more in isoUGO-H3.3K27M cells. In H3.3K27M-mutated isoUGO cells, curcumin also appeared to exert a stronger immunomodulatory effect than in H3WT-bearing isoUGO cells. It is all the more interesting that the interplay of these different processes modulated by curcumin to different extents, and thus the overall cytotoxic effect on isoUGO cells, is almost the same regardless of H3.3K27M mutation status. In summary, due to the multifactorial mechanisms of action, curcumin represents a very interesting compound for further oncological and pharmacological research - not only in DIPG. The key limiting factor in the therapeutic application of this antineoplastic agent in vivo is the low bioavailability of curcumin. This severely limits absorption and metabolism in the human organism. Circumventing these limiting properties, for example by embedding in carrier substances, is an approach that must be pursued further in order to come closer to the use of curcumin as a therapeutic adjuvant in DIPG.	de
dc.contributor.coReferee	Heßmann, Elisabeth Prof. Dr.
dc.subject.ger	Pädiatrische high grade Gliome	de
dc.subject.ger	Kurkumin	de
dc.subject.ger	H3K27M	de
dc.subject.eng	pediatric high grade glioma	de
dc.subject.eng	Curcumin	de
dc.subject.eng	H3K27M	de
dc.identifier.urn	urn:nbn:de:gbv:7-ediss-14292-3
dc.affiliation.institute	Medizinische Fakultät	de
dc.subject.gokfull	Pädiatrie, Neonatologie (PPN619876107)	de
dc.subject.gokfull	Onkologie (PPN619875895)	de
dc.description.embargoed	2022-10-25	de
dc.identifier.ppn	1819265633
dc.notes.confirmationsent	Confirmation sent 2022-10-17T13:15:01	de

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Human- und Zahnmedizin [2872]

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