PDF Download - Laborwelt

Weitere Magazine

Empfehlungen

Info

Wissenschaft RNA-Interferenz MicroRNAs: Hauptakteure in der Metastasierung Raffaele Baffa MD 1,5 , Matteo Fassan MD 2 , Anne Rosenberg MD 3 , Carlo M. Croce MD 4 , 1 Thomas Jefferson University, Kimmel Cancer Center, Philadelphia, 2 University of Padova, 3 Thomas Jefferson University, Kimmel Cancer Center, Philadelphia, PA, 4 Comprehensive Cancer Center, Ohio State University, Columbus OH. 5 aktuelle Anschrift: Medimmune, Gaithersburg, MD. Metastasierender Krebs ist das Ergebnis einer Reihe komplexer Prozesse, die zahlreiche Veränderungen auf molekularer Ebene umfassen.Die Entdeckung nicht-codierender microRNAs (miRNAs), die die Genexpression durch mRNA-Abbau oder Translationshemmung modulieren, hat das Verständnis dieser Komplexität ein gutes Stück vorangebracht. Verschiedenen Studien zufolge können miRNAs als Tumorsuppressoren und auch als Onkogene wirken,und ihr Nachweis könnte von diagnostischer und prognostischer Relevanz sein.Die Ergebnisse aktueller in vitro- und Expressionsprofilierungsstudien zeigen, dass spezifische miRNAs direkt an der Metastasierung beteiligt sind und sowohl als Diagnose-Werkzeug zur Charakterisierung metastasierenderTumore als auch als Biomarker für das Therapiemonitoring geeignet erscheinen. Daneben könnten sie künftig als neuartige und gezielte Arzneimittel eingesetzt werden. Trotz jahrelanger Anstrengungen, Biomarker für Krebs beim Menschen zu identifizieren, hat kein Biomarker solch ein Aufsehen erregt wie die microRNAs. microRNAs (oder miRNAs) sind eine Familie endogener, 19 bis 25 Nucleotide kleiner, nicht-codierender RNA-Genprodukte, die die Genexpression modulieren, indem sie gezielt an mRNA binden 1,2 . Im Menschen ist miRNA-Aberration ein Kennzeichen von Krankheit, auch für Krebs. Tatsächlich werden miRNAs gewebespezifisch exprimiert, und Änderungen der miRNA-Expression in einem Gewebe kann mit Krankheitszuständen korreliert werden. Die in der Evolution konservierten miRNAs sind an grundlegenden biologischen Vorgängen beteiligt, unter anderem dem Zellzyklus, der Differenzierung, Entwicklung, dem Stoffwechsel und der Alterung 1,2 . Das menschliche Genom enthält schätzungsweise 1.000 miRNA-Gene, von denen angenommen wird, dass sie ein Drittel aller Gene regulieren 1,2 . Oft befinden sich miRNA-Gene in mit Krebs assoziierten genomischen Regionen, wie etwa Minimal regions of amplification (MAR), Loss of heterozygosity (LOH), fragilen Stellen und üblichen Bruchstell- Regionen in oder in der Nähe von Onkogenen oder Tumorsuppressorgenen 3 . MiRNAs werden zunächst von der RNA-Polymerase II als lange, primäre Transkripte synthetisiert, die nachfolgend mit Caps versehen und polyadenlyliert werden. Diese Transkripte werden von der Drosha RNase III-Endonuclease in ca. 70 Nucleotide lange Haarnadel-prä-miRNAs prozessiert und durch Ran-GTP/Exportin aus dem Zellkern transportiert 5 . Prä-miRNAs werden im Zytoplasma von Dicer weiterbearbeitet, bis ein 19 bis 25 Nucleotide langer Doppelstrang entstanden ist. Ein Strang davon wird in den RNAinduced silencing complex (RISC) aufgenommen und verwendet, um die Expression von Zielgenen zu regulieren. Die Bindung von miRNAs an die 3’-untranslatierte Region (UTR) der mRNA mit perfekter oder fast-perfekter Sequenzkomplementarität induziert den mRNA-Abbau. Dagegen führt eine nicht-perfekte Komplementarität oft zur Translationshemmung. Der aus sieben Tab. 1: Repräsentative miRNAs, die in metastatischem Krebs abberrant exprimiert werden, und ihre bedeutendsten putativen Gene miRNA Locus Expression in Metastasen Targetgene Referenzen miR-10b 2q31.1 Hochreguliert HOXD10 [4, 14] miR-21 17q23.1 Hochreguliert PDCD4, PTEN, RECK, TPM1, MASPIN miR-373 19q13.41 Hochreguliert CD44 [12] miR-520c 19q13.41 Hochreguliert CD44 [12] miR-520c 19q13.41 Hochreguliert CD44 [12] miR-34c 11q23.1 Herunterreguliert E2F3 [13] miR-148a 7p15.2 Herunterreguliert TGIF2 [13] miR-200 family 1p36.33 12p13.31 Herunterreguliert ZEB1, SIP1 [11] miR-205 1q32.2 Herunterreguliert ZEB1, SIP1 [11] miR-335 7q32.2 Herunterreguliert SOX4, TNC [10] bis acht Nucleotiden bestehende Seed-Strang von miRNAs am 5’-Ende ist entscheidend für die wirksame Zielsteuerung, und miRNAs mit ähnlicher Seed-Sequenz können – zumindest theoretisch – die Expression einer ähnlichen Untergruppe von Genen regulieren 1-3 . In in vitro-Studien konnte gezeigt werden, dass eine aberrante Expression von miRNAs zur Karzinogenese beiträgt, indem die Expression von Proto-Onkogenen angekurbelt und jene von Tumorsuppressorgenen gehemmt wird. Die Deregulierung solcher “Oncomirs” ist bei verschiedensten Krebserkrankungen beobachtet worden, und die miRNA-Expression wurde mit molekularbiologischen Charakteristika korreliert, was belegt, dass miRNA-Signaturen dazu dienen können, die biologischen und klinischen Eigenschaften von Krebs zu beschreiben 1-3 . Zudem zeigte sich in vivo auch ein Zusammenhang zwischen der miRNA-Expression und der Entstehung experimenteller Tumore 1-3 . Obgleich miRNAs aber eine klare Rolle bei der Onkogenese spielen, ist der Beitrag, den miRNAs zur bösartigen Entartung humaner Tumore leisten, erst unlängst untersucht und charakterisiert worden 4-14 . miRNAs und Metastasierung Metastasierender Krebs ist die Haupttodesursache bei Patienten mit soliden Tumoren. Die Ausprägung des metastatischen Phänotyps ist ein multifaktorieller Prozess und das Ergebnis der unerklärten Wechselwirkung molekularer Faktoren wie dem epigenetischen Silencing, von Transkriptionsfaktoren, Signalwegen und Wachstumsfaktoren. Bislang wurde die Rolle des metastatischen Ausstreuens falsch eingeschätzt. Tatsächlich sind bereits kleine Tumore in frühem Stadium in der Lage, Mikrometastasen zu bilden, die sich über den ganzen Körper ausbreiten können, aber selten zu soliden, klinisch relevanten Sekundärtumoren führen. Während der vergangenen Jahrzehnte wurden molekulargenetische Studien durchgeführt, um Gene und Genprodukte zu untersuchen, die den Metastasierungsprozess antreiben. Gleichwohl ist der prognostische und diagnostische Wert dieser Genveränderungen angesichts der Heterogenität des Metastasierungsprozesses und der fokalen Natur der Veränderung von Onkogenen und Tumorsuppressorgenen bislang begrenzt. In jüngerer Zeit häuft sich die Zahl der Berichte, die miRNAs eine wichtige Rolle als Promotoren und Suppressoren der Krebsprogression und der Metastasierung zusprechen (vgl. Tabelle). Dies ist nicht nur beachtenswert, weil sie ein neues Untersuchungsfeld eröffnen, sondern auch weil mit ihnen neue Pathways offengelegt wurden, die in die Metastasierung involviert sind. Der erste dazu von Ma et al. veröffentlichte Bericht 4 beschrieb die unterstützende Rolle von miR-10b bei der Invasion und Metastasierung von Brustkrebs. Während miR-10b in 12 | 10. Jahrgang | Nr. 5/2009 LABORWElT [6-9, 14]
den meisten Fällen von Brustkrebs gegenüber normalem Brustgewebe herunterreguliert war, wurde die microRNA in rund 50% aller Fälle von metastasierendem Brustkrebs überexprimiert. In vitro hatte die ektopische Expression von miR-10b keinen Effekt auf die Zellproliferation, vergrößerte aber die Fähigkeit zur Migration und Invasivität. Darüber hinaus zeigten in vivo-Studien, dass miR-10b-überexprimierende Tumore sich invasiv verhielten und eine hochgradige Vaskularisierung zeigten. Das hochregulierte miR-10b hemmt den Translationsprozess der mRNA, die das Homöobox-D10-Protein (HOXD10) codiert, was zur verstärkten Expression des wohlbekannten und gut charakterisierten pro-metastatischen Gens RHOC führt. Weiter gestützt wurden diese Daten dadurch, dass die HOXD10-Expression in Brusttumoren zunehmender Malignizität immer mehr verschwindet. Allerdings konnte die Assoziation von miR-10b mit der Brustkrebs-Metastasierung in einer großen Zahl von Fällen von Brustkrebs im Frühstadium nicht bestätigt werden 5 . Deregulierung der miRNA-Expression Der intiale Befund der Deregulation der miRNA-Expression bei metastasierendem Krebs konnte auch in weiteren Fällen demonstriert werden. Zum Beispiel zeigte sich, dass die weitverbreitete, bei Krebs überexprimierte miRNA miR-21 am Erwerb der invasiven und metastatischen Eigenschaften von Darmkrebs- und Brustkrebs-Zelllinien beteiligt ist, indem diese gezielt auf zahlreiche Tumorsuppressorgene wirkt, wie etwa PTEN, PDCD4, RECK, TPM1 und MASPIN 6,7,14 . Zudem wurde die miR-21-Überexpression in Zusammenhang mit fortgeschrittenen klinischen Stadien und der Lymphknoten-Metastasierung bei Brustkrebs und dem hepatozellulären Karzinom gebracht 8,9 . Ähnlich wie miR-10b beeinträchtigten auch miR-373 und miR-520c nicht die Zellproliferation, aber unterstützten in vitro die Migration und Invasion von Krebs-abgeleiteten Zelllinien 12 . Diese beiden miRNAs besitzen ähnliche Seed-Sequenzen, was nahelegt, dass sie einen überlappenden Satz von Gen-Targets regulieren könnten. Tatsächlich erwies sich CD44 – das einen Zelloberflächenrezeptor für Hyaluronsäure (Hyluronan) codiert – unter neun gemeinsamen potentiellen Gentargets als direktes Ziel beider miRNAs. In Krebsproben war miR373 hochreguliert, wenn die Tumoren Lymphknoten-Metastasen aufwiesen, und die miR- 373-Expression zeigte eine inverse Korrelation zur CD44-Expression. Im Gegensatz zu anderen Studien, identifizierten Tavazoie et al. 10 erstmals miRNAs mit Metastasen-supprimierenden Eigenschaften. Beim Vergleich metastatischer Absiedlungen mit unselektierten parentalen Brustkrebszellen fanden sie, dass miR-335, miR-126 und miR-206 in den metastatischen Proben durchgehend herunterreguliert. Untermauert werden diese Daten dadurch, dass eine niedrige Expression von miR-335 und miR-126 mit einem geringen Metastasen-freien Überleben in klinischen Proben korrelierte. In vitro-Analysen zeigten, dass miR-335 durch Abzielen auf die Transkriptionsfaktoren SOX4 und TNC (TCN codiert Tenascin, eine Komponente der extrazellulären Matrix) als Metastasen- Suppressor wirkt. Gregory und Mitarbeiter 11 fanden, dass alle fünf Mitglieder der miRNA- 200-Familie (miR-200a, miR-200b, miR-200c, miR-141 and miR-429) sowie miR-205 auf die E-Cadherin-Repressoren ZEB1 und SIP1 zielen. Außerdem wurde gezeigt, dass diese miRNAs in solchen Zellen merklich herunterreguliert waren 11 , die eine epitheliale-mesenchymale Transition (EMT) durchlaufen hatten, der offenbar eine frühe Beteiligung der miRNA-Deregulierung beim Annehmen des metastatischen Phänotyps zugrundeliegt. Eigentlich ist die EMT ein Prozess, bei dem epitheliale Tumorzellen durch extrazelluläre Zytokine wie TGF-b oder intrazelluläre Regiesignale, wie etwa onkogenes Ras, stimuliert werden, ihre epitheliale Polarität zu verlieren und stattdessen mesenchymale Phänotypen mit stärkeren Migrations- und Invasions-Eigenschaften anzunehmen. Aus diesem Grund wird EMT als der initiierende und entscheidende Schritt im Metastasierungsprozess betrachtet. Diese Befunde wurden durch vier andere unabhängige Studien bestätigt 15 . Interessanterweise wird die Expression von miRNA-Genen, genau wie bei Protein-codierenden Genen, von der epigenetischen Regulation Wissenschaft RNA-Interferenz Porvair rose ad <strong>Laborwelt</strong> DE exb:Layout 1 11/2/09 11:07 Weißer als weiß? Selbst die weißesten Mikroplatten wurden unter Umständen mithilfe von Fremdstoffen hergestellt, was Auswirkungen auf die Genauigkeit von Analyseergebnissen haben kann – bei den Mikroplatten von Porvair Sciences ist dies nicht der Fall. Rufen Sie uns an, senden Sie eine E-Mail oder besuchen Sie uns unter www.porvair-sciences.com/download_request.php und fordern Sie Ihre Kopie eines unabhängigen Artikels und eine Probe unserer Mikroplatten an, um die Ergebnisse mit Ihrer aktuellen Marke vergleichen zu können. Porvair Sciences Ltd Telephone +44 (0)1372 824290 Email: int.sales@porvair-sciences.com LABORWElT 10. Jahrgang | Nr. 5/2009 | 13
Seite 1 und 2: laborwelt Nr. 5 / 2009 - 10. Jahrga
Seite 3 und 4: Krebs: Vielfalt der Signale... Stat
Seite 5 und 6: © 2009 Thermo Fisher Scientific In
Seite 7 und 8: Für höchste Effizienz muss man ni
Seite 9 und 10: novo-AML-Patienten zu screenen. Ein
Seite 11: P.O.S. KRESIN DESIGN GmbH · P0908-
Seite 15 und 16: Report Metastasierung Brustkrebs un
Seite 17 und 18: in normalen Brustepithelien spielen
Seite 19 und 20: www.laborwelt.de die Flt3-Liganden-
Seite 21 und 22: Blitzlicht DNA-Methylierung BEAMing
Seite 23 und 24: Abb.2: Anwendungsgebiete der BEAMin
Seite 25 und 26: © 2009 PerkinElmer, Inc. 400169_01
Seite 27 und 28: Protein-Microarrays: Sensitive quan
Seite 29 und 30: CO 2 - Abfall oder Rohstoff? Mögli
Seite 31 und 32: Weltkongress für Regenerative Medi
Seite 33 und 34: Abb.1: An Subfields normalisierter
Seite 35 und 36: tebu-bio GmbH Berliner Str. 255, 63
Seite 37 und 38: ‡ Verbinden Sie bis zu 30 Cycler
Seite 39 und 40: Microsynth AG Schützenstr. 15 CH-9
Seite 41 und 42: Roche Diagnostics GmbH Sandhofer St
Seite 43 und 44: Max-Planck-Institut für Neurobiolo
Seite 45 und 46: Paul-Ehrlich-Institut Paul-Ehrlich-
Seite 47 und 48: Fujifilm DNA-Extraktion für die IV
Seite 49 und 50: September 2009-November 2009 Verans
Seite 51 und 52: Join the pre-conference partnering

PDF Download - Laborwelt

Sie wollen auch ein ePaper? Erhöhen Sie die Reichweite Ihrer Titel.

Template löschen?

Als Template speichern?