Das Fehlen von ERp57 inhibiert die Proliferation der kolorektalen Krebszelllinie HCT116 in Normoxie und Hypoxie durch Minderung wachstumsfördernder Kinasen und c-Myc

Kolorektale Karzinome weisen eine hohe Inzidenz auf. Für die Therapie stehen je nach Stadium, Lokalisation und Verfassung des Patienten neben der chirurgischen Entfernung mehrere Optionen zur Verfügung. Insbesondere bei spät entdeckten Karzinomen sind die Behandlungsmöglichkeiten jedoch begrenzt, sodass nach wie vor nach neuen Behandlungsstrategien für eine gezielte Therapie gesucht wird.

Protein Disulfide Isomerase Family A Member 3 (PDIA3, ERp57), welches vor allem im Endoplasmatischen Retikulum lokalisiert ist, ist als Disulfid-Isomerase unter anderem an der Faltung von sekretorischen Proteinen und an der Beladung des Major Histocompatibility Complex (MHC)-Komplexes beteiligt. Allerdings wurde es auch im Zytoplasma entdeckt, wobei seine Rolle hier nicht gänzlich geklärt ist.

In einer vorherigen Studie konnte mittels eines induzierbaren Knockdownsystems in der Krebslinie HCT116 (Kolorektalkarzinom) und MDA-MB-231 (Mammakarzinom) gezeigt werden, dass das Ausschalten von ERp57 zu einer massiven p53-unabhängigen Wachstumshemmung in Normoxie führt. Der zugrundeliegende Mechanismus blieb dabei aber weitgehend unklar. Auch welchen Einfluss Hypoxie auf den Knockdown hat, wurde bisher nicht untersucht.

Die vorliegende Arbeit hat gezeigt, dass die beobachteten Effekte nach Knockdown von ERp57 in HCT116 in gleicher Form unter Hypoxie (1 % O2) nachweisbar sind. Gleichzeitig wurde als Begründung für den p53-unabhängigen Proliferationsstopp eine deutliche Verminderung der Aktivität verschiedener Kinasen, wie Phosphoinositide-dependent Protein Kinase 1 (PDPK1), Akt, Polo-like Kinase 1 (PLK1) und Extracellular Signal-regulated Kinases 1/2 (ERK1/2), sowie eine Minderung des Transkriptionsfaktors c-Myc in Normoxie und Hypoxie nachgewiesen. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass die Minderung der Masterkinase PDPK1 nicht der verantwortliche Auslöser für die Aktivitätsminderung der anderen Kinasen nach ERp57-Knockdown ist, weil ein Knockdown von PDPK1 in HCT116 keinen Phänotyp hervorruft. Hingegen belegen die Ergebnisse, dass ein PLK1-Knockdown einen starken Effekt auf HCT116 hat, bei dem Viabilität und Langzeitüberleben deutlich reduziert sind und die Apoptoseinduktion gesteigert ist.

Zusammenfassend erscheint ERp57 als interessantes Target in der kolorektalen Tumortherapie, weil verschiedene Signalwege durch den Knockdown sowohl in Normoxie wie auch in Hypoxie beeinflusst werden.

Colorectal cancer has a high incidence. In addition to surgical removal, several options are available for therapy, depending on the stage, location and condition of the patient. However, treatment options are limited, particularly for carcinomas that are discovered late, so that new treatment strategies for targeted therapy are still being sought.

Protein Disulfide Isomerase Family A Member 3 (PDIA3, ERp57), which is mainly located in the endoplasmic reticulum, is involved, among other things, in the folding process of secretory proteins and in the loading of the Major Histocompatibility Complex (MHC) complex. However, it was also discovered in the cytoplasm, although its role here is not entirely clear.

In a previous study using an inducible knockdown system in the cancer cell lines HCT116 (colorectal carcinoma) and MDA-MB-231 (breast carcinoma) it could be shown that depletion of ERp57 leads to massive p53-independent growth inhibition in normoxia. The underlying mechanism remained largely unclear. The influence of hypoxia on knockdown has not yet been investigated.

The present work has shown that the effects observed after knockdown of ERp57 in HCT116 can be demonstrated in the same form under hypoxia (1 % O2). As plausible reasoning for the p53-independent proliferation stop a clear reduction in the activity of various kinases such as phosphoinositide-dependent protein kinase 1 (PDPK1), Akt, polo-like kinase 1 (PLK1) and extracellular signal-regulated kinases 1/2 (ERK1/2), as well as a reduction in the transcription factor c-Myc in normoxia and hypoxia could be shown. Furthermore, it could be demonstrated that the reduction of the master kinase PDPK1 is not the responsible trigger for the reduction in activity of the other kinases after ERp57 knockdown, because a knockdown of PDPK1 in HCT116 does not cause a phenotype. In contrast, the results show that a PLK1 knockdown has a strong effect on HCT116, in which viability and long-term survival are significantly reduced and the induction of apoptosis is increased.

In summary, ERp57 appears to be an interesting target in colorectal tumor therapy because various signaling pathways are influenced by the knockdown in normoxia and hypoxia.

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