Regulation of microsomal prostaglandin E2 synthase by cyclopentenone prostaglandins in colon cancer cells

Prostaglandin E2 is the major prostaglandin involved in colorectal carcinogenesis. The biosynthesis of prostaglandin E2 is accomplished by several terminal prostaglandin E synthases through catalytical conversion of the 
Prostaglandin E2 is the major prostaglandin involved in colorectal carcinogenesis. The biosynthesis of prostaglandin E2 is accomplished by several terminal prostaglandin E synthases through catalytical conversion of the cyclooxygenase product prostaglandin H2. Among the known terminal prostaglandin E synthases, microsomal prostaglandin E synthase type 1 and type 2 were found to be overexpressed in colorectal cancer, however the role and regulation of these enzymes in this tumor entity are yet not fully understood. Here we report that the cyclopentenone prostaglandins 15-deoxy-D12,14-prostaglandin J2 and prostaglandin A2, which have been shown to modulate cell growth and neoplasia, selectively down-regulate microsomal prostaglandin E synthase type 2 mRNA and protein expression in the human colorectal carcinoma cell lines Caco-2 and HCT 116. This effect appeared to be PPARgamma independent and was not found to require G-protein-coupled receptor activation. Instead, inhibition of microsomal prostaglandin E synthase type 2 by cyclopentenone prostaglandins may be mediated by covalent binding of the cyclopentenone ring to cysteine residues on signalling molecules or via a redox-dependent mechanism. Inhibition of microsomal prostaglandin E synthase type 2 was subsequently followed by decreased prostaglandin E synthase activity, which in turn contributed at least in part to the anti-proliferative action of cyclopentenone prostaglandins in HCT 116 cells. Collectively, these data unravel a novel mechanism for the growth-inhibitory effects of cyclopentenone prostaglandins and expose microsomal prostaglandin E synthase type 2 as a new potential target for pharmacological intervention in the treatment of colorectal cancer.
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Zahlreiche Untersuchungen von Prostaglandinen (PG) unterstreichen die herausragende Bedeutung von PGE2 in der Ätiopathogenese des kolorektalen Karzinoms. Drei terminale PGE2 Synthasen (PGES) sind jetzt bekannt. Die Expre
Zahlreiche Untersuchungen von Prostaglandinen (PG) unterstreichen die herausragende Bedeutung von PGE2 in der Ätiopathogenese des kolorektalen Karzinoms. Drei terminale PGE2 Synthasen (PGES) sind jetzt bekannt. Die Expression von ein perinukleäres membrangebundenes Enzym, mPGES-1, wird durch proinflammatorische Stimuli gesteigert und ist dabei zumeist an die der COX-2 gekoppelt. Die cytosolische Form von PGES (cPGES) in einer Vielzahl von Zelltypen konstitutiv exprimiert. Ein zweites membran-assoziiertes PGES (mPGES-2) wird in einer Vielzahl von Zellen konstitutiv exprimiert. Beide mikrosomale PGES beim humanen kolorektalen Karzinom überexprimiert. Cyclopentenon-Prostaglandine sind durch eine Cyclopentenon-Ringstruktur mit chemisch reaktionsfähiger ungesätigten Carbonyl-Gruppe charakterisiert. Verschiedene Vertreter dieser Prostaglandin-Familie weisen antineoplastische, antiinflammatorische und antivirale Aktivitäten auf. In der vorliegenden Arbeit sollte die mögliche Wirkung von ein Cyclopentenon-Protaglandin 15-deoxy-D12,14-Prostaglandin J2 (15d-PGJ2) auf die PGE2-vermittelte Entstehung des kolorektalen Karzinoms untersucht werden. Die Wirkung von 15d-PGJ2 auf die Gen- und Proteinexpression von cPGES, mPGES-1 und mPGES-2 sowie COX-1 und COX-2, wie auch die PGES-Aktivität wurde in den beiden kolorektalen Tumorzelllinine HCT 116 und Caco-2 ( Caco-2-Zelllinie exprimiert keine COX-1, HCT 116-Zellen exprimiert keine COX-2 ) untersucht. Dabei zeigte sich eine selektive Hemmung der Expression von mPGES-2 durch 15d-PGJ2 an beiden Zelllinine ohne Effekt auf andere, an der PGES beteiligten Gene. Parallel zur Reduktion der mRNA-Expression fand sich eine zeitlich verzögerte Abnahme der Proteinkonzentration von mPGES-2 und konnte auch eine signifikante Abnahme der enzymatischen Aktivität beobachtet werden. Darüber hinaus wiesen sowohl 15d-PGJ2 einen wachstumshemmenden. Um den Mechanismus der 15d-PGJ2-induzierten mPGES-2-Hemmung verstehen zu können, wurden einige bekannte Reaktionsmechanismen dieses Cyclopentenon untersucht. 15d-PGJ2 ist ein natürlicher Ligand des Peroxisome Proliferator-Activated Receptor gamma (PPARgamma). Die Wirkung eines weiteren PPARgamma-Agonisten, des Thiazolidinedionhomologs MCC555, auf die mPGES-2-mRNA-Expression untersucht wurde. Nach Behandlung von Caco-2- und HCT 116-Zellen mit MCC555 fand sich jedoch keine Veränderungen in der Genexpression von mPGES-2. Dieses Ergebnis wurde durch die Behandlung von Caco-2-Zellen, bei welchen die PPARgamma-Aktivität durch eine dominant negative Rezeptor gehemmt wurde, bestätigt. Eine Kontrolle der Regulation von mPGES-2 durch 15d-PGJ2 über den PPARγ-Signaltransduktionsweg kann somit ausgeschlossen werden. Als weitere Möglichkeit der Vermittlung 15d-PGJ2–spezifischer Zellefekte ist die Bindung an PGD2-Rezeptoren, wie dem DP1 und dem CRTH2 Rezeptor beschrieben. Die Aktivierung von DP1 führt über eine Stimulierung der Adenylcyclase-Aktivität, mit nachfolgender Steigerung der intrazellulären cAMP-Konzentration. Die Aktivierung von CRTH2 verstärkt die intrazellulare Kalziumfreisetzung. 15d-PGJ2 zeigte jedoch weder Effekte auf die intrazelluläre Kalziumkonzentration, noch übte cAMP eine regulatorische Wirkung auf die mPGES-2-Expression aus. Somit konnte eine Beteiligung dieser Rezeptoren an der Regulation von mPGES-2 durch 15d-PGJ2 ausgeschlossen werden. Zusammengefaßt deuten diese Ergebnisse darauf hin, daß die 15d-PGJ2-vermittelte Kontrolle von mPGES-2 möglicherweise nicht auf einem Mechanismus beruht, der spezifisch für dieses Cyclopentenon-Protaglandin ist, sondern vielmehr auf einem generellen Wirkprinzip von Cyclopentenon-Prostaglandinen beruht. So wird ein Teil der biologische Aktivität von Cyclopentenon-Prostaglandinen über oxidativen Stress ausgelöst. Um eine potentielle Beteiligung von oxidativem Stress an der durch 15d-PGJ2 vermittelten Expressionshemmung von mPGES-2 zu untersuchen, wurden Caco-2-Zellen und HCT 116-Zellen vor der 15d-PGJ2-Stimulation mit verschiedenen Antioxidantien behandelt. Die Hemmwirkung von 15d-PGJ2 auf die mPGES-2-Proteinexpression konnte sowohl mit DTT wie auch NAC komplett aufgehoben werden. Letztlich sind Cyclopentenon-Prostaglandine aufgrund der chemischen Eigenschaften ihrer typischen Ringstruktur zur direkten Interaktion mit zellulären Zielproteinen in der Lage. In der Tat war die Regulation von mPGES-2 nicht auf 15d-PGJ2 begrenzt. Auch PGA2, ein weiteres Cyclopentenon-Prostaglandin, übte eine der von 15d-PGJ2 vergleichbare biologische Aktivität auf die Expression von mPGES-2 in HCT 116 und Caco-2 aus. Andere Eikosanoide, die über jeweils keine Cyclopentenon-Struktur verfügen, zeigten keine regulatorischen Effekte auf Expression von mPGES-2. Mit den hier vorgestellten Resultaten wird das Spektrum der antiproliferativen Mechanismen von Cyclopentenon-Prostaglandine erweitert. Darüber hinaus wurde mit der PGES-2 ein neues interessantes Zielprotein in der Theraopie des kolorektalen Karzinoms etabliert.
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Metadaten
Author:Yulyana Yudina
URN:urn:nbn:de:hebis:30-26163
Referee:Dieter Steinhilber
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of Publication (online):2006/05/15
Year of first Publication:2005
Publishing Institution:Universitätsbibliothek Johann Christian Senckenberg
Granting Institution:Johann Wolfgang Goethe-Universität
Date of final exam:2006/05/02
Release Date:2006/05/15
Tag:15d-PGJ2 ; Prostaglandine ; kolorektale Tumorzellen ; mPGES-2
15d-PGJ2 ; Cyclopentenone ; colon cancer; prostaglandins
HeBIS PPN:178079642
Institutes:Biochemie und Chemie
Dewey Decimal Classification:540 Chemie und zugeordnete Wissenschaften
Sammlungen:Universitätspublikationen
Licence (German):License Logo Veröffentlichungsvertrag für Publikationen

$Rev: 11761 $