eRapport

Clusterin – a novel pro-survival factor involved in the growth-promoting effect of gastrin on oxyntic mucosa

Prosjekt
Prosjektnummer
46065500
Ansvarlig person
Ingunn Bakke
Institusjon
NTNU, IKM
Prosjektkategori
korttidsprosjekt 2012
Helsekategori
Cancer
Forskningsaktivitet
4. Detection and Diagnosis
Rapporter
2013 - sluttrapport
Although the role of cellular stress responses is increasingly recognized to play a role in carcinogenesis as well as in cell homeostasis and inflammation, little is examined in gastric cancer. Cellular stresses like e.g., hormones, chronic inflammation, oxidative stress and chemotherapy induce stress pathways that regulate the balance between survival and apoptosis. One hallmark of cancers is the evasion of apoptosis in response to severe stress stimuli, which contributes to both tumorigenesis and treatment resistance. Altered stress responses, like upregulation of the prosurvival protein clusterin, may actually increase survival of proliferating cancer cells. To modulate the outcome of cellular stress towards cell death in pre-cancerous cells and during cancer treatment, a better understanding of cellular stress responses in normal cells and their aberrations in cancer cells is required, both from a molecular and clinical perspective. Gastric adenocarcinomas (GAs) are serious conditions with low survival rate and considerable morbidity, being the second cause of cancer related death worldwide. GAs display a mixture of different histological elements and the high molecularly heterogeneity have impeded establishment of new conclusive biomarkers. The management of GAs needs improvement and better characterization of the various histological and molecular subtypes. The hormone gastrin plays a prominent role in growth and differentiation of the gastric mucosa. We have by genome-wide gene expression time series experiments recently revealed novel gastrin-responsive genes that are important in mucosal homeostasis and known to be stress effectors in carcinogenesis. Among these are the pro-survival factor secretory clusterin (sClu). We have used a translational approach combining results from in vitro molecular biology experiments with results from in vivo materials to further elucidate the role of this cellular stress protein in gastric oxyntic mucosa. We have been the first to show that the sCLU protein is important in the anti-apoptotic effect of gastrin in several adenocarcinoma cell lines. By methods like RNAscope® in situ hybridization and double immunofluorescence we have delineated cellular expression patterns in normal and hypergastrinemic rats, in Mongolian gerbils chronically infected with Helicobacter Pylori in combination with a gastrin receptor blocker, as well as in normal human mucosa and in different gastric tumors. The results are related to our whole genome transcriptome analysis of a cohort of gastric cancers showing e.g. a significant variance in clusterin expression between histologically different cancers. Also, using real time monitoring of cellular events (xCelligence) and survival assays on cancer cell lines with and without specific gene knock-down, we show involvement of cellular stress proteins in gastrin-induced pro-metastatic processes and chemoresistance. Overall, our results indicate that gastrin-induced cellular stress proteins like clusterin are involved in the balance between cell survival and apoptosis in gastric mucosa and provide new insight into cellular stress responses in gastric cancer. The study is part of a larger interdisciplinary project (“Molecular mechanisms of cellular stress responses in gastric cancer and their therapeutic implications”) headed by Associate Professor Ingunn Bakke (IKM, NTNU) and Research Scientist Torunn Bruland (IKM, NTNU). We aim to use a translational approach to investigate the role of cellular stresses in gastrointestinal tumor biology through three equally important axes: 1) in vitro cell line systems; 2) animal models and 3) human tumor materials. Main objective is to define molecular and cellular stress mechanisms that might be exploited to aid diagnosis and treatment of gastric cancer. Since molecular medicine offers new approaches to identify unique molecular markers, improve early diagnosis and predict correct treatment, such clinically related basal research is necessary for future medicine and more individualized patient treatment. We hypothesize that clusterin has a role in maintenance of mucosal architecture and in gastrointestinal tumorigenesis. The strong association of clusterin to cancer in general and the fact that it is already a target for cancer therapy, makes its role very interesting to explore further.
2012
Kreft i mageslimhinnen er en alvorlig tilstand, og mer detaljert karakterisering av de ulike histologiske og molekylære subtypene er nødvendig for bedre behandling. Vi har vist at clusterin er regulert av hormonet gastrin og er en ny vekstfremmende faktor i mageslimhinnen, samt en mulig ny molekylær markør for kreft i mageslimhinnen.Prosjektet inngår i et større tverrfaglig translasjonsforskingsprosjekt, der mekanistiske studier i celler kombineres med studier i dyremodeller og analyser av humant vev. Målet er å framskaffe kunnskap om molekylære mekanismer i kreftbiologi, og legge grunnlaget for at denne kunnskapen kan bidra til bedre diagnostikk og behandling av kreft i magetarmkanalen. Ufullstendig kunnskap om hvordan eksterne stimuli og signalnettverk blir transformert til en respons i en celle hemmer utviklingen av blant annet målrettet kreftterapi. Vi benytter storskala screeningsmetoder for å identifisere gener som induseres av vekstfaktorer, med særlig fokus på hormonet gastrin og aktivering CCK2 reseptoren. Gastrin spiller en fremstående rolle i vekst og differensiering av mageslimhinnen. Både langvarig høyt hormonnivå (hypergastrinemi) og aktivering av reseptoren på grunn av mutasjoner har betydning for kreftutvikling, særlig i kombinasjon med betennelse og bakterien H. pylori. Ved funksjonell genomforskning har vi vist at gastrin oppregulerer flere gener som er viktige for vedlikehold av slimhinnearkitekturen, ER-stress og overlevelsesresponser. Disse genene er også relatert til utvikling av kreft. Blant disse er clusterin, et cellebeskyttende protein som normalt finnes i de fleste typer vev og som er involvert i viktige biologiske prosesser som differensiering, celledeling og beskyttelse mot celledød (anti-apoptose). I tillegg er clusterin vist å ha en rolle i kreftutvikling ved å øke kreftcellenes overlevelse og motstand mot behandling. Clusterin er allerede til utprøving som målgen for kreftbehandling i kliniske studier. I magekreft av ulike histologiske typer er oppregulering av clusterin assosiert med kreftutvikling og dårlig overlevelse, og det er også foreslått som en ny mulig biomarkør i blod. Våre studier viser at clusterin er gastrin-responsivt og at langvarig gastrinstimulering øker cellenivået og utskillelsen av clusterin i en kreftcellelinje og i en dyremodell, der rotter med langvarig hypergastrinemi har høyere nivå av clusterin i mageslimhinnen og i blod sammenlignet med kontrollrotter med normalt gastrin-nivå. Vi har også vist at clusterin er viktig i den anti-apoptotiske effekten av gastrin, og ved å gjøre cellene mer overlevelsesdyktige kan clusterin være en ny viktig faktor i den totale vekst-fremmende effekten gastrin har på mageslimhinnen. Karakterisering av clusterin i mageslimhinnen hos både rotte og menneske viser at det normalt er lokalisert i hovedceller i nedre halvdel av slimhinnen og spesielt i de nevroendokrine ECL og A-like cellene. Hypergastrinemi gir en distinkt endring til et mønster med hovedsakelig kraftig uttrykk i store grupper av basale hovedceller. Genomundersøkelse av ulike mageslimhinnekreft fra vår lokale biobank viser at clusterin er høyere uttrykt i kreft av diffus type med signet-ring celler enn i diffus type uten slike celler, noe som kan indikere mer aggressivitet. Foreløpige data tyder på tilsvarende forskjeller på proteinnivå. Nye resultater tyder også på at utskilt clusterin er viktig for gastrin-indusert migrasjon og celledeling i en human magekreftcellelinje. Vi er nå i gang med å undersøke clusterin videre i flere celle- og dyremodeller og i humant vev, i tillegg til å undersøke andre gastrin-responsive kreftrelaterte gen involvert i ER-stressrespons og overlevelse. Den sterke assosiasjonen mellom clusterin og kreftutvikling i andre organ, gjør clusterins rolle svært interessant å undersøke videre også i magetarmkanalen.
Vitenskapelige artikler
Fjeldbo Christina Sæten, Bakke Ingunn, Erlandsen Sten Even, Holmseth Jannicke, Lægreid Astrid, Sandvik Arne K, Thommesen Liv, Bruland Torunn

Gastrin upregulates the prosurvival factor secretory clusterin in adenocarcinoma cells and in oxyntic mucosa of hypergastrinemic rats.

Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol 2012 Jan;302(1):G21-33. Epub 2011 okt 13

PMID: 21995960

I. Vange P, Beisvåg V, Flatberg A, Rao S, Sandvik AK, Thommesen L, Bruland T, Bakke I

Gastric cancer biology – clusterin facilitates the growth promoting effects of gastrin

The 49th Norwegian Biochemical Society Contact meeting (NBS), Lillehammer, Norway, 31 Jan-3 Feb, 2013

Vange P, Beisvåg V, Flatberg A, Rao S, Sandvik AK, Thommesen L, Bruland T, Bakke I.

Gastric cancer biology - clusterin facilitates the growth promoting effects of gastrin

NBS Contact Meeting 2013

Doktorgrader
Christina Sæten Fjeldbo

Gastrin-mediated regulation of gene expression; a systems biology approach

Disputert:
desember 2012
Hovedveileder:
Torunn Bruland
Deltagere
  • Vidar Beisvåg Prosjektdeltaker
  • Gunnar Qvigstad Prosjektdeltaker
  • Helge Waldum Prosjektdeltaker
  • Pål Vange Prosjektdeltaker
  • Astrid Lægreid Prosjektdeltaker
  • Liv Thommesen Prosjektdeltaker
  • Arne Kristian Sandvik Prosjektdeltaker
  • Torunn Bruland Prosjektleder

eRapport er utarbeidet av Sølvi Lerfald og Reidar Thorstensen, Regionalt kompetansesenter for klinisk forskning, Helse Vest RHF, og videreutvikles av de fire RHF-ene i fellesskap, med støtte fra Helse Vest IKT

Alle henvendelser rettes til Helse Midt-Norge RHF - Samarbeidsorganet og FFU

Personvern  -  Informasjonskapsler