Mechanisms of the methotrexate action on cellular level: a study on cell lines derived from pediatric solid tumors

RNDr. Martin Šrámek, Ph.D.

Doctoral thesis

Anotácia:

Metotrexát je lék běžně užívaný v léčbě řady onkologických onemocnění, ale také revmatoidní artritidy nebo psoriázy. Je především známý svou schopností přímo inhibovat enzym dihydrofolát reduktázu a potlačovat syntézu pyrimidinových a purinových prekurzorů. Ukazuje se ale, že spektrum účinků metotrexátu je mnohem širší – bylo například prokázáno, že metotrexát může ovlivňovat metylaci nebo acetylaci různých biomolekul. Cílem této práce bylo stanovit vliv metotrexátu na proliferační aktivitu, metylaci DNA, acetylaci histonů, genovou expresi a buněčnou diferenciaci u šesti buněčných linií derivovaných z osteosarkomu a u dvou linií derivovaných z meduloblastomu. Získané výsledky ukazují, že po aplikaci metotrexátu došlo u sbírkových liniií s vysokým proliferačním potenciálem k výraznému snížení proliferační aktivity. Dále bylo prokázáno, že metotrexát může snížit metylaci DNA a naopak zvýšit acetylaci histonů H3 u některých osteosarkomových linií. U těchto linií byly rovněž zjištěny diferenciační účinky metotrexátu a kyseliny all-trans retinové. Lze shrnout, že výsledky uvedené v této práci dokládají schopnost metotrexátu ovlivňovat epigenetickou informaci, genovou expresi a buněčnou diferenciaci. Výsledky dále naznačují, že kombinace metotrexátu a kyseliny all-trans retinové by mohla být přínosná v rámci terapie osteosarkomu.

Abstract:

Methotrexate is widely used drug for the treatment of various malignancies, rheumatoid arthritis or psoriasis. It is well-known as an inhibitor of dihydrofolate reductase. However, many other effects of methotrexate have been discovered so far, for instance, it was shown that methotrexate can modify methylation or acetylation of various biomolecules. The aim of this study was to analyze the impact of clinically achievable methotrexate levels on proliferative activity, DNA methylation, histone acetylation, gene expression and cell differentiation in six osteosarcoma and two medulloblastoma cell lines. Methotrexate significantly decreased the proliferative activity of cell lines with high proliferative potential. Other effects of methotrexate were observed in osteosarcoma cells: methotrexate-induced DNA demethylation and histone H3 hyperacetylation. Moreover, induced differentiation was detected in osteosarcoma cell lines after treatment with methotrexate and all-trans retinoic acid. In conclusion, methotrexate can influence the epigenetic information, gene expression and cell differentiation. The results also suggest that the combination of methotrexate and all-trans retinoic acid could be effective in treatment of osteosarcoma.

Keywords

metotrexát, osteosarkom, meduloblastom, kyselina all-trans retinová, metylace DNA, acetylace histonů, buněčná diferenciace, methotrexate, osteosarcoma, medulloblastoma, all-trans retinoic acid, DNA methylation, histone acetylation, cell differentiation

Jazyk práce: English

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 22. 11. 2018

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 25. 1. 2019
• Vedúci: doc. RNDr. Jakub Neradil, Ph.D.
• Oponent: prof. PharmDr. Emil Rudolf, Ph.D., PharmDr. Lenka Součková, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / odbor:
Biology (4-years) / Molecular and Cellular Biology