Modulační účinky butyrátu v odpovědi nádorových buněk kolonu k cytokinu TRAIL

Bc. Jana Vrbiniaková

Master's thesis

Modulatory effects of butyrate on colon cancer cell response to TRAIL cytokine

Abstract:

Butyrát je mastná kyselina s krátkým řetězcem, která vzniká ve střevě fermentací vlákniny a může výrazně ovlivňovat cytokinetické procesy ve střevě. Z řady studií jasně vyplývá, že butyrát je možné považovat za velmi slibnou molekulu, která by mohla efektivně modulovat účinky vybraných protinádorově působících látek. TRAIL, zástupce proteinové rodiny TNF je schopen indukovat smrt nádorových buněk, na rozdíl od většiny buněk normálních. V současné době je intenzivně studováno jeho terapeutické využití. Byla však popsána řada nádorových buněk, které jsou k účinkům cytokinu TRAIL rezistentní, včetně nádorových buněk tlustého střeva (kolonu). Tuto rezistenci k cytokinu TRAIL je možné regulovat na různých úrovních v buňce. Jako velmi perspektivní se jeví modulace prostřednictvím butyrátu. V této práci byly ke studiu působení těchto dvou látek vybrány dobře charakterizované buněčné linie adenokarcinomu tlustého střeva HT-29, DLD-1 a RKO. Získané výsledky ukázaly, že aplikací butyrátu sodného a cytokinu TRAIL na vybrané buněčné linie adenokarcinomu tlustého střeva je možné modulovat apoptickou signální dráhu. Kombinované působení butyrátu sodného a cytokinu TRAIL zvyšovalo u studovaných buněčných linií apoptózu detekovanou výraznou aktivací kaspázy 3, 8 a 9 a nárůstem štěpení jejich substrátu – proteinu PARP. Zároveň bylo pozorováno, že butyrát sodný je zodpovědný za posílení autofagických dějů probíhajících v studovaných buněčných liniích. Použitím kombinovaného působení butyrátu sodného, cytokinu TRAIL a inhibitorů autofagie se zvyšoval počet buněk vykazujících apoptické vlastnosti, což bylo provázeno také zvýšeným štěpením kaspáz a proteinu PARP v porovnání se vzorky bez využití autofagie. Získaná data jasně poukazují na antiproliferační a proapoptické účinky studovaných látek posílené jejich kombinací. Důležitým výstupem práce je prokázaná protektivní role autofagie u studovaných buněčných linií.

Abstract:

Butyrate is a short chain fatty acid, which is produced by fermentation of dietary fiber in the gut. It may significantly affect cytokinetic processes in the intestine. Number of studies clearly indicates that butyrate may be a molecule with a potential to modulate the effects of selected antitumor agents. TRAIL (TNF-related apoptosis-inducing ligand), a member of the TNF (Tumor Necrosis Factor) protein family is able to induce the death of tumor cells, without affecting healthy ones. TRAIL’s therapeutic use is currently being a subject of extensive studies. However, many types of tumor cells, including colon cancer cells, are resistant to TRAIL effect. The resistance to TRAIL can be regulated at different levels in the cell. Modulation of sensitivity to TRAIL potentiated by butyrate appears to be very promising therapeutic approach. Well-characterized colon cancer cell lines HT-29, DLD-1 and RKO were selected to study the effects of these two substances. Each, sodium butyrate and TRAIL, used separately increases the number of cells undergoing apoptosis. Combination of both substances results in significantly higher rates of apoptotic cells, than we would expect from just the additive effect. Furthermore, the combination of the sodium butyrate and TRAIL significantly increases the cleavage of caspase 3, 8, 9, and their substrate - PARP. Our results show that the simultaneous application of the studied substances on the selected colon cancer cell lines modulates the apoptotic signaling pathway. According to the acquired data, sodium butyrate is responsible for recruiting autophagy in the studied cell lines. Inhibition of autophagy by pharmacological inhibitors or RNA interference in combination with sodium butyrate and TRAIL markedly increased the cleavage of caspases and PARP, and also the number of cells displaying apoptotic properties. The data clearly point to anti-proliferative and pro-apoptotic effects of studied substances. Besides, the very important role of autophagy, namely its protective effect in the studied colon cancer cell lines, has been demonstrated in this work.

Keywords

butyrát sodný, mastné kyseliny, TRAIL, apoptóza, autofagie, kolon, nádorová onemocnění, cytokiny, buněčná smrt, sodium butyrate, fatty acids, apoptosis, autophagy, colon, cancer, cytokine

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 15. 5. 2014

Thesis defence

• Date of defence: 5. 6. 2014
• Supervisor: RNDr. Alena Hyršlová Vaculová, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Experimental Biology / Special Biology