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Bibliographic Metadata

Title
Nutritional impact on vitamin D receptor-dependent gene expression for prevention of colon tumorigenesis / submitted by Thomas Nittke
Additional Titles
Einfluss von Ernährung auf die Vitamin-D-Rezeptor-abhängige Genexpression zur Prävention der Dickdarmtumorigenese
AuthorNittke, Thomas
Thesis advisorKallay, Enikö
Published2017
Description125 Seiten : Illustrationen
Institutional NoteMedizinische Universität Wien, Diss., 2017
Annotation
Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
Date of SubmissionAugust 2017
LanguageEnglish
Document typeDissertation (PhD)
Keywords (DE)Vitamin D / Vitamin D Hydroxylasen / Kalzium / Kolon / Chemoprävention / Krebs
Keywords (EN)Vitamin D / Vitamin D hydroxylases / Calcium / Colon / Chemoprevention / cancer
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-14365 Persistent Identifier (URN)
Restriction-Information
 The work is publicly available
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Nutritional impact on vitamin D receptor-dependent gene expression for prevention of colon tumorigenesis [3.54 mb]
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Abstract (German)

1,25(OH)2D3 ist ein pleiotropisches Hormon, welches nicht nur die Knochengesundheit und Kalzium/Phosphate Homeostase beeinflusst, sondern auch antiproliferative, prodifferentierende und Immunsystem modulierende Funktionen besitzt.

Demzufolge wurde 1,25(OH)2D3 als potentielles Agens für die Therapie und Prävention von Krebs vorgeschlagen. Zahlreiche Beobachtungsstudien haben einen eindeutigen Zusammenhang zwischen niedriger Vitamin D und Kalzium-Aufnahme und erhöhtem Risiko für ein kolorektales Karzinom (CRC) aufgezeigt.

Die vorliegende Arbeit hatte das Ziel, in einem ersten Schritt zu beweisen, ob Nahrungskalzium i) die lokale Menge von 1,25(OH)2D3 in den Kolonozyten moduliert und ii) somit die anti-tumorigene Wirkung des Vitamin D-Hormons unterstützt. In einem zweiten Schritt evaluierten wir das 1,25(OH)2D3 katabolisierende Enzym CYP24A1, der Hauptfaktor, welcher die 1,25(OH)2D3 Anreicherung in der Kolonmukosa von CRC Patienten reguliert.

Das Ergebnis der QRT-PCR von C57BL/6 Mäusen ernährt mit einer niedrigen (0,04%) Kalzium-Diät zeigte eine erhöhte CYP24A1 mRNA Menge im rechten Kolon. Jedoch verglichen mit den Männchen auf einer niedrigen Kalzium Diät, war die mRNA Menge des Vitamin-D-synthetisierenden Cyp27b1 ausschließlich im rechten Kolon der Weibchen erhöht; dies war begleitet durch eine erhöhte 1,25(OH)2D3 Menge, gemessen mit einem Immunoassay, und einer ansteigenden Apoptose, bestimmt anhand der Caspase 3/7 Aktivität. Keine Auswirkungen von niedrigem Kalzium wurden im linken Kolon beobachtet.

Die Bedeutung eines deregulierten 1,25(OH)2D3 Katabolismus in CRC, als eine mögliche Ursache für die Vitamin-D-Resistenz, wurde in humanen Kolon-Gewebeproben von 111 Patienten mittels QRT-PCR und Immunhistochemie analysiert. Die CYP24A1 Expression in normalen und gutartigen Gewebeproben war sehr gering. Jedoch in etwa 70% aller untersuchten Adenokarzinomen fanden wir eine Überexpression von CYP24A1. Dies war begleitet von einer Zunahme der mRNA Menge des Proliferationsmarkers Ki-67. Zusätzlich bestätigen wir die Existenz von drei Spleißvarianten in diesen CRC-Patienten mittels Sequenzierung der PCR-Produkte. Die funktionelle Relevanz dieser Varianten muss im Weiteren untersucht werden.

Zusammenfassend, im Darmtumorgewebe von -Patienten sind die Mengen von CYP24A1 größer und korrelieren mit einer erhöhten Proliferation. Dies könnte zu einer lokalen Verringerung der 1,25(OH)2D3 Mengen und ein Vitamin-D-Resistenz bei diesen Patienten führen. Folglich ist der Schutz durch 1,25(OH)2D3 gegen die Tumorentstehung verloren. Das unterstreicht die Bedeutung von Vitamin D in der Chemoprävention, da diese wahrscheinlich am effektivsten vor der CRC-Entwicklung ist. Dieses Szenario könnte durch ausreichende Kalziumzufuhr verhindert werden, obwohl weibliche Sexualhormone in der Lage sein könnten, die negativen Auswirkungen der Kalzium-Mangelernährung auf den Vitamin DStoffwechsel per se zu kompensieren. Das wäre eine Erklärung, warum die Inzidenz von CRC in Frauen geringer ist als bei Männern gleichen Alters.

Abstract (English)

1,25(OH)2D3 is a pleiotropic hormone not only affecting skeletal health and calcium / phosphate homeostasis but having anti-proliferative, pro-differentiating and immunemodulating functions.

Hence, 1,25(OH)2D3 has been suggested as a potential tool for therapy and prevention of cancer. Numerous observational studies have shown a clear association between low vitamin D and calcium intake and a higher risk for colorectal cancer (CRC).

The present thesis aimed to prove in a first step whether dietary calcium i) modulates local levels of 1,25(OH)2D3 in colonocytes and ii) thus facilitates the anti-tumorigenic actions of the vitamin D hormone. In a second step we evaluated the levels of the 1,25(OH)2D3 catabolising enzyme CYP24A1, the main factor controlling 1,25(OH)2D3 enrichment in the colonic mucosa of CRC patients.

QRT-PCR result from C57BL/6 mice fed with a low (0.04%) calcium diet showed elevated Cyp24a1 mRNA level in the right colon. However, mRNA level of the vitamin D synthesizing Cyp27b1 was exclusively enhanced in the right colon of females only; this was accompanied by elevated 1,25(OH)2D3 level measured by an immunoassay and increased apoptosis, assessed by caspase 3/7 activity, compared with male mice receiving a low calcium diet. No effect of low nutritional calcium has been observed in the left colon. The significance of a deregulated 1,25(OH)2D3 catabolism in CRC as a possible cause for vitamin D resistance was analyzed by QRT-PCR and immunohistochemistry of tissues from 111 patients. The CYP24A1 expression was very low in normal and benign tissues. However, in 70 % of all investigated adenocarcinomas, we found an overexpression of CYP24A1. This was accompanied by increased mRNA levels of the proliferation marker Ki-67. Additionally we confirmed the existence of three splice variants by PCR-product sequencing in those CRC patients. The functional relevance of these variants needs to be further addressed.

In summary, levels of CYP24A1 are higher in colon tumor tissue of patients and correlate with increased proliferation. This might lead to a local decline of 1,25(OH)2D3 levels, and to a vitamin D resistance in these patients. As a result, protection by 1,25(OH)2D3 against tumorigenesis is lost. This emphasizes the importance of vitamin D in chemoprevention as it is probably most effective prior CRC development. This scenario might be prevented by sufficient calcium intake, whereas female sex hormones might be able to compensate negative effects of calcium malnutrition on vitamin D metabolism per se. This would be an explanation why incidence of CRC is less abundant in aged matched women than in men.

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