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Brittingham, Sara (2011): Downregulation of endogenous TRAIL and its effect on the human cancer cell line KELLY. Dissertation, LMU München: Faculty of Medicine
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Abstract

Tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) has been shown to exert an unexpected pro-survival, pro-proliferative and pro-invasive effect on a subset of human cancer cell lines. Recent clinical studies report that increased expression of endogenous TRAIL is associated with decreased disease-specific survival in renal cell carcinoma and cholangiocarcinoma which are resistant to TRAIL induced apoptosis. The present work investigated the role of endogenous TRAIL as an intrinsic growth factor in apoptosis-resistant human cancer cells. Several cell lines derived from solid human tumors were studied, among them the neuroblastoma cell line KELLY, a cancer cell line resistant to TRAIL-induced apoptosis. First, to investigate whether TRAIL-knockdown could inhibit cell growth, the use of small interfering RNAs (siRNA) for endogenous TRAIL was established and a successful knockdown was verified on both mRNA and protein level. Second, the functional impact of the knockdown of endogenous TRAIL was investigated by measuring cell growth and cell death after transfection: Interestingly, the human neuroblastoma cell line KELLY unexpectedly showed markedly reduced cell growth upon knockdown of endogenous TRAIL. Furthermore, knockdown of TRAIL induced cell death in KELLY cells, which was dependent on caspase-signaling and rescued by the addition of soluble TRAIL. Thus, endogenous TRAIL functions as an intrinsic survival and growth factor in the neuroblastoma cell line KELLY. The present work provided first evidence that the expression of endogenous TRAIL can be specifically downregulated through siRNA knockdown to inhibit survival and growth of cancer cells in-vitro, which are resistant to TRAIL induced apoptosis. The present data strongly supports the potential of endogenous TRAIL to function as a novel therapeutic target in cancer therapy. In the light of the emerging clinical use of siRNAs for cancer therapy, targeting TRAIL by RNA interference may provide a valuable treatment approach for patients with cancers resistant to TRAIL induced apoptosis and high expression levels of endogenous TRAIL.

Abstract

Tumor necrosis factor related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) zeigt eine unerwartete Wachstums-, Überlebens- und Invasionsfördernde Wirkung auf einzelne Apoptose-resistente humane Tumorzelllinien. Gleichzeitig wurde in klinischen Studien belegt, dass der Nachweis einer gesteigerten Expression von endogenem TRAIL im Tumorgewebe von Patienten mit Nierenzellkarzinomen und Cholangiokarzinomen mit einer Verminderung der tumorspezifischen Überlebensrate vergesellschaftet ist. In der vorliegenden Arbeit wurde die Bedeutung von endogenen TRAIL als intrinsischer Wachstumsfaktor auf Apoptose-resistente Tumorzellen untersucht. Die Analyse umfasste Zelllinien solider Tumoren, insbesondere die humane Neuroblastoma Zelllinie KELLY, die eine Resistenz gegenüber TRAIL-induzierter Apoptose aufweist. In einem ersten Schritt wurde ein effizienter TRAIL-knockdown mittels small interfering RNAs (siRNA) methodologisch etabliert und die erfolgreiche Abregulierung von endogenen TRAIL auf mRNA- und Proteinebene nachgewiesen. In einem zweiten Schritt wurde die funktionelle Auswirkung der Abregulation von endogenen TRAIL auf das Proliferations- und Apoptoseverhalten der Tumorzellen untersucht: Interessanterweise führte der spezifische knockdown von TRAIL mittels siRNA zu einer unmittelbaren Proliferationshemmung der Neuroblastoma Zelllinie KELLY. Darüber hinaus wurde durch den knockdown von endogenem TRAIL ein Caspase-abhängiger Zelltod der KELLY Zellen induziert. Die Zugabe von exogenem TRAIL konnte die Apoptose der KELLY Zellen nach Behandlung mit TRAIL-siRNA effizient vermindern. Endogenes TRAIL wirkt somit als intrinsischer Überlebens- und Wachstumsfaktor für die Neuroblastoma Zelllinie KELLY. Die vorliegende Arbeit zeigt erstmals, dass die Expression von endogenem TRAIL durch die Anwendung von siRNA erfolgreich reduziert werden kann und das TRAIL-knockdown das Wachstum einer Apoptose-resistenten Zelllinie inhibiert. Diese Ergebnisse unterstützen die Hypothese, dass TRAIL einen potentiellen Angriffspunkt für die Behandlung Apoptose-resistenter Tumoren darstellen könnte. Vor dem Hintergrund der beginnenden klinischen Anwendung von siRNA könnte RNA-Interferenz mit TRAIL einen interessanten Ansatzpunkt für die Behandlung von Tumoren mit einer Resistenz gegenüber TRAIL induzierter Apoptose sowie einer hoher Expression von endogenen TRAIL darstellen.