Universität zu Köln

Kocak, Hayriye (2014). Hox-C9 activates the intrinsic pathway of apoptosis and is associated with spontaneous regression in neuroblastoma. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Neuroblastoma is an embryonal malignancy of the sympathetic nervous system. Spontaneous regression and differentiation of neuroblastoma is observed in a subset of patients, and has been suggested to represent delayed activation of physiologic molecular programs of fetal neuroblasts. Homeobox genes constitute an important family of transcription factors which play a fundamental role in morphogenesis and cell differentiation during embryogenesis. In this study, I demonstrate that expression of the majority of the human HOX class I homeobox genes is significantly associated with clinical covariates in neuroblastoma using microarray expression data of 649 primary tumors. Moreover, a HOX gene expression-based classifier predicted neuroblastoma patient outcome independently from age, stage and MYCN amplification status. Among all HOX genes, HOXC9 expression was most prominently associated with favorable prognostic markers. Notably, elevated HOX9 expression was significantly associated with spontaneous regression in infant neuroblastoma. Re-expression of HOXC9 in three neuroblastoma cell lines led to a significant reduction in cell viability, and abrogated tumor growth almost completely in neuroblastoma xenografts. Neuroblastoma growth arrest was related to induction of programmed cell death, as indicated by an increase in the sub-G1 fraction and translocation of phosphatidylserine to the outer membrane. Programmed cell death was associated with a shifted BCL-2/BAX ratio, the release of cytochrome c from the mitochondria into the cytosol, and activation of the intrinsic cascade of caspases, indicating that HOXC9 re-expression triggers the intrinsic apoptotic pathway. Furthermore, re-expression of HOXC9 resulted in a significant reduction of proliferation accompanied by cell cycle arrest in the G0/G1 phase, and decreased colony formation in soft agar. Neuronal differentiation was observed in one out of three cell lines upon HOXC9 re-expression. Collectively, the results of my thesis demonstrate a strong prognostic impact of HOX gene expression in neuroblastoma, and point towards a critical role of Hox-C9 in neuroblastoma spontaneous regression.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Das Neuroblastom ist eine maligne Erkrankung des sympathischen Nervensystems und im Kindesalter der häufigste extrakranielle solide Tumor. Die klinischen Verläufe sind vielfältig und reichen von spontaner Regression oder Differenzierung des Tumors bis zu aggressiven, fatalen Verlaufsformen. Unter Berücksichtigung der embryonalen Entwicklung des sympathischen Nervensystems wird eine verzögerte Aktivierung apoptotischer Prozesse als Grundlage der spontanen Regression im Neuroblastom diskutiert. HOX Gene spielen eine entscheidende Rolle bei der embryonalen Entwicklung und sind maßgeblich an den Prozessen der Zelldifferenzierung und Apoptose beteiligt. In dieser Arbeit wurde anhand eines umfangreichen Datensatzes von 649 Genexpressionsprofilen primärer Neuroblastome gezeigt, dass die Expression einer Mehrzahl der Klasse I HOX Gene signifikant mit klinischen Markern beim Neuroblastom assoziiert ist. Die prognostische Bedeutung der HOX Gen Expressionsmuster wurde darüber hinaus durch die Beobachtung verdeutlicht, dass eine HOX Gen Expressions-Signatur, unabhängig von den derzeit angewandten Prognosemarkern Alter, Stadium und MYCN-Amplifikationsstatus eine zuverlässige Vorhersage der Krankheitsverläufe im Neuroblastom ermöglicht. In prognostisch günstigen Neuroblastomen, bei denen es regelhaft zu einer spontanen Regression kommt, wurde eine auffallend hohe HOXC9 Expression detektiert. Um die Bedeutung des Transkriptionsfaktors Hox-C9 für die Pathogenese der unterschiedlichen Krankheitsverläufe des Neuroblastoms zu untersuchen, wurden Tetrazyklin-induzierbare HOXC9-transgene Neuroblastom-Zelllinien generiert. Die Re-expression von HOXC9 führte zu einer verminderten Zellviabilität und inhibierte das Tumorwachstum in einem Xenograft-Maus-Modell nahezu vollständig. Eine signifikante Zunahme der Sub-G1 Zellfraktion und die Translokation von Phosphatidylserin auf die Außenseite der Zellmembran deuten auf apoptotische Vorgänge hin. In diesem Zusammenhang wurde nach Hox-C9 Induktion ein erhöhter BAX/BCL-2 Quotient, eine erhöhte Ausschüttung von Cytochrom c aus den Mitochondrien und eine Aktivierung der intrinsichen Caspase Kaskade nachgewiesen. Des Weiteren zeigte sich, dass die Expression von HOXC9 zu einer signifikanten Abnahme der Proliferation in den untersuchten Zelllinien führte, was durch einen Zellzyklusarrest in der G0/G1 Phase erklärt wurde. Soft-Agar Analysen zeigten außerdem eine Einschränkung des kontaktunabhängigen Wachstums nach Hox-C9 Induktion. In einer von drei untersuchten Zelllinien wurde nach Hox-C9 Induktion eine zunehmende morphologische Differenzierung der Neuroblastomazellen detektiert. Zusammenfassend zeigt diese Arbeit einen starken prognostischen Einfluss von HOX Genen im Neuroblastom im Allgemeinen, und weist auf eine Bedeutung des Transkriptionsfaktors Hox-C9 bei den Prozessen der spontanen Regression des Neuroblastoms hin. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Kocak, Hayriye hayriye.kocak@web.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-57604
Date:	15 September 2014
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Zentrum für Molekulare Medizin
Subjects:	Life sciences Medical sciences Medicine
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Neuroblastoma English Hox-C9 UNSPECIFIED Apoptosis UNSPECIFIED Spontaneous regression UNSPECIFIED
Date of oral exam:	19 December 2013
Referee:	Name Academic Title Thomas, Roman Prof. Dr. Hammerschmidt, Matthias Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/5760