title: Funktionelle Analyse von Micro-RNAs Einschleusungs-Therapie in Kolonkarzinomen in vitro und in vivo
title: Functional analysis of non-viral miRNA replacement therapy in colon carcinoma in vitro and in vivo
Creators: name: Ibrahim, Ahmed Fawzy Moustafa
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2011
Subjects: colon cancer
Medizin, Gesundheit
Colonkrebs
Small RNA

description: MicroRNAs (miRNAs) are small RNA
      molecules with perfect or imperfect homology to their target
      mRNA. They have been shown to specifically interfere with the
      expression of their target protein(s). Moreover, microRNAs
      play an important role in the pathogenesis of cancer, where
      some microRNAs act as tumor suppressors by targeting lethal
      oncogenes, and others act as oncogenes by targeting
      suppressor genes. Thus, microRNAs can be involved directly or
      indirectly in important cellular processes such as
      proliferation, differentiation and apoptosis. Understanding
      the functions and importance of microRNAs could lead to the
      discovery of new strategies for controlling of cancer. This
      thesis was aiming at the possibility of using non-viral
      delivery systems for microRNAs into mammalian cell lines, and
      examined their efficacies. To this end, three different
      transfection reagents, linear Jet-PEI, branched PEI F25-LMW
      and INTERFERin, were used in vitro, either commercially
      available or prepared in our lab. The work was concentrating
      on colon cancer as a tumor model, and two representative cell
      lines, LS174t and HCT-116, were selected as a platform to
      conduct the experiments. The studies focused on miR-143 and
      miR-145, which had been implicated previously with cancer
      development and progression. It was found in miRNA
      transfection experiments that miR-143 and miR-145, which are
      downregulated in colon cancer, have the ability to inhibit
      the progression of the cancer through different regulatory
      mechanisms, proliferation and apoptosis. Some important
      genes, which play important roles in tumorigenesis and tumor
      progression, were found to be negatively regulated by both
      miR-143 and miR-145. More specifically, ERK5 (Mitogen
      Activated Protein Kinase) which plays an essential role in
      the proliferation of colon cancer was suppressed by miR-143
      and miR-145. Likewise, c-Myc was negatively regulated by
      miR-145, but these results were only at the protein level,
      i.e., no significant effects were determined on c-Myc
      transcription. Furthermore, it was found that the^inhibitory
      effects were depending on several factors such as cell line,
      transfection reagent, time of incubation and concentration of
      miRNA complex. Thus, the cellular delivery of microRNAs
      miR-143 and miR-145 showed profound inhibitory effects on the
      proliferation and soft agar colony formation of LS174t and
      HCT- 116 cells, and induced apoptosis in LS174t cells.
      Moreover, miR-145 was examined for its tumor inhibitory
      effect in vivo. To this end, athymic nude mice bearing s.c.
      colon carcinoma xenografts were treated with PEIcomplexed
      miR-145 by systemic or local injection. Profound anti-tumor
      effects upon PEImediated miR-145 delivery were found which
      were again dependent on the downregulation of specific target
      genes. Taken together, microRNA replacement therapy may
      represent a promising approach in tumor treatment, and this
      thesis establishes the PEI-mediated therapeutic delivery of
      miR- 145 in colon carcinoma.
description: MicroRNAs (miRNAs) sind kleine
      RNA-Moleküle mit vollständiger oder unvollständiger Homologie
      zu ihrer Ziel-mRNA. Damit sind sie in der Lage, spezifisch
      die Expression einzelner Proteine zu beeinflussen. MicroRNAs
      spielen eine wichtige Rolle in der Krebs- Pathogenese, indem
      einige miRNAs gegen Onkogene gerichtet sind und somit als
      Tumor- Suppressoren fungieren, während andere miRNAs Onkogene
      darstellen und gegen Tumor- Suppressoren gerichtet sind.
      MiRNAs können somit direkt oder indirekt an wichtigen
      zellulären Prozessen wie Proliferation, Differenzierung und
      Apoptose beteiligt sein. Das Verständnis ihrer Funktionen und
      ihrer Relevanz könnte zur Entwicklung neuer Strategien in der
      Kontrolle von Tumoren führen. Diese Arbeit untersuchte die
      Möglichkeit und Effizienz nicht-viraler Einschleusungssysteme
      für miRNAs in Tumor-Zellen. Hierzu wurden zunächst in vitro
      drei verschiedene Transfektionsreagenzien, lineares Jet-PEI,
      verzweigtes PEI F25-LMW und INTERFERin untersucht, die
      entweder kommerziell erhältlich oder im Labor hergestellt
      worden waren. Die Experimente konzentrierten sich auf das
      Kolonkarzinom als Tumormodell, und zwei repräsentative
      Zelllinien, LS174t und HCT-116, wurden für die Experimente
      ausgewählt. Als miRNAs wurden miR-143 und miR-145 eingesetzt,
      auf deren Rolle in Tumorentstehung und in Tumorprogression es
      aus Vorstudien bereits Hinweise gab. Es wurde in
      miRNA-Transfektionsexperimenten gefunden, dass miR-143 und
      miR-145, deren Level im Kolonkarzinom vermindert sind, die
      Tumorprogression durch verschiedene regulatorische
      Mechanismen wie Proliferation und Apoptose steuern können.
      Wichtige Gene mit funktioneller Relevanz in Tumorigenese und
      Tumor-Progression wurden durch miR-143 und miR-145 negativ
      reguliert. So wurde ERK5 (mitogene activated protein kinase),
      das eine wichtige Rolle in der Proliferation von
      Kolonkarzinom- Zellen spielt, durch miR-143 und miR-145
      supprimiert. Gleichfalls wurde eine negative Regulation von
      c-Myc durch miR-145 ermittelt, jedoch nur auf Proteinlevel
      und nicht auf der Ebene der Transkription. Es wurde ferner
      gefunden, dass die inhibierenden Effekte abhängig waren von
      verschiedenen Einflüssen und Parametern wie Zelllinie,
      Transfektionsreagenz, Inkubationszeit und Konzentration des
      miRNA-Komplexes. Die zelluläre Einschleusung der microRNAs
      miR-143 und miR-145 zeigte folglich deutliche inhibierende
      Effekte auf die Proliferation und die Soft-Agar
      Kolonienbildung von LS174t und HCT-116-Zellen, sowie eine
      Apoptose-Induktion in LS174t-Zellen. Weiterhin wurden die
      Tumor-inhibierenden Effekte von miR-145 in vivo untersucht.
      Hierzu wurden athymische Nacktmäuse mit s.c.
      Tumor-Xenotransplantaten mit PEIkomplexierter miR-145 durch
      systemische oder lokale Injektion behandelt. Es wurden nach
      der PEI-vermittelten miRNA-Einschleusung deutliche
      Antitumor-Effekte beobachtet, die wiederum auf der
      Herunterregulation von spezifischen tumorrelevanten Zielgenen
      basierten. Zusammenfassend kann die miRNA replacement therapy
      somit einen viel versprechenden neuen Ansatz in der
      Tumorbehandlung darstellen, und diese Arbeit etabliert die
      PEIvermittelte therapeutische Einschleusung von miR-145 in
      vivo in Kolonkarzinom- Xenotransplantaten.