title: Die PAC1-Agonisten und PACAP-Rezeptoren in murinen und humanen kleinzelligen Bronchialkarzinom Zelllinien
title: The PAC1-agonists and PACAP-receptors in murine and human small cell lung cancer cell lines
Creators: name: Kalmbach, Norman
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2014
Subjects: Kleinzelliges Bronchialkarzinom
Vasoaktives intestinales Peptid
maxadilan
Maxadilan
Biowissenschaften, Biologie
PACAP-receptors
PACAP-Rezeptoren
ADCYAP1R1
PACAP

description: Zusammenfassung Die pleiotropen
      Neuropeptide PACAP (pituitary adenylate cyclase activating
      peptide) und VIP (vasoactive intestinal polypeptide) sind
      Mitglieder der VIP/PACAP/Glucagon/Secretin-Superfamilie und
      wirken über G-Proteingekoppelte-Rezeptoren. PACAP wirkt auf
      den PAC1-Rezeptor und wie VIP auf VPAC1 und VPAC2. Der
      Nachweis pharmakologischer Wirkungen von Agonisten und
      Antagonisten der VIP-/PACAP-Familie auf
      Bronchialkarzinomzelllinien durch Terry Moody lieferte erste
      Evidenzen, dass Bronchialkarzinomzellen funktionelle
      VIP-/PACAP-Rezeptoren exprimieren. Allerdings wurde das
      differentielle PAC1-, VPAC1- und VPAC2-Rezeptorprofil von
      Bronchialkarzinomzellen bisher noch nicht entschlüsselt.
      Deshalb setzte sich die vorliegende Arbeit zum Ziel, die
      mRNAExpressionsprofile der PAC1-, VPAC1- und VPAC2-Rezeptoren
      inklusive der PAC1-Splicevarianten in der murinen
      kleinzelligen Lewis-lung-carcinoma-1-(LLC1)-Zelllinie und
      deren subkutanen und pulmonalen Transplantaten sowie in
      verschiedenen humanen kleinzelligen
      Bronchialkarzinomzelllinien und -karzinomen zu
      differenzieren. Darüber hinaus sollten die Funktionalität des
      PAC1-Rezeptors in der LLC1-Zelllinie und die Wirkung von
      PAC1-Agonisten auf die Proliferation bzw. Apoptoserate in der
      humanen kleinzelligen NCI-H82-BronchiallkarzinomZelllinie
      getestet werden. Ein weiteres Ziel war, die Expression der
      tumorrelevanten PAC1-Zielgene Stanniocalcin 1 und Stathmin 1
      in der murinen und den humanen Zelllinien und im humanen
      kleinzelligen Bronchialkarzinom zu bestimmen und den Einfluss
      PAC1-spezifischer Liganden auf ihre Expression zu erfassen.
      Folgende wesentliche neue Erkenntnisse wurden erzielt. Es
      gelang, die RNA-Expressionsprofile von PAC1, VPAC1 und VPAC2
      und aller bekannten PAC1-Splicevarianten in der murinen
      LLC1-Tumorzelllinie und ihren subkutanen und pulmonalen
      Transplantaten sowie im humanen kleinzelligen
      Bronchialkarzinom zu differenzieren. Zwei Gruppen humaner
      Zelllinien kleinzelliger Bronchialkarzinome mit reziproker
      Abundanz von PAC1 und PACAP mRNA wurden differenziert. In
      Gruppe 1 war PAC1 hoch exprimiert und PACAP nicht
      detektierbar, in Gruppe 2 war PAC1 niedrig und PACAP hoch
      exprimiert. Mithilfe einer FRET-(Förster Resonanz Energie
      Transfer)-Messung konnte eine funktionell relevante
      Aktivierung des PAC1-Rezeptors in LLC1-Zellen durch
      subnanomolare Konzentrationen von PACAP38 nachgewiesen
      werden, welche die Synthese von cAMP induzierte und zur
      Freisetzung von Ca 2+ führte. Während die
      PAC1-Rezeptoraktivierung in der murinen LLC1-Zelllinie zu
      einer mäßigen Reduktion der Proliferationsrate führte,
      resultierte eine PAC1-Rezeptoraktivierung in der humanen
      NCI-H82-Zelllinie nur in einer marginalen Änderung der
      Proliferationsrate ohne nachweisbare Änderung der durch CisPt
      induzierten Apoptoserate. Die PAC1-Liganden Maxadilan,
      PACAP38 und PACAP27 schienen in LLC1-Zellen eine
      Rückkopplungshemmung der Expression des PAC1-Rezeptors auf
      mRNA-Niveau zu verursachen. Die murine LLC1-Zelllinie und das
      murine pulmonale LLC1 -Transplantat wiesen mRNA-Koexpression
      des PAC1-Rezeptors und seiner putativen Zielgene
      Stanniocalcin 1 und Stathmin 1 auf. Hingegen war das mRNA
      Koexpressionsmuster von PAC1 und seinen putativen Zielgenen
      Stanniocalcin 1 und Stathmin 1 in humanen kleinzelligen
      Bronchialkarzinomzelllinien und kleinzelligen
      Bronchialkarzinomen heterogen. Eine eindeutige Regulation der
      Transkription der genannten Zielgene durch eine
      PAC1-Rezeptoraktivierung konnte weder für die murine noch für
      die humanen kleinzelligen Bronchialkarzinomzelllinie(n)
      nachgewiesen werden. Die Ergebnisse lassen folgende
      Schlussfolgerungen zu. Da PAC1 und seine putativen Zielgene
      Stathmin 1 und Stanniocalcin 1 in murinen und humanen
      Zelllinien kleinzelliger Bronchialkarzinome in der Regel
      stark exprimiert sind, eignen sie sich sowohl in der
      präklinischen als auch klinischen Forschung als Bio- bzw.
      Tumormarker. Zum einen bietet sich an, Maxadilan
      -PET-Liganden zu entwickeln und für die diagnostische bzw.
      prognostische Tumorbildgebung einzusetzen. Zum anderen
      könnten PAC1-Rezeptoren auf kleinzelligen
      Bronchialkarzinomzellen für „Drug-targeting“ genutzt werden.
      Angesichts heterogener Ko-Expressionsmuster von
      PAC1-Rezeptoren und seinen beiden putativen Zielgenen
      Stanniocalcin 1 und Stathmin 1 in humanen kleinzelligen
      Bronchialkarzinomzelllinien liegt es nahe, das jeweilige
      kombinatorische Expressionsprofil von PAC1, PACAP,
      Stanniocalcin 1 und Stathmin 1 in Tumorbiopsien, Metastasen
      und Blutproben als Biomarker zur diagnostischen und
      prognostischen Differenzierung der Malignität von
      Bronchialkarzinomen im 3 Patienten zu nutzen. Insgesamt
      offerieren die hier erzielten Ergebnisse einen Beitrag für
      neue translationale Ansätze in der personalisierten
      Krebsmedizin. Schlüsselworte: kleinzelliges
      Bronchialkarzinom, kleinzellige Bronchialkarzinomzelllinien,
      LLC1-Zelllinie, PACAP, PAC1, VPAC1, VPAC2,
      PAC1-Splicevarianten, Stanniocalcin 1, Stathmin 1,
      Genexpression, Maxadilan
description: Summary The pleiotropic
      neuropeptides PACAP (pituitary adenylate cyclase activating
      peptide) and VIP (vasoactive intestinal polypeptide) are
      members of the VIP/PACAP/glucagon/secretin superfamily and
      function via G-protein coupled receptors. PACAP acts on the
      PAC1 receptor and like VIP on VPAC1 and VPAC2 receptors.
      Pharmacological effects of agonists and antagonists of the
      VIP-/PACAP-family on lung cancer cell lines shown by Terry
      Moody provided first evidence that lung cancer cell lines
      express functional VIP -/PACAP receptors. However the
      differential PAC1, VPAC1 and VPAC2 receptor profiles of lung
      cancer cells have not yet been deciphered. Therefore, it was
      the aim of this thesis to differentiate the mRNA expression
      profiles of PAC1 and its splice variants, as well as that of
      VPAC1 and VPAC2 in the murine small cell Lewis-lung
      carcinoma-1-(LLC1) cell line and its subcutaneous and
      pulmonary transplants as well as in different human small
      cell lung cancer cell lines and carcinomas. In addition, the
      functionality of the PAC1-receptor in the LLC1 cell line and
      the effect of PAC1 agonists on proliferation and apoptosis in
      the human small cell lung cancer cell line NCI-H82 should be
      tested. Another objective was to determine the expression of
      the tumor relevant PAC1 target genes stanniocalcin 1 und
      stathmin 1 in the murine and human cell lines and in human
      small cell lung cancer and to detect the influence of
      PAC1-specific ligands on their expression. The following
      major new findings were obtained. The expression profile of
      PAC1, VPAC1 a nd VPAC2 and all known PAC1 splice variants in
      the murine LLC1-tumor cell line and its subcutaneous and
      pulmonary transplants and human small cell lung cancer cell
      lines was successfully differentiated. Two groups of human
      cell lines of small cell lung cancer featuring reciprocal
      abundance of PAC1 and PACAP mRNA could be differentiated. In
      group 1, PAC1 showed high and PACAP not detectable mRNA
      expression levels while in group 2 PAC1 expression was low
      and that of PACAP high. Using a FRET (Förster resonance
      energy transfer) experimental setup a functionally relevant
      activation of the PAC1 receptor in LLC1 cells by subnanomolar
      concentrations of PACAP38 was detected, which induced the
      synthesis of cAMP and the release of Ca2+. While the PAC1
      receptor activation in the murine LLC1 cell line resulted in
      a modest reduction of the proliferation rate, the PAC1
      receptor activation in the human NCI-H82 cell line resulted
      only in a marginal change of the rate of proliferation
      without detectable change of the CisPt-induced apoptosis
      rate. The selective PAC1 ligand maxadilan, PACAP38 and
      PACAP27 seemed to cause a feedback inhibition of the
      expression of PAC1 receptor at the mRNA level in LLC1 cells.
      The murine LLC1-cell line and the murine pulmonary LLC1 graft
      exhibited mRNA coexpression of PAC1 receptor and its putative
      target genes stanniocalcin 1 und stathmin 1. In contrast,
      mRNA coexpression patterns of PAC1, stanniocalcin 1 und
      stathmin 1 were heterogeneous in human small cell lung cancer
      cell lines and small cell lu ng cancer biopsies. Neither in
      the murine nor in the human small cell lung cancer cell
      line(s) evidence for transcriptional regulation of these two
      PAC1 target genes could be obtained. The results imply the
      following conclusions. Because PAC1 and its putative target
      genes stanniocalcin 1 und stathmin 1 are generally highly
      expressed in murine and human small cell lung cancer cell
      lines are, they are suitable biomarkers and tumor markes in
      both preclinical and clinical cancer research. Thus, the
      development of maxadilan PET ligands for prognostic and
      prognostic tumor imaging is a new perspective. PAC1 receptors
      on small cell bronchial carcinoma could serve for "drug
      targeting". In the light of the heterogeneous coexpression
      patterns of PAC1 -receptors, stanniocalcin 1 und stathmin 1
      in human small cell lung cancer cell lines, combinatorial
      expression profiling of PAC1, PACAP, stanniocalcin 1 and
      stathmin 1 in tumor biopsies, metastases and blood samples is
      a new biomarking approach for diagnostic and prognostic
      differentiation of malignancy of lung cancers and their
      metastases in the clinics and preclinical research. Overall,
      the results obtained here offer a contribution to new
      translational approaches in personalized cancer medicine.
      Keywords : small cell lung cancer , small-cell lung carcinoma
      cell lines, LLC1 cell line , PACAP, PAC1, VPAC1, VPAC2, PAC1
      splice variants, stanniocalcin 1, stathmin 1, gene
      expression, maxadilan