The antiproliferative effect of metformin against human colorectal cancer cell lines

Zahlreiche epidemiologische Studien zeigen für das Antidiabetikum Metformin anti-Tumor-Effekte, die bisher ansatzweise für verschiedene Tumorzelllinien in vitro bestätigt wurden. Ziel der vorliegenden Arbeit war, den antiproliferativen Effekt von Metformin an sechs humanen kolorektalen Karzinomzelllinien (Co-lo678, Colo741, HT29, HCT116, LS174T, RKO) zu untersuchen. Zur Identifizierung eines anti-proliferativen Effektes von Metformin bei kolorektalen Karzinomzellen wurde ein Konzentrationsbereich von 1 bis 100 mmol/L untersucht. Die für die Tumorzelllinien bestimmte halbmaximale inhibitorische Konzentration (IC50) von Metformin reichte von 0,8 mmol/L (HT29) über 16 mmol/L (Colo678) bis >40 mmol/L (RKO). Der IC50 für die beiden nicht-transformierten Kontrollzellen lag ebenfalls über 40 mmol/L. Um die Untersuchungen in vitro bei relevanten tumorphysiologischen Bedingungen durchführen zu können, die der Situation von Tumorzellen in einem soliden Tumor wie dem kolorektalen Karzinom möglichst nahekommt, wurden die Zellen bei unterschiedlichen Sauerstoff- und Glukosekonzentrationen kultiviert. Ein permanent erhöhter Blutzuckerspiegel hat sich als grundlegender Faktor für malignes Zellwachstum erwiesen. Der anti-proliferative Effekt von Metformin in Normoxie war nahezu unbeeinflusst von den untersuchten Glukosekonzentrationen (2,5; 5,0; 11 mmol/L). Dagegen nahm in Hypoxie im Vergleich zu Normoxie der antiproliferative Effekt von Metformin bei 4 von 6 Tumorzelllinien um mehr als das Doppelte ab. Ein zentrales Target der Metformin-Wirkung stellt die AMPK, ein wichtiges Enzym für den Energiestoffwechsel der Zelle, dar. Ihre phosphorylierte Form war in den Tumorzelllinien nachzuweisen, doch der anti-proliferative Effekt von Metformin war nicht durch den AMPK-Inhibitor Compound C zu hemmen. Ein antiproliferativer Effekt von Metformin war bei kolorektalen Karzinomzellen nachzuweisen, doch bleiben die durch Metformin ausgelösten molekularen Mechanismen in der Tumorzelle weiterhin wenig verstanden.Anti-tumor effects of the antidiabetic drug metformin were demonstrated by numerous epidemiological studies, but only verified in a few in vitro studies. The purpose of this study was to examine the antiproliferative effect of metformin in six human colorectal carcinoma cell lines (Colo678, Colo741, HT29, HCT116, LS174T, RKO). To identify an antiproliferative effect a concentration range between 1 to 100 mmol/L was evaluated. The range of the calculated half maximal inhibitory concentration (IC50) for the tumor cell lines reached from 0,8 mmol/L (HT29) over 16 mmol/L (Colo678) to >40 mmol/L (RKO). For both non-transformated control cell lines the IC50 reached also over 40 mmol/L. The cells were cultivated in different oxygen and glucose concentrations for the in vitro simulation of relevant tumorphysiological conditions. Permanently increased blood sugar levels have proven to be a significant parameter for malignant cell growth. The antiproliferative effect of metformin in normoxia remained uneffected by the tested glucose concentrations (2,5; 5,0; 11 mmol/L). In contradiction hypoxia showed a more than 50% decrease of the antiproliferative effect of metformin in 4 out of 6 tumor cell lines. The AMPK - an important enzyme for energy metabolism - acts as a central target of metfomin. The phosphorylated condition of AMPK was detected in the tumor cell lines, despite that the AMPK inhibitor compound C could not affect the antiproliferative effect of metformin. The antiproliferative effect of metformin on colorectal cell lines was verified, while the molecular mechanism in tumor cells remain insufficiently understood