Expression of heatshock proteins, ABC-transporters and toll-like transporters under nutrient deprivation in a colorectal and pancreatic tumor model

Das Mikromilieu solider Tumor (tumor mircoenvironment, TME) weist verschiedene Besonderheiten auf, von denen bekannt ist, dass sie zu Chemotherapieresistenz und Tumorprogression beitragen können. Neben der Extrazellulären Matrix (ECM), den cancer associated cells (CAC) und diversen Entzündungszellen tragen auch chemische und physikalische Besonderheiten (Hypoxie, Azidose, erhöhter Gewebedruck, oxidativer Stress und Nährstoffmangel) zu Tumorprogression und Chemotherapieresistenz bei. Zudem wissen wir, dass Hitzeschock-Proteine (HSPs), Toll-like Rezeptoren (TLRs) und ABC-Transporter mit erhöhter Chemotherapieresistenz und Tumorprogression im Pankreas- und Kolonkarzinom einhergehen. Hier wurde untersucht, ob ein in vitro induzierter Nährstoffmangel im HT29 Kolonkarzinom, im Panc-1 Pankreaskarzinom und im MIA PaCa-2 Pankreaskarzinom zu einer gesteigerten Expression von HSP70, HSP90, MDR1, ABCB5 und TLR1 bis TLR10 auf mRNA und Proteinebene führt. Zudem wurde unter allen Versuchsbedingungen die Stoffwechselaktivität über einen MTS-Test gemessen. Der Nährstoffmangel wurde über die Kultivierung in einem Hybridomamedium, welches als proteinfreies Medium gilt und über die Kultivierung in einem serumfreien Medium induziert. Es zeigte sich, dass insbesondere die entdifferenzierte Panc-1 Pankreaskarzinomzelllinie eine erhöhte Resistenz gegenüber dem induzierten Nährstoffmangel aufwies. Auf mRNA-Ebene zeigten sich bei allen drei Tumorzelllinien deutliche Expressionssteigerungen. Diese waren insbesondere im Hybridomamedium nachweisbar und traten beim HT29-Kolonkarzinom nach 48h und im Panc-1 Pankreaskarzinom bereits nach 24h auf. Besonders intensive Expressionssteigerungen konnten im HT29 Kolonkarzinom bei ABCB5, TLR7 und TLR9 nachgewiesen werden. Die Expression von MDR1 war insbesondere im MIA PaCa-2 Pankreaskarzinom gesteigert. Auf Proteinebene konnte im HT29 Kolonkarzinom eine Expressionssteigerung bei HSP90 und TLR6 nachgewiesen werden. Die Ergebnisse lassen zwei Interpretationen zu. Zum einen könnte über den Nährstoffmangel eine aggressivere Subpopulation selektioniert worden sein. In diesem Zusammenhang konnten die Expressionsdaten des Tumorstammzellmarkers CD133 leider nicht ausgewertet werden. Alternativ kann angenommen werden, dass die untersuchten Tumorzelllinien ihren aggressiven Phänotyp erst unter Nährstoffmangelbedingungen, wie wir sie regelmäßig in soliden Tumoren finden, zur Expression bringen.The tumor microenvironment (TME) in solid tumors is low on nutrients and favors tumor progression and resistance to chemotherapies in different ways. In this study we cultured HT29 colorectal carcinoma cells, Panc-1 pancreatic carcinoma cells and MIA PaCa-2 pancreatic carcinoma cells in nutrient deprived conditions (NDC) and performed rtPCR expression analysis, SDS-PAGE and immunohistochemical staining after 24, 48 and 72 hours. Gene expression of ABC transporters (ABCB5, MDR1), heat-shock proteins (HSP70, HSP90) and Toll-like receptors (TLR1 – TLR10) in the NDC compared to normal condition was analyzed. We performed MTS tetrazolium assays to monitor the activity of the respiratory chain in any condition. We showed that the examined cell lines, and in particular Panc-1 pancreatic carcinoma, are very resistant to the NDC. The gens of interest showed increase expression after 48 hours (HT29) and 24 hours (Panc-1). The results suggest that culturing in NDC either selects a very aggressive and resistant subpopulation or NDC induces gene expression changes and shows us how cancer cells really perform in the nutrient deprived tumor environment. Unfortunately, we were not able to use the gene expression analysis of the stem cell marker CD133