Vitamin D in Prostate Cancer: Tumor Vasculature Effects

维生素 D 在前列腺癌中的作用:肿瘤脉管系统的影响

基本信息

  • 批准号:
    7882288
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 27.72万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2002
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2002-09-01 至 2013-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): Calcitriol (vitamin D or 1,25 dihydroxycholecalciferol), a central factor in bone and mineral metabolism, has significant antitumor activity in vitro and in vivo. Induction of CYP24, the enzyme primarily responsible for calcitriol catabolism, may be a factor in the anti-proliferative activity pre-clinically and clinically. In addition, the endothelial cells in tumors are sensitive to calcitriol and uniquely modulate CYP24 expression through epigenetic changes. Epigenetic events affect gene expression without alteration in DNA gene sequence and lead to transcriptional gene silencing and inactivation of tumor suppressor genes in human cancer. While many studies document epigenetic changes in tumor cells, only limited data support a role for epigenetic changes in the "normal" cells found in the tumor microenvironment. Calcitriol also inhibits proliferation of endothelial cells and can inhibit angiogenesis in a number of tumor model systems. We have established a method for the isolation of fresh, tumor-derived endothelial cells (TDEC) that maintain phenotypic characteristics which are distinct from endothelial cells isolated from normal tissues and from Matrigel plugs (MDEC). In TDEC, calcitriol induces G0/G1 arrest, modulates p27 and p21, and induces apoptotic cell death and decreases P-Erk and P-Akt. In contrast, endothelial cells isolated from normal tissues and MDEC are unresponsive to calcitriol-mediated anti-proliferative effects despite intact signaling through the vitamin D receptor (VDR). Differences may be due to the over-expression of CYP24 in MDEC where mRNA, protein and enzymatic activity for CYP24 are markedly increased. In TDEC, which is sensitive to calcitriol, the CYP24 promoter is hypermethylated in two CpG island regions located at the 5' end, which may contribute to gene silencing of CYP24 in TDEC. The extent of methylation in these two regions is significantly less in MDEC. Treatment of TDEC with the DNA methyltransferase inhibitor, 5-aza-2'-deoxycytidine, restores calcitriol-mediated induction of CYP24 and resistance to calcitriol. Lastly, when MDEC are incubated with conditioned media from tumor cells for 14-21 days, these cells regain sensitivity to the antiproliferative effects of calcitriol, CYP24 induction is silenced and regions 1 and 2 of the CYP24 promoter are hypermethylated. The characteristics of these cells are similar to the endothelial cells found in tumors or TDEC. These unique differences in the epigenetic silencing of calcitriol-induced CYP24 gene expression in endothelial cells from the tumor microenvironment directly impact on calcitriol-mediated signaling pathways and ultimately on therapeutic application. Therefore, we propose 1) to elucidate the epigenetic signal transduction mechanism(s) that lead to the epigenetic silencing of CYP24; 2) to determine whether epigenetic silencing of CYP24 occurs in human endothelial cell and tumor cell populations isolated from human prostate cancer; and 3) To identify other potential targets of DNA methylation in TDEC vs. MDEC by investigating the scope of the epigenetic defect from the tumor microenvironment on the endothelial cells. We developed a model system for isolation of endothelial cells freshly from tumors and demonstrate that CYP24, the catabolic enzyme involved in vitamin D (1,25 dihydroxycholecalciferol or calcitriol) signaling, becomes epigenetically silenced selectively in tumor-derived endothelial cells. These unique differences in the epigenetic silencing of calcitriol-induced CYP24 gene expression in endothelial cells from the tumor microenvironment directly impact on calcitriol-mediated signaling pathways and ultimately on therapeutic application.
描述(由申请人提供):骨化三醇(维生素D或1,25二羟基胆碱核酸)是骨和矿物质代谢的核心因素,在体外和体内具有显着的抗肿瘤活性。 CYP24的诱导是主要负责钙化分解代谢的酶,可能是临床和临床上抗增殖活性的一个因素。 另外,肿瘤中的内皮细胞对钙三醇敏感,并通过表观遗传变化唯一地调节CYP24的表达。 表观遗传事件会影响基因表达,而不会改变DNA基因序列,并导致人类癌症中肿瘤抑制基因的转录基因沉默和失活。 尽管许多研究记录了肿瘤细胞的表观遗传变化,但只有有限的数据支持肿瘤微环境中“正常”细胞表观遗传变化的作用。 骨化三醇还抑制内皮细胞的增殖,并可以抑制许多肿瘤模型系统中的血管生成。 我们已经建立了一种分离新鲜肿瘤衍生的内皮细胞(TDEC)的方法,该方法维持表型特征,该特性与从正常组织和矩阵塞(MDEC)分离的内皮细胞不同。 在TDEC中,钙三醇诱导G0/G1停滞,调节P27和P21,并诱导凋亡细胞死亡并减少P-ERK和P-AKT。 相比之下,尽管通过维生素D受体(VDR)完整信号传导,但从正常组织和MDEC分离出对骨化三醇介导的抗增殖作用没有反应。 差异可能是由于CYP24在MDEC中的过表达所致,其中mRNA,蛋白质和酶促活性的CYP24显着增加。 在对钙三醇敏感的TDEC中,CYP24启动子在位于5'端的两个CpG岛区域中被过度甲基化,这可能有助于TDEC的CYP24基因沉默。 MDEC中这两个区域的甲基化程度明显较小。 用DNA甲基转移酶抑制剂,5-Aza-2'-脱氧胞丁胺处理TDEC,恢复了钙三醇介导的CYP24的诱导和对骨化三醇的抗性。 最后,当MDEC与来自肿瘤细胞的条件培养基孵育14-21天时,这些细胞会恢复对钙三醇的抗增殖作用的敏感性,CYP24诱导会沉默,CYP24启动子的区域1和2被过度甲基化。 这些细胞的特征与在肿瘤或TDEC中发现的内皮细胞相似。 来自肿瘤微环境的内皮细胞中骨化三醇诱导的CYP24基因表达的表观遗传沉默的这些独特差异直接影响到骨化三醇介导的信号通路以及最终对治疗应用。 因此,我们提出1)阐明导致CYP24表观遗传沉默的表观遗传信号转导机制; 2)确定CYP24的表观遗传沉默是否发生在人类前列腺癌分离的人内皮细胞和肿瘤细胞群体中; 3)通过研究内皮细胞上肿瘤微环境的表观遗传缺陷的范围来确定TDEC与MDEC中DNA甲基化的其他潜在靶标。 我们开发了一个模型系统,用于从肿瘤中刚从肿瘤中分离出内皮细胞,并证明CYP24是涉及维生素D(1,25二羟基胆碱或钙化核酸酚或钙核)信号传导的分解代谢酶,成为肿瘤衍生的内皮细胞中的表观静态的。 来自肿瘤微环境的内皮细胞中骨化三醇诱导的CYP24基因表达的表观遗传沉默的这些独特差异直接影响到骨化三醇介导的信号通路以及最终对治疗应用。

项目成果

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