Luun morfogeneettisen proteiini 4:n vaikutukset rinta- ja haimasyöpäsolujen kasvuun ja proteiiniekspressioon kolmiulotteisessa kasvatuksessa

Abstract

Tutkimuksen tausta ja tavoitteet: Rintasyöpä on naisten yleisin syöpätyyppi Suomessa ja maailmalla. Haimasyöpä on rintasyöpää huomattavasti harvinaisempi syöpätyyppi, mutta siihen liittyvä kuolleisuus lähentelee 100 %. Molempiin syöpätyyppeihin liittyvä tutkimus on runsasta, mutta erityisesti haimasyöpään liittyvä lääkkeiden kehitys on hidasta. Perinteiset kaksiulotteiset soluviljelyalustat tuottavat tuloksia, joita ei täysin voi yleistää elimistön normaaleihin reaktioihin. Kolmiulotteinen soluviljely tarjoaa luotettavampia tuloksia lääketieteen tarpeisiin. Luun morfogeneettiset proteiinit (BMP:t) on varsinkin viime aikoina liitetty monien syöpien, kuten rinta- ja haimasyövän kehittymisen eri vaiheisiin. BMP-proteiinien tiedetään olevan tärkeitä luuston kehittymiselle, mutta niillä on tehtäviä myös alkionkehityksen muissa vaiheissa ja aikuiskudoksen homeostaasissa. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli tutkia BMP4-proteiinin vaikutuksia rinta- ja haimasyöpäsolujen kasvuun ja proteiiniekspressioon kolmiulotteisessa soluviljelymallissa.

Tutkimusmenetelmät: Rintasyöpäsoluja (BT-474, T-47D ja MDA-MB-231) ja haimasyöpäsoluja (MIA PaCa-2 ja PANC-1) kasvatettiin 14 vuorokautta Matrigelissä ja käsiteltiin 100 ng/ml ihmisen rekombinanttisella BMP4-proteiinilla tai kuljettimella. Soluja kuvattiin kasvatuksen aikana solujen viemän pinta-alan määrittämiseksi ja aineenvaihdunnan aktiivisuutta mitattiin Alamar Blue-kokeella. Solujen tuottamien proteiinien tutkimiseksi ja solunsisäisten signalointireittien aktiivisuuden määrittämisessä käytettiin Western Blot-menetelmää.

Tutkimustulokset: BMP4-käsittelyn vaikutukset olivat solulinjaspesifejä. Rintasyöpäsoluissa BMP4 vähensi merkittävästi kaikkien tutkittujen solulinjojen kasvua ja lisäsi Smad-reitin aktiivisuutta BT-474- ja MDA-231-soluissa. PANC-1-haimasyöpäsolulinjassa BMP4-käsittely lisäsi Smad-reitin aktiivisuutta jopa kymmenkertaisesti, mutta MIA Paca-2-soluissa vain 1.3-kertaisesti. p21-aktivaation havaittiin kasvavan 1.3-kertaiseksi PANC-1-soluilla.

Johtopäätökset: BMP4:n vaikutukset eri syöpätyyppien soluihin vaihtelevat solulinjaspesifisesti. Rintasyöpäsoluissa kasvutekijä vähentää solujen kasvua selvästi, mutta haimasyöpäsoluissa kasvun vähentyminen riippuu solulinjasta. Rinta- ja haimasyöpäsoluissa BMP4 aktivoi Smad-reitin solulinjariippuvaisesti sekä vaikuttaa solusykli-inhibiittori p21:n aktivoitumiseen haimasyöpäsoluissa solulinjariippuvaisesti. Yhteenvetona, BMP4 vaikuttaa molempien syöpätyyppien toimintaan, mutta vaikutukset riippuvat tutkitusta solulinjasta.

The effects of bone morphogenetic protein 4 on the growth and protein expression of breast and pancreatic cancer cells in three-dimensional culture

Background and aims: Breast cancer is the most common cancer in Finland and in many other western countries. Pancreatic cancer is more uncommon, but the mortality rate related to this cancer type is close to 100 %. The research related to both cancer types is intense, but especially for pancreatic cancer drug development is slow. Traditional twodimensional cell culturing provides results that cannot be directly extrapolated to normal reactions in the body. Three dimensional cell culture provides more reliable results for medicinal use. Bone morphogenetic proteins (BMPs) have been implicated in the various steps of cancer development in for example breast and pancreatic cancer. BMP proteins are known to have a vital role in bone development, but they also play a part in other embryonic developmental stages and in adult tissue homeostasis. The aim of this study was to examine the effects of BMP4 on the growth and protein expression of breast and pancreatic cancer cells.

Methods: Three breast cancer cell lines (BT-474, T-47D and MDA-MB-231) and two pancreatic cancer cell lines (MIA PaCa-2 and PANC-1) were cultured in Matrigel for 14 days and treated with 100 ng/ml human recombinant BMP4 protein or vehicle. While culturing, cells were imaged for area analysis and the rate of metabolic activity was measured with Alamar Blue assay. Western Blot was used to study protein expression and the activity of intracellular BMP signaling pathways.

Results: The effect of BMP4 treatment was cell line specific. In breast cancer cells BMP4 reduced the growth significantly in all studied cell lines and increased the activity of Smad pathway in BT-474 and MDA-MB-231 cell lines. In PANC-1 BMP4 increased the activity of Smad pathway up to 10-fold but in MIA PaCa-2 the increase was only 1.3-fold. p21 activation was increased 1.3-fold in PANC-1 cell line with BMP4 treatment when compared to vehicle.

Conclusions: The effects of BMP4 to different cancer type cells vary cell line specifically. In breast cancer cells the growth factor significantly reduces growth but in pancreatic cancer cells the decrease depends on the cell line. Both in breast and pancreatic cancer cells, BMP4 activates the Smad pathway also cell line specifically and in pancreatic cancer cells p21 induction depends on the cell line studied.In conclusion, BMP4 affects the functions in the cells in both cancer types but the ways of action are dependent on cellular background.