Influence of leukotriene D4 and cyclooxygenase-2 on cell survival

Abstract

The pro-inflammatory effect of leukotrienes is an important element in the pathogenesis of multiple disorders, including asthma and inflammatory bowel diseases (IBD). A serious concern for IBD patients is the increased risk of developing colorectal cancer and since there seems to be a general connection between inflammation and cancer we hypothesised that LTD4 induced signalling events could be involved in increasing the tumourgenic potential of cells. Another important player in colorectal carcinogenesis, as well as in inflammation is the inducible cyclooxygenase isoform COX-2. Inhibition of this enzyme reduces cancer risk and it is highly elevated in tumour tissue. We treated non-transformed intestinal epithelial cells with LTD4 and found that this led to increased expression of COX-2. Additionally, the anti-apoptotic protein Bcl-2 was elevated prompting us to study the effect of LTD4 on survival and apoptosis. We could show that inhibition of COX-2 causes increased apoptosis, mediated through activation of caspase-8, cleavage of Bid and mitochondrial release of cytochrome c. All these events could be reversed by the addition of LTD4, which even could increase cell survival above basal level. We furthermore detected a novel LTD4-induced association between Bcl-2 and the multifacetted protein b-catenin that may encompass a new mode of influencing cell survival. These effects of LTD4 were shown to be mediated through the G-protein coupled receptor, CysLT1 and this strongly indicates that inflammatory mediators such as LTD4 may have large impacts on the state of cell survival regulation.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

En avgörande skillnad mellan encelliga organismer såsom bakterier och multicellulära som oss själva är behovet av kommunikation och samarbete mellan cellerna. Redan under fosterstadiet måste cellerna meddela sig med varandra avseende var de skall ta vägen och vilka uppgifter var och en skall åta sig. Exempelvis måste en cell fortlöpande få information om huruvida den skall fortsätta att dela sig och bilda nya celler, proliferera, eller sluta växa och specialisera på en viss uppgift, differentiera , eller begå självmord, apoptos. Denna kommunikation sköts till stor del genom utsändandet av signalmolekyler som söker upp näraliggande eller långväga släktingar och genom att binda in till mottagare, så kallade receptorer i eller på cellen förmedla information till mottagaren. Beslutet att vissa celler måste dö genom att begå en slags självmord kan tyckas drastiskt men är avgörande för hela organismens fortlevnad. Exempelvis är det på det här sättet som simhuden mellan tår och fingrar under fosterstadiet tillbakabildas. Också utveckligen av ett icke skadligt immunförsvar är beroende av detta då immunceller som reagerar på kroppens egna substanser måste undanröjas för att undvika auto-immunitet. Denna programmerade självdöd fortgår under hela organismens liv och de allvarliga konsekvenser som fås när det hela går snett illustrerar väl dess vikt. Alzheimers och andra degenerativa sjukdomar är till exempel följden av för mycket apoptos medan en otillräcklig apoptos kan leda till cancer. Leukotriener är exempel på de tidigare nämnda signalmolekyler som möjliggör kommunikation mellan celler. I leukotrienernas fall kommunicerar de inflammation och bidrar till många av de fysiologiska processer som är symptomatiska vid inflammation såsom svullnad och ödembilding (ökad vaskulär permiabilitet), varbildning (infiltration of inflammatoriska celler) och bronkspasmer vid astma (kontraktion av glatt muskulatur). Vi har studerat vilka signaler leukotrienerna ger tarmepitelceller då de binder in till specifika receptorer på cellytan, särskilt med avseende på signaler rörande överlevnad, och funnit att den mottagande cellen som svar på leukotrienstimulans ökar produktionen av ett flertal proteiner som är viktiga för ökad överlevnad och som förekommer i förhöjda nivåer i cancerceller. Ett av dessa proteiner är enzymet cyclooxygenase-2 (COX-2) som deltar vid produktionen av prostaglandiner och induceras vid inflammation. Det har visats att personer som regelbundet äter mediciner som hämmar effekten av COX-2 (aspirin o liknande) löper en avsevärt minskad risk att utveckla koloncancer. Det visade sig mycket riktigt att när vi behandlade tarmepitelceller med en specifik hämmare av COX-2 så gick de i apoptos. Ett annat protein som leukotrienbehandling orsakar uppreglering av är Bcl-2 som är ett protein som har till specifik funktion att motverka att cellen dör i apoptos. Vi kunde alltså konstatera att leukotrien som frisätts vid inflammation minskar cellers benägenhet att genomgå programmerad celldöd, åtminstone delvis genom att öka produktionen av ett flertal proteiner väsentliga för överlevnad. Vi undersökte vidare hur den dödsinducerande effekten av COX-2 hämmning medieras och fann att en signalväg som normalt förknippas med en typ av apoptos som initieras av så kallade dödsreceptorer var aktiverad och vidare att alla steg i denna kaskad kunde påverkas negativt av leukotrien. Sammanfattningsvis kan sägas att vi har benat upp en del av de händelser som ligger bakom leukotrieners förmåga att öka cellers överlevnad och få dem att undvika apoptos. Ökad livslängd för en cell innebär också en ökad risk att hinna ackumulera så många mutationer att den börjar tillväxa okontrollerat och såsmåningom bli en odödlig tumörcell. Det är tänkbart att detta utgör en del av förklaringen till att patienter med inflammatorisk tarmsjukdom löper en förhöjd risk att utveckla koloncancer.

• author: Wikström, Katarina
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Professor Nigam, Santosh
• organization: Experimental Pathology, Malmö (research group)
• publishing date: 2003
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Cancer and Oncology
• keywords: pathological anatomy, Patologi (allmän), General pathology, colorectal cancer, inflammation, apoptosis, LTD4, COX-2, patologisk anatomi
• pages: 116 pages
• defense location: Main lecture hall, Pathology building, Entrance 78, U-MAS, Malmö
• defense date: 2003-01-31 10:15:00
• ISBN: 91-628-5520-4
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: Article: John F. Öhd, Katarina Wikström and Anita Sjölander. Leukotrienes induce cell-survival signaling in intestinal epithelial cells.Gastroenterology. 119; 1007-1018, 2000. Article: Katarina Wikström, Maria Juhas and Anita Sjölander. The anti-apoptotic effect of Leukotriene D4 involves prevention of Caspase-8 activation and Bid cleavage. Biochemical Journal. In press. Article: Katarina Wikström, John F. Öhd and Anita Sjölander. Regulation of Leukotriene Dependent Induction of Cyclooxygenase-2 and Bcl-2.Submitted. Article: Katarina Wikström, John F. Öhd, Maryna Mezhybovska and Anita Sjölander. Association between BCL-2 and b-catenin Ð A Novel Role for BCL-2 in LTD4-induced Cell Survival Signalling in Intestinal Epithelial Cells.Manuscript.
• id: 1a122cdc-8764-4499-96c9-855a281cd347 (old id 465373)
• date added to LUP: 2016-04-04 10:47:02
• date last changed: 2018-11-21 21:00:44