Advanced

On the Role of Polyamines in Apoptosis

Hegardt, Cecilia LU (2001)
Abstract (Swedish)
Popular Abstract in Swedish

Reglering av celltillväxt och celldöd är mycket viktigt för bibehållandet av balansen mellan antalet olika celler i kroppen. Om regleringen rubbas kan olika sjukdomar uppkomma, som karakteriseras av för mycket celltillväxt eller av för mycket celldöd. Exempel är cancer, där man har för mycket tillväxt, samt många degenerativa sjukdomar som diabetes, Parkinsons och aids, där de drabbade har för mycket död av en viss typ av celler. Det är därför viktigt att studera regleringen av både celltillväxt och celldöd för att förstå uppkomsten av dessa sjukdomar samt för att förbättra behandlingen.



Det finns två olika former av celldöd, nekros och apoptos. Nekros uppträder oftast i... (More)
Popular Abstract in Swedish

Reglering av celltillväxt och celldöd är mycket viktigt för bibehållandet av balansen mellan antalet olika celler i kroppen. Om regleringen rubbas kan olika sjukdomar uppkomma, som karakteriseras av för mycket celltillväxt eller av för mycket celldöd. Exempel är cancer, där man har för mycket tillväxt, samt många degenerativa sjukdomar som diabetes, Parkinsons och aids, där de drabbade har för mycket död av en viss typ av celler. Det är därför viktigt att studera regleringen av både celltillväxt och celldöd för att förstå uppkomsten av dessa sjukdomar samt för att förbättra behandlingen.



Det finns två olika former av celldöd, nekros och apoptos. Nekros uppträder oftast i samband med skada och resulterar för det mesta i att den omgivande vävnaden blir inflammerad. Apoptos är däremot en genetiskt programmerad celldöd, som följer vissa signalvägar och slutar med att cellen bryts ner utan att orsaka inflammation. Många olika molekyler reglerar apoptos och i mitt arbete har jag valt att undersöka polyaminernas roll i reglering av denna typ av celldöd. Polyaminerna putrescin, spermidin och spermin är positivt laddade molekyler, som finns i alla celler, såväl bakterier som växt- och djurceller. På grund av deras positiva laddning kan de binda till olika negativt laddade molekyler i cellen som till exempel DNA, RNA och proteiner. Bildningen och nedbrytningen av polyaminerna är strikt reglerade i cellen, vilket visar betydelsen av att ha kontrollerade halter av dessa molekyler. Det är känt att polyaminerna är nödvändiga för celltillväxt och för cellernas förmåga att erhålla specifika egenskaper.



Jag har arbetat med olika modellsystem för apoptos och undersökt förändringar i polyaminmetabolismen, samt vad som händer, när man förändrar den normala polyaminbalansen i cellen. Vid framkallning av celldöd så minskar framför allt halten av putrescin i cellerna. Aktiviteterna hos de enzymer som styr bilding och nedbrytning av polyaminerna förändras. Min slutsats är, att minskningen av polyaminhalterna i cellen inte fungerar som en startsignal, men är nödvändigt för att den apoptotiska processen ska fortgå. Jag har även visat, att tillsats av spermin i ett av mina modellsystem hämmar apoptosen och har försökt utreda var det sker. Mina resultat tyder på att spermin påverkar frisläppandet av ett specifikt protein delaktigt i den apoptotiska signalvägen från mitokondrierna, en organell som bl. a. handhar energiförsörjningen i cellen.



Genom att behandla celler med ämnen, som påverkar nybildning och nedbrytning av polyaminer, kan de cellulära polyaminpoolerna manipuleras. En analog till spermin, dietylnorspermin (DENSPM), har tidigare visat sig hämma tillväxt vid behandling genom att aktivera ett nedbrytande enzym och därmed tömma cellerna på polyaminer. När jag behandlade en bröstcancercellinje med DENSPM, framkallades en snabb celldöd. Undersökningar visade, att det var apoptos, vilket är mycket intressant med tanke på behandling av just denna typ av bröstcancer, som ofta är resistent mot de anticancerbehandlingar som används idag. (Less)
Abstract
Apoptosis is a kind of death that is best described as cellular suicide and it is important for normal tissue homeostasis. The process can be induced by a number of different stimuli and the dying cell goes through a defined pathway terminating in typical biochemical and morphological alterations of the cell. With my studies I wanted to investigate the role of the polyamines in the regulation of apoptosis.



When inducing apoptosis in mouse thymus <i>in vivo</i> by treatment with the glucocorticoid dexamethasone, the activity of the polyamine biosynthetic enzyme S-adenosylmethionine decarboxylase decreased and the activity of the rate-limiting catabolic enzyme spermidine/spermine... (More)
Apoptosis is a kind of death that is best described as cellular suicide and it is important for normal tissue homeostasis. The process can be induced by a number of different stimuli and the dying cell goes through a defined pathway terminating in typical biochemical and morphological alterations of the cell. With my studies I wanted to investigate the role of the polyamines in the regulation of apoptosis.



When inducing apoptosis in mouse thymus <i>in vivo</i> by treatment with the glucocorticoid dexamethasone, the activity of the polyamine biosynthetic enzyme S-adenosylmethionine decarboxylase decreased and the activity of the rate-limiting catabolic enzyme spermidine/spermine N<sup>1</sup>-acetyltransferase (SSAT) was increased. A reduction in polyamine levels was only evident though several hours after the first signs of apoptosis. A decrease in the polyamine levels was also observed in dexamethasone-induced apoptosis in mouse thymocytes <i>in vitro</i> and in Fas-induced apoptosis of human leukaemic T cells.



Exogenous addition of 1 mM spermine inhibited apoptosis induced by dexamethasone in primary cultures of mouse thymocytes. Spermine prevented DNA fragmentation as well as the activation of caspase-9, -8 and –3. The total inhibition of caspase-9 activity was due to the spermine-mediated inhibition of cytochrome c release from the mitochondria into the cytosol.



When treating the human breast cancer cell line L56Br-C1 with the spermine analogue N<sup>1</sup>, N<sup>11</sup>-diethylnorspermine, SSAT activity was induced leading to an almost total depletion of the natural polyamines. The majority of the cells died within 48 hours. This rapid cell death was shown to be apoptotic with activation of caspases and fragmentation of the DNA.



In conclusion, a decrease of intra-cellular levels of polyamines seems to be important for the progression of the apoptotic process and the addition of spermine protected mouse thymocytes from apoptosis induced by dexamethasone. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
opponent
  • Prof Wallace, Heather M.
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
keywords
SSAT, DENSPM, spermine, polyamines, mitochondrial membrane potential, cytochrome c, caspase, flow cytometry, Jurkat cells, mouse thymocytes, thymus in vivo, programmed cell death, Dexamethasone-induced apoptosis, Fas-induced apoptosis, AdoMetDC, Cytology, oncology, cancerology, Cytologi, onkologi, cancer, Clinical biology, Klinisk biologi, Animal physiology, Djurfysiologi
pages
102 pages
publisher
Department of Animal Physiology, Lund University
defense location
Department of Animal Physiology, Hörsalen
defense date
2001-10-26 09:00
external identifiers
  • Other:ISRN: LUNBDS/(NBZF/1058)/1-46(2001)
ISBN
91-628-4988-3
language
English
LU publication?
yes
id
221ed081-b035-4876-a3c2-ba1df77ba97a (old id 41987)
date added to LUP
2007-07-31 10:27:35
date last changed
2016-09-19 08:45:09
@misc{221ed081-b035-4876-a3c2-ba1df77ba97a,
  abstract     = {Apoptosis is a kind of death that is best described as cellular suicide and it is important for normal tissue homeostasis. The process can be induced by a number of different stimuli and the dying cell goes through a defined pathway terminating in typical biochemical and morphological alterations of the cell. With my studies I wanted to investigate the role of the polyamines in the regulation of apoptosis.<br/><br>
<br/><br>
When inducing apoptosis in mouse thymus &lt;i&gt;in vivo&lt;/i&gt; by treatment with the glucocorticoid dexamethasone, the activity of the polyamine biosynthetic enzyme S-adenosylmethionine decarboxylase decreased and the activity of the rate-limiting catabolic enzyme spermidine/spermine N&lt;sup&gt;1&lt;/sup&gt;-acetyltransferase (SSAT) was increased. A reduction in polyamine levels was only evident though several hours after the first signs of apoptosis. A decrease in the polyamine levels was also observed in dexamethasone-induced apoptosis in mouse thymocytes &lt;i&gt;in vitro&lt;/i&gt; and in Fas-induced apoptosis of human leukaemic T cells.<br/><br>
<br/><br>
Exogenous addition of 1 mM spermine inhibited apoptosis induced by dexamethasone in primary cultures of mouse thymocytes. Spermine prevented DNA fragmentation as well as the activation of caspase-9, -8 and –3. The total inhibition of caspase-9 activity was due to the spermine-mediated inhibition of cytochrome c release from the mitochondria into the cytosol.<br/><br>
<br/><br>
When treating the human breast cancer cell line L56Br-C1 with the spermine analogue N&lt;sup&gt;1&lt;/sup&gt;, N&lt;sup&gt;11&lt;/sup&gt;-diethylnorspermine, SSAT activity was induced leading to an almost total depletion of the natural polyamines. The majority of the cells died within 48 hours. This rapid cell death was shown to be apoptotic with activation of caspases and fragmentation of the DNA.<br/><br>
<br/><br>
In conclusion, a decrease of intra-cellular levels of polyamines seems to be important for the progression of the apoptotic process and the addition of spermine protected mouse thymocytes from apoptosis induced by dexamethasone.},
  author       = {Hegardt, Cecilia},
  isbn         = {91-628-4988-3},
  keyword      = {SSAT,DENSPM,spermine,polyamines,mitochondrial membrane potential,cytochrome c,caspase,flow cytometry,Jurkat cells,mouse thymocytes,thymus in vivo,programmed cell death,Dexamethasone-induced apoptosis,Fas-induced apoptosis,AdoMetDC,Cytology,oncology,cancerology,Cytologi,onkologi,cancer,Clinical biology,Klinisk biologi,Animal physiology,Djurfysiologi},
  language     = {eng},
  pages        = {102},
  publisher    = {ARRAY(0x99fbb10)},
  title        = {On the Role of Polyamines in Apoptosis},
  year         = {2001},
}