Neuroblastoma Cell Differentiation: The Role of Neurotrophin Receptor Signaling and N-myc Expression

Abstract

Neuroblastoma is a tumor of sympathetic nervous system derivation, mostly afflicting young children. This thesis is focused on a group of receptor proteins for neurotrophic factors, the Trk family, and on N-Myc, a transcription factor, all important in the formation of the sympathetic nervous system as well as in determining neuroblastoma patient outcome. Expression of trkA and trkC is linked to favorable prognosis, while amplification of the N-myc gene is strongly correlated to poor outcome. The role of trkA and trkC in neuroblastoma cell differentiation was studied using neuroblastoma cell lines constitutively expressing trkA or trkC. Stimulation of the trkA- and trkC-transfected cells with their cognate ligands resulted in differentiation of both cell clones, the differentiated trkC-transfected cells lacking important neuronal features present in the differentiated trkA-transfected cells. Signaling elicited by the two receptors was studied and differences described. The possible connection between expression of N-myc and trkB, another trk family member, was tested by examination of expression of these genes in a set of neuroblastomas and neuroblastoma cell lines. Results suggested high expression of N-myc per se to be insufficient to induce trkB expression. In other experiments, retinoic acid, an agent known to induce trkB expression was added to neuroblastoma cells in combination with the ligand of TrkB, brain-derived neurotrophic factor. Data from characterization of the resulting phenotype indicated that a sympathetic neuronal differentiation did not take place in these cells and alternative explanations were suggested. N-myc expression in the developing human sympathetic nervous system was studied using in situ hybridization and the role of N-myc in neuroblastoma cell was examined, utilizing non-N-myc-amplified neuroblastoma cells with constitutive N-myc overexpression as a model system. Overall, the capacity of these cells to differentitate morphologically in response to various differentiation protocols was retained, thus offering an explanation to the lack of correlation between N-myc expression and patient outcome in non-N-myc-amplified tumors.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Neuoroblastom är en av de tumörformer som oftast drabbar små barn. Eftersom tumörer lyckligtvis är relativt ovanliga hos barn drabbas inte fler än i genomsnitt 14 barn årligen av neuroblastom i Sverige. Tyvärr finns dock, trots den effektiva behandling som kunnat arbetas fram för många andra barncancerformer, idag ingen verksam behandling att tillgå för så många som hälften av dem som ändå drabbas.



Neuroblastom utvecklas från en cell i nervsystemet som genom en stegvis process förlorar alltmer av de kontrollsystem som vanligtvis avhåller cellen från bl a okontrollerad celldelning. En del av ursprungscellens karaktär bevaras ändå och neuroblastomceller kan, under vissa betingelser, fås att mogna ut till celler liknande normala nervceller.



I min avhandling har jag närmare undersökt en grupp av gener (trk gener) som när de läses av i cellen leder till produktion (uttryck) av en s k receptorer som sätter sig på cellens utsida och tar emot signaler som får cellen att både överleva, dela sig och att utmogna till en fullt fungerande del av nervsystemet. Genom att få neuroblastomceller som normalt inte uttrycker dessa receptorer att producera sådana har jag studerat både på vilket sätt cellens uppträdande förändras, men även vilka signaler som skickas inåt i cellen när receptorerna aktiveras av tillväxtfaktorer i cellens omgivning.



Jag har även studerat den roll som N-myc genen spelar i neuroblastom och i nervsystemets utveckling. Denna gen innehåller koden för produktion av en s k transkriptionsfaktor, N-Myc, vars uppgift i cellen är att reglera uttrycket av andra gener. I vissa neuroblastom har själva N-myc genen mångfaldigats eller flyttat till en annan del av cellens arvsmassa och det har kunna konstateras att patienter med sådana tumörer har väsentligt sämre chanser att överleva sin sjukdom. Neuroblastomceller som normalt uttrycker mycket små mängder av denna transkriptionsfaktor har förmåtts producera denna i stor mängd (s k överuttryck) och jag har sedan studerat på vilket sätt detta påverkar deras möjligheter att utmogna.



I arbete I visas att neuroblastomceller i vilka genen trkC förs in kan fås att mogna ut till celler liknande nervceller. Detta är möjligt genom att de skålar cellerna odlas i tillsätts den tillväxtfaktor, neurotrophin-3, som är bäst ägnad att aktivera receptorn. De utmognade cellerna jämförs med neuroblastomceller som tillförts genen trkA och som fåtts att mogna ut med hjälp av tillväxtfaktorn nerve growth factor. Som ett resultat av denna jämförelse pekas på några viktiga skillnader i aktivering av gener mellan celler som mognat ut på respektive sätt.



För att förklara dessa skillnader görs i arbete II ett försök att klarlägga de signaler som skickas från receptorerna TrkA och TrkC. Några skillnader identifieras men hur stor roll dessa skillnader spelar för olikheterna mellan celler där trkA och trkC införts är ännu inte klarlagt.



Arbete III ägnas delvis åt trkB, genen för en tredje receptor i samma familj som trkA och trkC. Ett antal neuroblastomtumörer och neuroblastomceller i odling undersöks för att se i vilka fall denna uttrycks. Uttrycket av trkB i tumörer i vilka styrningen av N-myc genen rubbats på ett sådant sätt att den uttrycks i för hög grad jämförs med trkB uttrycket i neuroblastomceller där N-myc överuttrycks. Resultaten talar för att rubbad styrning av N-myc genen medför ökat uttryck av trkB men att högt N-myc uttryck i celler där styrningen av genen ej är rubbad inte har denna effekt. I samma arbete skärskådas också effekten av en behandling som får odlade neuroblastomceller att uttrycka genen trkB.



I avhandlingens IV:e och sista delarbete undersöks om neuroblastomceller i vilka genen N-myc överuttrycks hindras från att mogna ut till nervcellslika celler som en del tidigare resultat antytt. En rad sätt som tidigare setts kunna få neuroblastomceller att mogna ut testas. Alla dessa behandlingar ser ut att få även celler med tillfört N-myc uttryck att utmogna. Arbete för att mer i detalj klarlägga om och hur dessa celler skiljer sig från utmognade neuroblastomceller utan tillfört N-myc pågår.



En bättre förståelse av nervsystemets utveckling och av de processer som styr utmognad av neuroblastomceller kan komma att visa sig viktig för en framtida förbättrad utredning och behandling av barn drabbade av neuroblastom. Förhoppnings kan de resultat som redovisas i avhandlingens delarbeten bidra till en sådan utveckling.

• author: Edsjö, Anders
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Dr Thiele, Carol J.
• organization: Department of Translational Medicine
• publishing date: 2001
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Cell and Molecular Biology; Cancer and Oncology
• keywords: Cytologi, onkologi, cancer, oncology, cancerology, Cytology, N-myc., trkC, trkB, trkA, neurotrophins, Neuroblastoma, sympathetic nervous system
• pages: 132 pages
• defense location: "Lilla Aulan", MFC, U-MAS, Malmö
• defense date: 2001-10-29 10:15:00
• ISBN: 91-628-4994-8
• language: English
• LU publication?: yes
• id: 17c11a5f-c319-469d-80be-6960a49ecc7c (old id 41956)
• date added to LUP: 2016-04-04 11:10:20
• date last changed: 2018-11-21 21:03:05