Polyamine analogues inhibit neuroblastoma cell growth

Abstract

Abstract

Neuroblastoma is a highly malignant neoplasm found in children. Although children with high-risk neuroblastoma respond to chemotherapy, relapses are common and an estimated long-time survival prognosis is approximately 15%. Thus, there is a tremendous need for new chemotherapeutic drugs for the treatment for neuroblastoma. Polyamines are needed for cell proliferation and cell survival. Thus, polyamine pool depletion is considered as a cancer intervention strategy. One means to achieve polyamine pool depletion is by treating with polyamine analogues. Polyamine analogues have shown to have antineoplastic activities in a variety of experimental tumour systems and are therefore tested in clinical trials. Polyamine analogues could be potential new chemotherapeutic agents for treatment of neuroblastoma. The general aim of my thesis was to investigate how polyamine analogue treatment would affect neuroblastoma cell proliferation and survival. Three neuroblastoma cell lines, chosen because of their different genetic backgrounds, were treated with the three polyamine analogues PG-11047, PG-11093, and N1,N11-diethylnorspermine. When the cells were treated with polyamine analogue for one treatment cycle, SH-SY5Y and IMR-32 cells, containing wild type p53, were more sensitive than LA-N-1 cells, containing mutated p53. However, when the cells were treated with PG-11047 for repeated cycles, in a manner more resembling the treatment schedule used for patients, the IMR-32 and LA-N-1 cells, containing MYCN amplification, were more sensitive than SH-SY5Y cells. In fact SH-SY5Y cells appeared to develop resistance to PG-11047 while the MYCN-amplified cell lines died. This work shows the importance of treating cell lines with repeated treatment cycles to obtain a better picture of the fate of the cells. Most importantly, the results show that polyamine analogue treatment may be very effective in aggressive MYCN-amplified neuroblastoma. The polyamine analogue PG-11047 is used in clinical trial and shows low general toxicity and may be used for treatment of children with MYCN-amplified neuroblastoma.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Summary in Swedish

Populärvetenskaplig sammanfattning



Neuroblastom uppstår ur omogna nervceller i binjurarna eller i nervvävnaden bredvid ryggraden och är den vanligaste extrakraniala solida tumörformen hos barn. Varje år drabbas ca 10-15 barn i Sverige och sjukdomen uppkommer vanligast hos barn under 4 år. Trots enorma framgångar med behandlingsformer, så som cytostatika och kirurgi, dör många i sjukdomen vilket gör den till den mest svårbotade tumörformen hos barn. Det sätt vilket neuroblastom växer är ovanligt och svårberäkneligt, vilket leder till att prognosen växlar beroende på barnets ålder vid diagnos, var cancern har uppstått och om den har metastaserat.

Neuroblastom behandlas genom operation, strålning och cellgiftsbehandling i olika kombinationer beroende på tumörens klassificering. Tumörerna klassificeras som lågrisk, intermediär risk samt hög-risk baserat på barnets ålder, tumörspridning och vissa prognostiska faktorer som amplifiering av ex. onkogenen MYCN. Hög-risk patienter behandlas aggressivt med olika cytostatika som cyclofosfamid, cisplatin, carboplatin, vincristin, doxorubicin och etoposid.



Trots aggressiv behandling är prognosen för barn med hög-risk neuroblastom fortfarande dålig. Det gäller att finna nya cellgiftbehandlingar som kan användas ensamma eller i kombination med dem som redan används. En sådan grupp av nya cellgifter är polyaminanaloger och polyaminhämmare. Polyaminanaloger och polyaminhämmare har visat lovande anticanceregenskaper i försök med cellinjer och xenograftmodeller och det pågår flera kliniska försök med polyaminanaloger, främst i USA men även i Europa. Flera studier med polyaminanaloger där man har behandlat olika celltyper har resulterat i celldöd.



Polyaminerna – putrescin, spermidin och spermin – är livsnödvändiga för alla levande celler då de reglerar celltillväxt, differentiering och celldöd. Polyaminerna är positivt laddade joner vilket gör att de binder in till olika negativt laddade molekyler i cellen, t ex DNA, RNA och proteiner. Bildningen och nedbrytning av polyaminer är strikt reglerade processer i cellen, vilket tyder på att det är av största vikt för cellen att ha kontrollerade nivåer av polyaminer.



I mina studier har humana neuroblastomcellinjer använts som modellsystem för att undersöka om polyaminanaloger har en påverkan på celltillväxt och apoptos. Jag har behandlat neuroblastomceller med syntetiskt framställda substanser som efterliknar cellens eget spermin, s.k. sperminanaloger. Sperminanaloger tas upp via cellens transportsystem och ansamlas i höga nivåer i cellen. Cellen tror då att den har höga nivåer av spermin. Detta leder i sin tur till att cellen påbörjar nedbrytning av polyaminerna. Nivåerna av de naturligt förekommande polyaminerna sjunker drastiskt och cellen får polyaminbrist, men den förblir fylld av sperminanaloger. Sperminanaloger kan inte ta över de naturliga polyaminernas funktion. Resultatet blir att cellen slutar att växa och den kan även dö om nivån av de naturliga polyaminerna blir väldigt låg.



Jag har i mina studier använt två tillvägagångssätt för att undersöka hur neuroblastomceller påverkas av behandling med sperminanaloger. I det första blev cellerna behandlade under 72 eller 96 timmar, som motsvarar en behandlingscykel, och i det andra genomgick cellerna 3 behandlingscykler med behandlingsfria perioder mellan varje behandlingstillfälle. Det senare tillvägagångssättet användes för att efterlikna hur man behandlar patienter kliniskt. Jag valde att studera neuroblastomcellinjer som skiljer sig åt genetisk och som visat sig vara olika känsliga för behandling.



Ett av syftena med mina studier var att tömma neuroblastomcellerna på polyaminer, vilket uppnåddes genom behandling med sperminanaloger. Polyaminbristen resulterade i tillväxthämning och celldöd, visserligen till olika grad i de olika cellinjerna efter en behandlingscykel. För att förstå mekanismen bakom tillväxthämning och celldöd studerades olika proteiner och vi kunde se ett mönster som förklarade känsligheten efter en behandlingscykel.



I kliniken behandlas patienter med flera cykler och som nämnts ovan försökte vi efterlikna det i våra försök med cellinjer. Då fick vi ganska oförväntade men dock spännande resultat. De två olika tillvägagångssätten att behandla resulterade nämligen i olika resultaten. När vi behandlade cellerna under endast en cykel inducerades celldöd den i mindre aggressiva neuroblastomcellinjen, medan den aggressiva neuroblastomcellinjen inte påverkades i lika hög grad. När vi behandlade under tre cykler, avstannade tillväxten hos den mer aggressiva neuroblastomcellinjen vid varje behandling, medan den mindre aggressiva neuroblastomcellinjen fortsatte att växa. Sammantaget visar resultaten att den mindre aggressiva neuroblastomcellinjen hade en förmåga att snabbt utveckla resistens mot behandlingen och det skedde då i de celler som överlevde. Den neuroblastomcellinje som initialt inte visade på lika mycket känslighet utvecklade inte resistens. Vi kan hänföra neuroblastomcellinjernas känslighet till en specifik gen som brukar användas för att klassificera neuroblastom som aggressiv eller icke-aggresiv. Genen heter MYCN.



Vi visar här vikten av att genomföra studier som löper under en längre tid och mer efterliknar den typ av behandling som patienter får. Vi visar även att sperminanaloger skulle kunna användas för behandling av aggressiva neuroblastomtumörer med MYCN amplifiering som ofta visar sig vara resistent mot de anticancerbehandlingar som används idag.

• author: Söderstjerna, Erika
• supervisor: Stina Oredsson
• opponent: Associate Professor Öra, Ingrid, Department of Clinical Sciences, Universitetssjukhuset, Lund, Sweden
• organization: Department of Biology
• publishing date: 2011
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Zoology
• keywords: survivin, cell cycle, polyamine analogue, polyamines, apoptosis, neuroblastoma, MYCN
• pages: 131 pages
• defense location: Lecture Hall, Biology Building
• defense date: 2011-01-14 09:00:00
• ISBN: 978-91-7473-037-1
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: The information about affiliations in this record was updated in December 2015. The record was previously connected to the following departments: Animal Physiology (Closed 2011) (011011000)
• id: ca016dc8-e446-4616-a6ab-9cabbcdb6ad5 (old id 1746100)
• date added to LUP: 2016-04-04 14:00:55
• date last changed: 2018-11-21 21:17:45