Modelowanie poziomu ekspresji genu TNFα, TNF RI, TNF RII w komórkach raka jelita grubego

• Autorzy: Kokot T. , Nowakowska-Zajdel E. , Wierzgoń J. , Kozowicz A. , Muc-Wierzgoń M.

Warianty tytułu

EN

Modeling of TNFα, TNF RI, TNF RII gene expression level in cells of colon cancer

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy zaproponowano wykorzystanie elementów dynamiki nieliniowej i symulacji komputerowej jako zupełnie nowego spojrzenia na biologiczną rolę czynnika martwicy nowotworu i jego receptorów w raku jelita grubego. Celem pracy była: 1. ocena dynamiki zmian w czasie poziomu ekspresji genów TNF, TNF RI, zmienionych węzłach chłonnych, 2. poszukiwanie praw rządzących zachowaniem (z reguły dynamicznym i nieliniowym) tych parametrów w chorobie nowotworowej, 3. przedstawienie wzajemnych relacji TNF/TNF R za pomocą układu trzech nieliniowych równań różniczkowych, 4. opracowanie modelu matematycznego przebiegów czasowych zmian poziomów ekspresji genów tej cytokiny i jej receptorów. Badaniami objęto 54 chorych na raka jelita grubego w III stopniu zaawansowania klinicznego nowotworu wg klasyfikacji TNM leczonych operacyjnie. U wszystkich pacjentów na podstawie pooperacyjnego badania histopatologicznego rozpoznano gruczolakoraka (Adenocarcinoma) jelita grubego. Model matematyczny opracowano na podstawie wyników badań klinicznych dotyczących analizy jakościowej i ilościowej genów TNFα, TNF RI, TNF RII oraz produktów ich ekspresji. Miarą ekspresji badanych genów TNFα, TNF RI oraz TNF RII była liczba kopii mRNA w przeliczeniu na 1µg całkowitego RNA. Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono, że w komórkach raka jelita grubego, w przerzutowo zmienionych węzłach chłonnych oraz okolicznej tkance niezmienionej chorobowo obserwuje się zwiększony, ale zmienny poziom ekspresji genu TNFα, TNF RI oraz TNF RII. Największa liczba kopii mRNA TNFα obecna jest w komórkach zmienionych przerzutowo węzłów chłonnych, co sugeruje największą (najsilniejszą) ekspresję genu TNF w badanym materiale. W opracowanym modelu matematycznym każdy analizowany układ zachowuje się inaczej. Pobudzenie komórek niezmienionych chorobowo nie wytrąca ich ze stanu równowagi koniecznego do utrzymania homeostazy organizmu. Komórki guza w zależności od poziomu ekspresji genów TNF, TNF RI, TNF RII zachowują się jak oscylatory drgające w sposób chaotyczny. W przerzutowo zmienionych węzłach chłonnych obniżaniu poziomu ekspresji genu TNF towarzyszy wzrost poziomu ekspresji jego receptorów, co może świadczyć o zachowanym ujemnym sprzężeniu zwrotnym w tym układzie. Uzyskane wyniki pozwalają na sformułowanie następujących wniosków: 1. W raku jelita grubego występują podwyższone poziomy ekspresji genów TNF, TNF RI, TNF RII na komórkach guza i tkankach sąsiednich, 2. Zastosowanie układu trzech równań różniczkowych do analizy prognostycznej zmian poziomu ekspresji tych genów pozwala na opracowanie modelu matematycznego ilustrującego dynamiczne i nieliniowe zachowanie parametrów w czasie, 3. Charakter uzyskanych rozwiązań jest determinowany przez współczynniki równań, rząd równań oraz nieliniowości i warunków początkowych, 4. Analiza prognostyczna uzyskanych rozwiązań pozwala na weryfikację kliniczną i teoretyczną danych, a także może stanowić element prognozowania choroby.

EN

Genetic disregulation of gene coding TNF receptors was observed in neoplastic disease by increased number of receptors on tumour cells and ligand - receptor activity. It might cause tumour proliferation and metastatic potential. Structure of TNF receptors influences TNF activity in vivo and structure of TNF RI and TNF RII genes may suggest post-transcription modification based on alternative splicing. In this study elements of non-linear dynamic and computer simulation as a new proposal of biological role of tumour necrosis factor and its receptors of colorectal cancer were proposed. The aim of this study was 1. the analysis of dynamics in time of gene expression TNF, TNF RI, TNF RII in tumour cells, unchanged tissue and in metastatic lymphnodes, 2. search for the rights governing the behaviour of these parameters (dynamic and non-linear) 3. presentation of the relation of TNF/TNF R using three non-linear differential equations 4. proposal of a mathematic model of time changes in level expression of cytokine and its receptors The study included 54 patients with histopathological confirmed adeno-carcinoma (Stage III according to the AJC TNM Classification). Mathematical model was analysed on the basis of clinical examination (TNFα, TNF RI, TNF RII). Examinations were conducted in biologic molecular laboratory of Dept. of Pharmacy in Sosnowiec. The measurement of gene expression TNFα, TNF RII was the number of copies mRNA in correlation to 1µg total RNA. Based on the results of this analysis it was confirmed that in colorectal cancer cells, metastatic lymphodes and surrounding unchanged tissues increased but changeable expression level of TNFα, and TNF RII is observed. The biggest number of mRNA copies TNFα was observed in metastatic lymphnodes cells, which suggests the strongest TNF gene expression in analysed material. In this mathematical model every analysis is different. The stimulation of unchanged cells seems not to change the balance of organic homeostasis. Tumor cells in correlation to gene expression level (TNF, TNF RII) tend to reach a stable state or behave as oscillators moving in chaotic way. In metastatic lumphnodes decreasing the level of TNF is correlated with increasing of receptors expression level, which could be the evidence of negative feedback in that system. The results of this analysis allow to conclude: 1. In colorectal cancer increased expression gene levels of TNF, TNF RII in tumour cells and in surrounding tissues. 2. Application of a system of three differential equations to the prognostic analysis of expression level changes of these genes allows working out mathematic model illustrating dynamic and non-linear behaviour of parameters in time. 3. Character of obtained solutions is determined by the coefficient and order of equations as well as nonlinearity and initial conditions. 4. Prognostic analysis of this results allows to make clinical and theoretical data.

Słowa kluczowe

PL

rak jelita grubego; ekspresja genów TNF; TNF RI; TNF RII; TNF-α; TNF-alfa

EN

colon cancer; TNF-α; TNF-alfa; TNF RI; TNF RII genes expression

• Wydawca: Uniwersytet Jagielloński - Collegium Medicum ; Index Copernicus Sp. z o.o.
• Czasopismo: Bio-Algorithms and Med-Systems
• Rocznik: 2005
• Tom: Vol. 1, no. 1/2
• Strony: 227--232
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., wykr.

Twórcy

autor

Kokot T.

• Katedra i Oddział Kliniczny Chorób Wewnętrznych Śląskiej Akademii Medycznej, Bytom

autor

Nowakowska-Zajdel E.

• Katedra i Oddział Kliniczny Chorób Wewnętrznych Śląskiej Akademii Medycznej, Bytom

autor

Wierzgoń J.

• Klinika Chirurgii Onkologicznej, Centrum Onkologii im. M. Skłodowskiej-Curie, Oddział Gliwice

autor

Kozowicz A.

• Katedra i Oddział Kliniczny Chorób Wewnętrznych Śląskiej Akademii Medycznej, Bytom

autor

Muc-Wierzgoń M.

• Katedra i Oddział Kliniczny Chorób Wewnętrznych Śląskiej Akademii Medycznej, Bytom

Bibliografia

• 1. Arai K., Lee F., Mijajima A., Mijatake S., Arai N.: Cytokine: coordinators of immune and inflamatory responses, Annu. Rev. Biochem., 59:783- 836, 1990.
• 2. Amiot F., Boussadia O., Cases S., Fitting C., Lebastard M., Cavaillon J. M., Milon G., Dautry F.: Mice heterozygous for a deletion in the tumour necrosis factor alpha and lymphotoxin alpha genes: biological importance of a non-linear response of tumour necrosis factor alpha gene dosage, Eur. J. Immunol. 27, 1035-1042, 1997.
• 3. Callard R., George A. J. T., Stark J.: Cytokines, Chaos, and Complexity, Immunity, 11, 507-13, 1999.
• 4. Campbell D. A., Field M., Mc Ardle C. S., Cooke T. G., Gallagher G.: Polymorphism at the tumour necrosis factor locus: a marker of genetic predisposition to colorectal cancer? Lancet. 343:293,1994.
• 5. Diez-Ruiz A, Tilz G. O., Zangerele R., Baier-Bitterlich G., Wachter H., Fuchs D.: Soluble receptors for TNF in clinical laboratory diagnosis, Eur. J. Haematol, 54,1-8,1997
• 6. Fu - ZQ, Harrison R. W., Reed C., Wu J.: Model complexes of TNF alpha with receptors RI and RII, Protein Eng. Dec. 8(12):1233-1241, 1995.
• 7. Muc-Wierzgoń M.: Modelowanie aktywności biologicznej czynnika martwicy nowotworu (TNF) i jego rozpuszczalnych receptorów w wybranych schorzeniach ostrych i przewlekłych. Rozprawa habilitacyjna, ŚAM, Zabrze 1999.
• 8. Old L. J.: Tumor necrosis factor. Science, 230: 630-632, 1985.
• 9. Piscitelli S. C., Reiss W. G., Figg W. D., Petros W. P.: Pharma-cokinetic Studies with recombinant cytokines. Clin. Pharmacoki- net. May, 32(5):368,1997.
• 10. Rew D.A.: Tumour biology, chaos and non-linear dynamics. Eur J Surg Oncol., 25(1):86-89, Feb. 1999.