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Diese Arbeit befasst sich mit dem Einfluss des Transkriptionsfaktors ChREBP und eines
Diabetes mellitus auf die hepatische Tumorgenese sowie das Wachstum und die Glykogenspeicherung
der Hepatozyten. Im speziellen sollte untersucht werden, inwieweit sich
die in den Kurzzeitversuchen beobachteten Glykogenspeicherherde nach drei Monaten
Versuchszeitraum weiterentwickeln.
ChREBP beeinflusst als Transkriptionsfaktor maßgeblich den Zucker- und Fettstoffwechsel,
indem es unter anderem die Lipogenese, Glykolyse und den Pentosephosphatweg
aktiviert und die Glukoneogenese hemmt. Zudem ist ChREBP an der Tumorentstehung
in verschiedenen Geweben z.B. der Leber, des Kolons und der Brust beteiligt, indem es
unter anderem den zellulären Metabolismus in Richtung einer starken Proliferation und
einer erhöhten Glykolyse, Laktatbildung und Aktivierung des Pentosephosphatwegs verändert.
Mäusen mit einem durch Streptozotocin induzierten Diabetes wurden je 200 isolierte,
isologe Pankreasinseln intraportal transplantiert. Somit entstand in den Empfängertieren
lokal in der Leber sowohl eine Hyperglykämie als auch eine Hyperinsulinämie im Sinne
eines Typ 2 Diabetes. Der Einfluss von ChREBP auf die Leber wurde durch den Einsatz eines
Knockout-Stammes untersucht. Nach drei Monaten wurden die Tiere nach einer Perfusion
getötet und Paraffinschnittpräparate der Lebern angefertigt und hinsichtlich ihrer
Proliferationsaktivität, Glykogenspeicherung und Herd- bzw. Tumorentstehung histologisch
ausgewertet.
Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen ein deutlich geringeres Auftreten von Glykogenspeicherherden
nach drei Monaten Versuchsdauer im Vergleich zu den Kurzzeitversuchen
nach einer und vierWochen. Auch sind nach drei Monaten noch keine manifesten Leberzelltumoren
entstanden. Es gab keinen Unterschied in der Herdfrequenz zwischen den
beiden Genotypen.
Weiterhin wurde der Einfluss von ChREBP auf die Proliferationsaktivität der Hepatozyten
untersucht. In der nicht diabetischen, transplantierten Gruppe zeigten die ChREBPKnockout-
Tiere eine stärkere und bei den diabetischen nicht transplantierten Mäusen
eine geringere Proliferationsaktivität als die Wildtyp-Tiere.
Die Hepatozyten der diabetischen Knockout-Tiere speicherten weniger und die der nicht
diabetischen mehr Glykogen als ihre Vertreter aus der Wildtyp-Gruppe.
In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass ChREBP zu einer veränderten Glykogenspeicherung
der Hepatozyten führt. Sein Einfluss zeigt sich bei der diabetischen Stoffwechsellage
durch eine Steigerung und bei der nicht diabetischen durch eine Verminderung
dieser. Auch die Proliferationsaktivität der Hepatozyten wird von ChREBP beeinflusst,
indem es sie beim Vorliegen eines Diabetes mellitus steigert. Da sich auch aus
den vorhandenen klarzelligen Herden keine Tumoren entwickelt haben scheint die Tumorentstehung
bei der Maus bei beiden Genotypen länger als drei Monate zu dauern.
Objective: In the rat, the pancreatic islet transplantation model is an established method to induce hepatocellular carcinomas (HCC), due to insulin-mediated metabolic and molecular alterations like increased glycolysis and de novo lipogenesis and the oncogenic AKT/mTOR pathway including upregulation of the transcription factor Carbohydrate-response element-binding protein (ChREBP). ChREBP could therefore represent an essential oncogenic co-factor during hormonally induced hepatocarcinogenesis. Methods: Pancreatic islet transplantation was implemented in diabetic C57Bl/6J (wild type, WT) and ChREBP-knockout (KO) mice for 6 and 12 months. Liver tissue was examined using histology, immunohistochemistry, electron microscopy and Western blot analysis. Finally, we performed NGS-based transcriptome analysis between WT and KO liver tumor tissues. Results: Three hepatocellular carcinomas were detectable after 6 and 12 months in diabetic transplanted WT mice, but only one in a KO mouse after 12 months. Pre-neoplastic clear cell foci (CCF) were also present in liver acini downstream of the islets in WT and KO mice. In KO tumors, glycolysis, de novo lipogenesis and AKT/mTOR signalling were strongly downregulated compared to WT lesions. Extrafocal liver tissue of diabetic, transplanted KO mice revealed less glycogen storage and proliferative activity than WT mice. From transcriptome analysis, we identified a set of transcripts pertaining to metabolic, oncogenic and immunogenic pathways that are differentially expressed between tumors of WT and KO mice. Of 315 metabolism-associated genes, we observed 199 genes that displayed upregulation in the tumor of WT mice, whereas 116 transcripts showed their downregulated expression in KO mice tumor. Conclusions: The pancreatic islet transplantation model is a suitable method to study hormonally induced hepatocarcinogenesis also in mice, allowing combination with gene knockout models. Our data indicate that deletion of ChREBP delays insulin-induced hepatocarcinogenesis, suggesting a combined oncogenic and lipogenic function of ChREBP along AKT/mTOR-mediated proliferation of hepatocytes and induction of hepatocellular carcinoma.