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Große epidemiologische Studien haben gezeigt, dass Patienten mit einem Diabetes mellitus oder einem metabolischen Syndrom ein erhöhtes Risiko für die Entstehung eines Hepatozellulären Karzinoms (HCC) besitzen. In einem in der Arbeitsgruppe von F. Dombrowski entwickelten Tiermodell konnte gezeigt werden, dass eine dauerhaft erhöhte Insulin- und Glukosekonzentration nach niedrig-dosierter portal-embolischer Pankreasinseltransplantation in diabetischen Ratten einen karzinogenen Effekt auf die Hepatozyten ausübt. Da der Signalweg über die Proteinkinase AKT und seine Effektormoleküle wie mTOR (mammalian target of Rapamycin) einerseits in der humanen Hepatokarzinogenese aktiviert ist, andererseits aber auch einen typischen intrazellulären Mediatorweg des Insulinsignals darstellt, war das Ziel dieser Arbeit, die funktionelle Bedeutung einer AKT/mTOR-Aktivierung in diesem Tiermodell mittels Western Blot und Immunhistochemie zu charakterisieren. AKT und seine Effektormoleküle (mTOR, NFkB, Bcl-2) sind dabei bereits in den frühesten Präneoplasien verstärkt exprimiert, durch AKT in ihrer Funktion negativ-regulierte Effektormoleküle (FOXO1, 4EBP1 und BAD) werden hingegen inhibiert. Diese Effekte nehmen im Verlauf der Karzinogenese vom Stadium der Präneoplasien zu den HCC deutlich zu. Daher lässt sich schlussfolgern, dass in der Insulin-induzierten Hepatokarzinogenese nach Pankreasinseltransplantation in diabetischen Ratten der AKT/mTOR-Signalweg als intrazellulärer Mediator des Insulinsignals von Beginn an aktiviert ist und an der Entstehung der Präneoplasien und der nachfolgenden Transformation in hepatozelluläre Tumoren eine wesentliche Bedeutung haben dürfte. Die AKT/mTOR Aktivierung ist ferner für die Induktion des lipogenen Phänotyps und die Heraufregulation der lipogenen Enzyme FASN, ACAC, ACLY, ähnlich wie beim HCC des Menschen und im Mausmodell, verantwortlich. Zum einen bietet dieses Modell somit auf molekularer Ebene Erklärungsansätze für die epidemiologisch gesicherte aber bisher pathogenetisch nicht verstandene Entstehung des HCC beim Menschen mit hyperinsulinämischen Diabetes mellitus. Zum anderen bleibt darüber hinaus abzuwarten, inwieweit sich durch Hemmung dieses onkogenen Signalwegs Ansätze für die Therapie des HCC bei Patienten mit dereguliertem Insulinstoffwechsel ergeben könnten.
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.