The role of non-neuronal cholinergic components in leukemogenesis
4
Issued Date
2023
Copyright Date
2016
Language
eng
File Type
application/pdf
No. of Pages/File Size
xviii, 118 leaves : ill. (some col.)
Access Rights
restricted access
Rights Holder(s)
Mahidol University
Bibliographic Citation
Thesis (Ph.D. (Immunology))--Mahidol University, 2016
Suggested Citation
Sadudee Chotirat The role of non-neuronal cholinergic components in leukemogenesis. Thesis (Ph.D. (Immunology))--Mahidol University, 2016. Retrieved from: https://repository.li.mahidol.ac.th/handle/123456789/89773
Title
The role of non-neuronal cholinergic components in leukemogenesis
Alternative Title(s)
บทบาทขององค์ประกอบของระบบนันนิวโรนอลโคลิเนอร์จิกต่อการเกิดพยาธิสภาพของโรคมะเร็งเม็ดเลือดขาว
Author(s)
Advisor(s)
Abstract
The non-neuronal cholinergic system (NNCS) and its components have been shown to play a role in hematopoietic differentiation. I hypothesized that alteration of NNCS could also play a role in mediating leukemogenesis. The expression of cholinergic components in leukemic cell lines was determined by Western blotting and in normal leukocyte subsets by flow cytometry. The results of this study showed a heterogeneous expression of choline acetyltransferase (ChAT), acetylcholinesterase (AChE), choline transporter (CHT), M3 muscarinic acetylcholine receptor (M3-mAChR) and a7 nicotinic acetylcholine receptor (a7-nAChR). Within normal leukocyte subsets, neutrophils exhibited the highest AChE (degrading acetylcholine enzyme) expression as compared to monocytes and unfractionated lymphocytes, and B lymphocytes exhibited a higher AChE expression compared to NK cells and T lymphocytes. Moreover, malignant B lymphocytes (CD19+CD5+) showed a significantly decreased expression as compared with normal B lymphocytes (CD19+CD5-) in B-cell chronic lymphocytic leukemia (B-CLL) patients (P<0.024). I then evaluated NNCS's role in the differentiation of the human NB-4 acute promyelocytic leukemia cell line and found a dramatic induction of M3-mAChR after all-trans retinoic acid (ATRA) treatment (p<0.0001). Adding the cholinergic agonist, carbachol, to ATRA treatment led to an increase of CD11b, a granulocytic differentiation marker compared with ATRA treatment alone (p<0.05), indicating that cholinergic activation enhanced ATRA in inducing NB-4 maturation. The combination of carbachol and ATRA treatment resulted in decreased viability as determined by XTT cell viability assay and increased cleaved caspase-3 expression when compared with ATRA treatment alone (p<0.05). However, this combination did not cause poly (ADP-ribose) polymerase (PARP) cleavage, indicating that carbachol treatment led to apoptosis via caspase-3 activation but not PARP activation. Overall, NB-4 cells expressed M3-mAChR in a differentiation-dependent manner and cholinergic stimulation induced maturation and apoptosis of ATRA-induced differentiated NB-4 cells. Furthermore, the investigation of the genomic variations of NNCS components was delineated by performing whole exome sequencing (WES), resulting in an innovative bioinformatics workflow. In a run-in set of experiments, a variation in the M5- muscarinic acetylcholine receptor (M5-mAChR) in a T-acute lymphoblastic leukemia (T-ALL) patient was detected and predicted to regulate the muscarinic signaling pathway, cell proliferation, and dopamine transport, although variations of other NNCS components were not detected in other leukemia subtypes. In conclusion, NNCS can mediate leukemogenesis via its components and cholinergic stimulation can enhance the development of ATRA-induced differentiation of NB-4 leukemia cells. These findings suggest a potentially novel therapeutic regimen utilizing cholinergic stimulation in standard differentiation-inducing regimens in acute leukemia.
ได้มีการศึกษาพบว่าระบบนันนิวโรนอลโคลิเนอร์จิกและองค์ประกอบต่างๆ มีบทบาทในการควบคุมการเจริญแก่ตัวของระบบเซลล์เม็ดเลือด งานวิจัยนี้ได้ตั้งสมมติฐานเพื่อศึกษาบทบาทหน้าที่ของระบบนันนิวโรนอลโคลิเนอร์จิกต่อการเกิดพยาธิสภาพของโรคมะเร็งเม็ดเลือดขาว โดยดูการแสดงออกขององค์ประกอบในเซลล์เพาะเลี้ยงมะเร็งเม็ดเลือดขาวหลายชนิดด้วยวิธี Western blotting และในกลุ่มเซลล์เม็ดเลือดปกติด้วยวิธีโฟลซัยโตเมทรี โดยพบว่าโปรตีนซึ่งเป็นเอนไซม์และตัวรับสารอะซิทิลโคลีน choline acetyltransferase (ChAT), acetylcholinesterase (AChE), choline transporter (CHT), M3 muscarinic acetylcholine receptor (M3-mAChR) และ α7 nicotinic acetylcholine receptor (α7-nAChR) มีการแสดงออกอย่างแตกต่างและหลากหลายในเซลล์เพาะเลี้ยง โดยในกลุ่มเซลล์เม็ดเลือดปกติ นิวโตรฟิลมีการแสดงออกของโปรตีน AChE มากที่สุด รองลงมาคือโมโนซัยท์และลิมโฟซัยท์ตามลำดับ และในกลุ่มลิมโฟซัยท์เอง ชนิดบีลิมโฟซัยท์เป็นกลุ่มที่มีการแสดงออกของโปรตีน AChE สูงสุดตามด้วยเซลล์ชนิดเอ็นเคและทีลิมโฟซัยท์ตามลำดับ นอกจากนี้ ยังพบว่ากลุ่มบีลิมโฟซัยท์ที่เป็นเซลล์มะเร็ง (CD19+CD5+) ในผู้ป่วย B-cell chronic lymphocytic leukemia (B-CLL) มีการแสดงออกของโปรตีน AChE น้อยกว่ากลุ่มบีลิมโฟซัยท์ปกติ (CD19+CD5-) อย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ (p<0.024) งานวิจัยนี้ยังได้ศึกษาเซลล์เพาะเลี้ยงมะเร็งเม็ดเลือดขาวชนิด acute promyelocytic leukemia (APL) โดยใช้เซลล์ NB-4 โดยพบว่ามีการเพิ่มการแสดงออกของโปรตีน M3-mAChR อย่างมีนัยสำคัญ (p<0.0001) เมื่อเหนี่ยวนำเซลล์ NB-4 ให้พัฒนาเป็นตัวเต็มวัยด้วยสาร all-trans retinoic acid (ATRA) และเมื่อกระตุ้นเซลล์ด้วยสาร carbachol ซึ่งเป็นสารกระตุ้นโคลิเนอร์จิก พบว่าการแสดงออกของ CD11b ซึ่งเป็นตัวชี้วัดการพัฒนาเป็นตัวเต็มวัยของเม็ดเลือดขาวชนิด granulocytes มีการเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเทียบกับเซลล์ที่ไม่ถูกกระตุ้น (p<0.05) แสดงให้เห็นว่าสารกระตุ้นโคลิเนอร์จิกช่วยเพิ่มผลของสาร ATRA ต่อกระบวนการพัฒนาเป็นตัวเต็มวัยของเซลล์เม็ดเลือดขาว นอกจากนี้ เซลล์ที่ถูกเลี้ยงด้วย carbachol และ ATRA มีอัตราการรอดชีวิตลดลงเมื่อตรวจสอบด้วยเทคนิค XTT และมีการแสดงออกของโปรตีน cleaved caspase-3 เพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับเซลล์ที่เลี้ยงด้วย ATRA เพียงอย่างเดียว (p<0.05) โดยไม่พบการเปลี่ยนแปลงการแสดงออกของโปรตีน poly (ADP-ribose) polymerase (PARP) แสดงว่า การกระตุ้นเซลล์ด้วยสาร carbachol เหนี่ยวนำให้เกิดการตายผ่านการกระตุ้นโปรตีน caspase-3 ซึ่งเกี่ยวข้องกับโปรตีน PARP โดยภาพรวมเซลล์เพาะเลี้ยง NB-4 มีการแสดงออกของโปรตีน M3-mAChR เมื่อเซลล์ถูกเหนี่ยวนาให้พัฒนาเป็นตัวเต็มวัย และสารกระตุ้นโคลิเนอร์จิกช่วยสนับสนุนการพัฒนาเป็นตัวเต็มวัยและการตายของเซลล์เพาะเลี้ยงที่ถูกเหนี่ยวนำด้วย ATRA งานวิจัยยังได้ศึกษาการเปลี่ยนแปลงของขององค์ประกอบของระบบนันนิวโรนอลโคลิเนอร์จิกในยีโนมด้วยเทคนิค Whole genome sequencing (WES) โดยได้พัฒนาแนวทางการวิเคราะห์ทางชีวศาสตร์สนเทศ (Bioinformatics) ขึ้นมาใหม่ และพบการเปลี่ยนแปลงของยีน M5-mAChR ในผู้ป่วย T-acute lymphoblastic leukemia (T-ALL) ซึ่งคาดว่ามีผลต่อการควบคุม muscarinic signaling pathway และการเจริญเติบโตของเซลล์ รวมถึงการรับส่ง dopamine ทั้งนี้ไม่พบการเปลี่ยนแปลงในมะเร็งเม็ดเลือดขาวชนิดอื่น โดยสรุป การศึกษาครั้งนี้ได้แสดงให้เห็นว่า ระบบนันนิวโรนอลโคลิเนอร์จิกมีบทบาทต่อการเกิดการพยาธิสภาพของโรคมะเร็งเม็ดเลือดขาว ผ่านทางการทำงานของโมเลกุลองค์ประกอบต่างๆ ภายในระบบ และการกระตุ้นเซลล์มะเร็งเม็ดเลือดขาว NB-4 ด้วยสารกระตุ้นโคลิเนอร์จิกสามารถส่งเสริมการพัฒนาเป็นตัวเต็มวัยของเซลล์มะเร็งที่ถูกกระตุ้นด้วย ATRA ผลการวิจัยนี้ได้เสนอแนะแนวทางการรักษาแบบใหม่สำหรับผู้ป่วยมะเร็งเม็ดเลือดขาวชนิดเฉียบพลันโดยให้ใช้สารกระตุ้นโคลิเนอร์จิกร่วมกับการรักษามาตรฐานเพื่อทาให้เซลล์มะเร็งมีการพัฒนาจากตัวอ่อนเป็นเซลล์ที่แก่ขึ้นได้
ได้มีการศึกษาพบว่าระบบนันนิวโรนอลโคลิเนอร์จิกและองค์ประกอบต่างๆ มีบทบาทในการควบคุมการเจริญแก่ตัวของระบบเซลล์เม็ดเลือด งานวิจัยนี้ได้ตั้งสมมติฐานเพื่อศึกษาบทบาทหน้าที่ของระบบนันนิวโรนอลโคลิเนอร์จิกต่อการเกิดพยาธิสภาพของโรคมะเร็งเม็ดเลือดขาว โดยดูการแสดงออกขององค์ประกอบในเซลล์เพาะเลี้ยงมะเร็งเม็ดเลือดขาวหลายชนิดด้วยวิธี Western blotting และในกลุ่มเซลล์เม็ดเลือดปกติด้วยวิธีโฟลซัยโตเมทรี โดยพบว่าโปรตีนซึ่งเป็นเอนไซม์และตัวรับสารอะซิทิลโคลีน choline acetyltransferase (ChAT), acetylcholinesterase (AChE), choline transporter (CHT), M3 muscarinic acetylcholine receptor (M3-mAChR) และ α7 nicotinic acetylcholine receptor (α7-nAChR) มีการแสดงออกอย่างแตกต่างและหลากหลายในเซลล์เพาะเลี้ยง โดยในกลุ่มเซลล์เม็ดเลือดปกติ นิวโตรฟิลมีการแสดงออกของโปรตีน AChE มากที่สุด รองลงมาคือโมโนซัยท์และลิมโฟซัยท์ตามลำดับ และในกลุ่มลิมโฟซัยท์เอง ชนิดบีลิมโฟซัยท์เป็นกลุ่มที่มีการแสดงออกของโปรตีน AChE สูงสุดตามด้วยเซลล์ชนิดเอ็นเคและทีลิมโฟซัยท์ตามลำดับ นอกจากนี้ ยังพบว่ากลุ่มบีลิมโฟซัยท์ที่เป็นเซลล์มะเร็ง (CD19+CD5+) ในผู้ป่วย B-cell chronic lymphocytic leukemia (B-CLL) มีการแสดงออกของโปรตีน AChE น้อยกว่ากลุ่มบีลิมโฟซัยท์ปกติ (CD19+CD5-) อย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ (p<0.024) งานวิจัยนี้ยังได้ศึกษาเซลล์เพาะเลี้ยงมะเร็งเม็ดเลือดขาวชนิด acute promyelocytic leukemia (APL) โดยใช้เซลล์ NB-4 โดยพบว่ามีการเพิ่มการแสดงออกของโปรตีน M3-mAChR อย่างมีนัยสำคัญ (p<0.0001) เมื่อเหนี่ยวนำเซลล์ NB-4 ให้พัฒนาเป็นตัวเต็มวัยด้วยสาร all-trans retinoic acid (ATRA) และเมื่อกระตุ้นเซลล์ด้วยสาร carbachol ซึ่งเป็นสารกระตุ้นโคลิเนอร์จิก พบว่าการแสดงออกของ CD11b ซึ่งเป็นตัวชี้วัดการพัฒนาเป็นตัวเต็มวัยของเม็ดเลือดขาวชนิด granulocytes มีการเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเทียบกับเซลล์ที่ไม่ถูกกระตุ้น (p<0.05) แสดงให้เห็นว่าสารกระตุ้นโคลิเนอร์จิกช่วยเพิ่มผลของสาร ATRA ต่อกระบวนการพัฒนาเป็นตัวเต็มวัยของเซลล์เม็ดเลือดขาว นอกจากนี้ เซลล์ที่ถูกเลี้ยงด้วย carbachol และ ATRA มีอัตราการรอดชีวิตลดลงเมื่อตรวจสอบด้วยเทคนิค XTT และมีการแสดงออกของโปรตีน cleaved caspase-3 เพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับเซลล์ที่เลี้ยงด้วย ATRA เพียงอย่างเดียว (p<0.05) โดยไม่พบการเปลี่ยนแปลงการแสดงออกของโปรตีน poly (ADP-ribose) polymerase (PARP) แสดงว่า การกระตุ้นเซลล์ด้วยสาร carbachol เหนี่ยวนำให้เกิดการตายผ่านการกระตุ้นโปรตีน caspase-3 ซึ่งเกี่ยวข้องกับโปรตีน PARP โดยภาพรวมเซลล์เพาะเลี้ยง NB-4 มีการแสดงออกของโปรตีน M3-mAChR เมื่อเซลล์ถูกเหนี่ยวนาให้พัฒนาเป็นตัวเต็มวัย และสารกระตุ้นโคลิเนอร์จิกช่วยสนับสนุนการพัฒนาเป็นตัวเต็มวัยและการตายของเซลล์เพาะเลี้ยงที่ถูกเหนี่ยวนำด้วย ATRA งานวิจัยยังได้ศึกษาการเปลี่ยนแปลงของขององค์ประกอบของระบบนันนิวโรนอลโคลิเนอร์จิกในยีโนมด้วยเทคนิค Whole genome sequencing (WES) โดยได้พัฒนาแนวทางการวิเคราะห์ทางชีวศาสตร์สนเทศ (Bioinformatics) ขึ้นมาใหม่ และพบการเปลี่ยนแปลงของยีน M5-mAChR ในผู้ป่วย T-acute lymphoblastic leukemia (T-ALL) ซึ่งคาดว่ามีผลต่อการควบคุม muscarinic signaling pathway และการเจริญเติบโตของเซลล์ รวมถึงการรับส่ง dopamine ทั้งนี้ไม่พบการเปลี่ยนแปลงในมะเร็งเม็ดเลือดขาวชนิดอื่น โดยสรุป การศึกษาครั้งนี้ได้แสดงให้เห็นว่า ระบบนันนิวโรนอลโคลิเนอร์จิกมีบทบาทต่อการเกิดการพยาธิสภาพของโรคมะเร็งเม็ดเลือดขาว ผ่านทางการทำงานของโมเลกุลองค์ประกอบต่างๆ ภายในระบบ และการกระตุ้นเซลล์มะเร็งเม็ดเลือดขาว NB-4 ด้วยสารกระตุ้นโคลิเนอร์จิกสามารถส่งเสริมการพัฒนาเป็นตัวเต็มวัยของเซลล์มะเร็งที่ถูกกระตุ้นด้วย ATRA ผลการวิจัยนี้ได้เสนอแนะแนวทางการรักษาแบบใหม่สำหรับผู้ป่วยมะเร็งเม็ดเลือดขาวชนิดเฉียบพลันโดยให้ใช้สารกระตุ้นโคลิเนอร์จิกร่วมกับการรักษามาตรฐานเพื่อทาให้เซลล์มะเร็งมีการพัฒนาจากตัวอ่อนเป็นเซลล์ที่แก่ขึ้นได้
Degree Name
Doctor of Philosophy
Degree Level
Doctoral Degree
Degree Department
Faculty of Medicine Siriraj Hospital
Degree Discipline
Immunology
Degree Grantor(s)
Mahidol University