Expression of apoptosis-related proteins in thyroid tumors and thyroid carcinoma cell lines

Summary

Whereas in normal human thyroid tissue total cell mass is maintained by a balance between cell proliferation and apoptosis, the programmed cell death, in thyroid tumors this equilibrium is disrupted. In tumor cells, an augmented proliferation rate is no longer counterbalanced by an equally enhanced apoptosis resulting in an increased netto growth rate. To investigate regulation of apoptosis in thyroid tumors, we analyzed the expression of apoptosis-related proteins of the bcl-2 family in human thyroid tissues and in the human thyroid carcinoma cell lines FTC 133, HTC, HTC-TSHr and HTh74. In comparison to normal tissue, we detected an increased expression of the anti-apoptotic protein bcl-2 in adenomas, whereas follicular carcinomas showed various expression of bcl-2 with decreased levels in 32% of cases. Bclx_L expression was comparable in all tissues examined. The pro-apoptotic protein bax was expressed at lower levels in carcinomas than in adenomas, whereas bak and bclx_s were expressed in the same order of magnitude in all tissues examined. In contrast, thyroid carcinoma cell lines exhibited a relatively strong expression of bclx_L, but a weak expression of bcl-2. In all four cell lines, the amounts of the pro-apoptotic proteins bax, bak and bclx_s were higher than in most tumor tissues. Our data show that in thyroid tumors expression of members of the bcl-2 protein family is not uniform. Rather, the expression pattern of pro- and anti-apoptotic proteins in thyroid tumors is heterogeneous. This may, at least in part, reflect the futile attempt of tumor cells to counterbalance the action of growth-promoting factors in thyroid tumorigenesis.

Zusammenfassung

Während in der normalen humanen Schilddrüse die Gesamtzellzahl durch ein Gleichgewicht zwischen Zell-Proliferation und Apoptose, dem sogenannten programmierten Zelltod, aufrechterhalten wird, ist diese Balance in Schilddrüsentumoren gestört. In Tumorzellen wird eine erhöhte Proliferationsrate nicht durch eine verstärkte Apoptose kompensiert, so daß es zu einer erhöhten Netto-wachstumsrate kommt. Um die Regulierung der Apoptose in Schilddrüsentumoren zu untersuchen, haben wir die Expression von Apoptose-assoziierten Proteinen der bcl-2-Familie in humanem Schilddrüsengewebe und in den humanen Schilddrüsenkarzinomzellinien FTC 133, HTC, HTC-TSHr und HTh74 analysiert. Im Vergleich zu normalem Gewebe fanden wir eine verstärkte Expression des anti-apoptotischen Proteins bcl-2 in Schilddrüsenadenomen; dagegen zeigten follikuläre Karzinome unterschiedliche Expressionsniveaus, mit einer verminderten Expression in 32% der Fälle. Die Expression von bclx_L war in allen untersuchten Geweben vergleichbar. Das pro-apoptotische Protein bax wurde in Karzinomen schwächer exprimiert als in Adenomen, während bak und bclx_s in der gleichen Größenordnung in allen untersuchten Geweben exprimiert wurden. Die Schilddrüsenkarzinomzell-linien dagegen zeigten eine relativ starke Expression von bclx_L, aber eine geringe Synthese von bcl-2. In allen vier Zellinien war die Expression der pro-apoptotischen Proteine bax, bak und bclx_s stärker als in den meisten Geweben. Unsere Ergebnisse zeigen, daß in Schilddrüsentumoren die Veränderungen der Expression von Mitgliedern der bcl-2 Proteinfamilie nicht einheitlich, sondern heterogen sind. Diese Tatsache könnte, zumindest zum Teil, den erfolglosen Versuch der Tumorzelle darstellen, die Wirkung von wachstumsstimulierenden Faktoren zu kompensieren.

Key words

Apoptosis - thyroid - bcl-2 - bclx - bak - bax