Evidence for a Modulation of Apoptosis by Recombinant Human Choriogonadotropin (r-hCG) in Uterine Leiomyoma Cell Cultures

Zusammenfassung

Fragestellung

Uterine Leiomyome sind die häufigsten gutartigen Neoplasien der Frau. Ihr Wachstum wird durch Östradiol und Progesteron gefördert. Im Schwangerschaftverlauf zeigen die meisten Leiomyome trotz hoher Steroidkonzentrationen kein signifikantes Wachstum. Dies könnte auf eine Induktion des programmierten Zelltods durch Apoptose durch das Choriogonadotropin des Menschen (hCG) zurückzuführen sein, wie sie für andere Zellarten gezeigt werden konnte. HCG/LH-Rezeptoren werden von Leiomyomen exprimiert. In dieser Arbeit wurde deshalb untersucht, ob hCG einen direkten Einfluss auf die DNA-Fragmentierungsrate in der Leiomyomzellkultur hat.

Material und Methoden

Um diese Hypothese zu überprüfen, wurde eine Leiomyomzellkultur etabliert und die Zellen wurden für 24 und 48 Stunden mit rekombinantem hCG (0,1, 1, 10 oder 100 IU/ml) bzw. mit 8-bromo cAMP (1 mM) behandelt. Dannach wurde die zelluläre DNA isoliert und am 3′-Ende mit (³²P)-ddATP markiert. Um die DNA-Fragmentation zu quantifizieren, wurde die DNA elektrophoretisch aufgetrennt und nach dem Trocknen der Gele gegenüber Röntgenfilm exponiert. Die Banden < 15 kbp wurden ausgeschnitten, um die Radioaktivität im β-Counter zu quantifizieren. Die statistische Aufwertung erfolgte mit dem Friedman-Test.

Ergebnisse

Die Behandlung mit r-hCG verursachte eine signifikante Stimulation der DNA-Fragmentationsrate (p < 0,05) nach 48 Stunden Behandlungsdauer, die durch das „second messenger“-Analogon 8-bromo cAMP imitiert wurde (p < 0,05).

Schlussfolgerung

Die Steigerung der Apoptoserate durch hCG könnte erklären, warum Leiomyome während einer Schwangerschaft trotz hoher Steroidkonzentrationen nicht signifikant wachsen. Klinische Untersuchungen müssen zeigen, ob r-hCG sich zur Therapie uteriner Leiomyome eignet.

Abstract

Purpose

Uterine leiomyomas are the most common benign neoplasm of the human female. The growth of leiomyomas has been demonstrated to depend on estradiol and progesterone. During pregnancy, however, most leiomyomas do not grow significantly despite high circulating steroid concentrations. This could be due to an induction of apoptosis by human chorionic gonadotropin (hCG) that has been demonstrated in other cell types. HCG/LH receptors have been shown to be expressed by leiomyomas. It was the purpose of the present study to investigate whether hCG has a direct effect on DNA fragmentation in cell cultures of uterine leiomyomas.

Material and Methods

Leiomyoma cell cultures were established and the cells were treated for 24 and 48 h with recombinant hCG (0.1, 1, 10, or 100 IU/ml) or 8-bromo cAMP (1 mM). Cellular DNA was isolated and 3′end-labeled with (³²P)-ddATP. To assess the relative proportion of DNA fragmentation in the different treatment groups the radiolabeled DNA was separated by electrophoresis, the gels were dried and exposed to X-ray film. The fragments smaller than 15 kbp were excised and counted in a β-counter. The statistical evaluation was performed using the Friedman test.

Results

Treatment with r-hCG caused a significant stimulation of DNA fragmentation after 48 hours (p < 0.05). This effect was mimicked by the second-messenger analogue 8-bromo cAMP (p < 0.05).

Conclusions

The increase of apoptosis caused by hCG could potentially explain why uterine leiomyomas do not grow significantly during pregnancy despite the presence of high circulating steroid concentrations. Clinical studies are needed to investigate whether r-HCG can be used for the treatment of uterine leiomyomas.

Schlüsselwörter

Uterine Leiomyome - Zellkultur - hCG - Apoptose

Key words

Uterine leiomyoma - cell culture - hCG - apoptosis

References

• 1 Cramer S F, Patel A. The frequency of uterine leiomyomas.  Am J Clin Pathol. 1990;  94 435-438
• 2 Rein M S, Friedman A J, Barbieri R L, Pavelka K, Fletcher J A, Morton C C. Cytogenetic abnormalities in uterine leiomyomata.  Obstet Gynecol. 1991;  77 923-926
• 3 Bulun S E, Simpson E R, Word R A. Expression of the CYP 19 gene and its product aromatase cytochrome p450 in human uterine leiomyoma tissues and cells in culture.  J Clin Endocrinol Metab. 1994;  78 736-743
• 4 Friedman A J, Barbieri R L, Doubilet P M, Fine C, Shiff I. A randomized double-blind trial of a gonadotropin releasing-hormone agonist (leuprolide) with or without medroxyprogesterone acetate in the treatment of leiomyomata uteri.  Fertil Steril. 1988;  149 404-409
• 5 Rein M S, Barbieri R L, Friedman A J. Progesterone: a critical role in the pathogenesis of uterine myomas.  Am J Obstet Gynecol. 1995;  172 14-18
• 6 Kienle E, Hillger H, Hübner R, Jost V. Prospective, randomized study on the efficacy and safety of the 1 M- and 3 M - depot of leuprorelinacetate in patients with uterine fibroids.  Geburtsh Frauenheilk. 2001;  61 784-787
• 7 Lunardi-Iskandar Y, Bryant J L, Zeman R A, Lam V H, Samaniego F, Besnier J M, Hermans P, Thierry A R, Gill P, Gallo R C. Tumorigenesis and metastasis of neoplastic Kaposi's sarcoma cell line in immunodeficient mice blocked by a human pregnancy hormone.  Nature. 1995;  375 64-67
• 8 Singh M, Zuo J, Li X, Ambrus G, Lei Z M, Yussman M, Sanfilippo J S, Rao Ch V. Decreased expression of functional human chorionic gonadotropin/luteinizing hormone receptor gene in human uterine leiomyomas.  Biol Reprod. 1995;  53 591-597
• 9 Horiuchi A, Nikaido T, Yoshizawa T, Itoh K, Kobayashi Y, Toki T, Konishi I, Fujii S. hCG promotes proliferation of uterine leiomyomal cells more strongly than that of myometrial smooth muscle cells in vitro.  Mol Hum Reprod. 2000;  6 523-528
• 10 Koernyei J, Lei Z M, Rao Ch V. Human myometrial smooth muscle cells are novel targets of direct regulation by human chorionic gonadotropin.  Biol Reprod. 1993;  49 1149-1157
• 11 Aharoni A, Reiter A, Golan D, Paltiely Y, Sharf M. Patterns of growth of uterine leiomyomas during pregnancy. A prospective longitudinal study.  Br J Obstet Gynecol. 1988;  95 510-513
• 12 Lev-Toaff A S, Coleman B G, Arger P H, Mintz M C, Arenson R L, Toaff M E. Leiomyomas in pregnancy: sonographic study.  Radiology. 1987;  164 375-380
• 13 Candiani G B, Fedele L, Parazzini F, Villa L. Risk of recurrence after myomectomy.  Br J Obstet Gynecol. 1991;  98 385-389
• 14 Kobayashi Y, Nikaido T, Zhai Y L, Iinuma M, Shiozawa T, Shirota M, Fujii S. In vitro model of uterine leiomyomas: formation of ball-like aggregates.  Hum Reprod. 1996;  11 1724-1730
• 15 Tilly J L, Kowalski K I, Johnson A L, Hsueh A J. Involvement of apoptosis in ovarian follicular atresia and postovulatory regression.  Endocrinology. 1991;  129 2799-2801
• 16 Stewart E A, Rein M S, Friedman A J, Zuchowsky L, Nowak R A. Glycoprotein hormones and their common α-subunit stimulate prolactin production by explant cultures of human leiomyoma and myometrium.  Am J Obstet Gynecol. 1994;  170 677-683
• 17 Licht P, Wildt L. Gonadal and extragonadal receptors for human chorionic gonadotropin (hCG) and luteinizing hormone (LH).  Ass Reprod Rev. 1998;  8 152-172
• 18 Ascoli M, Fanelli F, Segaloff D L. The lutropin/choriogonadotropin receptor, a 2002 perspective.  Endocr Rev. 2002;  23 141-74
• 19 Zollner U, Classen V, Steck T, Dietl J. Fertility and pregnancy outcome after myomectomy.  Geburtsh Frauenheilk. 2001;  61 213-219
• 20 Muram D, Gillieson M, Walters J H. Myomas of the uterus in pregnancy: ultrasonographic follow-up.  Am J Obstet Gynecol. 1980;  138 16-19
• 21 Winer-Muram H AT, Muram D, Gillieson M S, Ivey B J, Muggah H F. Uterine myomas in pregnancy.  Can Med Assoc J. 1983;  128 949-950
• 22 Fayed Y M, Tsibris J M, Langenberg P W, Robertson A L. Human uterine leiomyoma cells: binding and growth responses to epidermal growth factor, platelet derived growth factor and insulin.  Lab Invest. 1989;  60 30-32
• 23 Rein M S, Friedman A J, Pandian M R, Heffner L J. The secretion of insulin-like growth factor I and II by explant cultures of fibroids and myometrium from women treated with a gonadotropin releasing hormone agonist.  Obstet Gynecol. 1990;  76 388-394
• 24 Giudice L C, Irwin J C, Dsupin B A, Pannier E M, Jin I CH, Vu T H, Hoffman A R. Insulin-like growth factor (IGF), IGF binding protein (IGFBP) and IGF receptor gene expression and IGFBP synthesis in human uterine leiomyomata.  Hum Reprod. 1993;  8 1796-1906
• 25 Aronica S M, Katzenellenbogen B S. Progesterone receptor regulation in uterine cells: stimulation by estrogen, cyclic adenosin 3′5′monophosphate, and insulin-like growth factor I and suppression by antiestrogens and protein kinase inhibitors.  Endocrinology. 1991;  128 2045-2052