Molecular pathogenesis in the initiation and progression of colorectal cancer

dc.affiliation.instituteLübecker Institut für Experimentelle Dermatologie
dc.contributor.authorAlhosani, Faisal Hassan
dc.contributor.refereeLaumonnier, Yves
dc.date.accepted2025-07-10
dc.date.accessioned2025-10-07T14:14:40Z
dc.date.available2025-10-07T14:14:40Z
dc.date.issued2025
dc.descriptionFälle von kolorektalem Karzinom (CRC) gehören weltweit zu den dritthäufigsten bösartigen Erkrankungen und sind eine führende Ursache für krebsbedingte Sterblichkeit. CRC wird typischerweise in Vorläuferläsionen wie Adenome, hochgradige Dysplasien oder Karzinome in situ sowie in maligne Formen wie Adenokarzinome eingeteilt, was die progressive Natur der kolorektalen Tumorentwicklung widerspiegelt. Die Inzidenz- und Sterblichkeitsraten zeigen sich auch auf nationaler Ebene, wobei CRC in den Vereinigten Arabischen Emiraten (VAE) die tödlichste Krebsart bei Männern darstellt. Die spezifische Ätiologie von CRC ist weiterhin weitgehend unklar. Forscher sind sich jedoch einig, dass die Hauptursachen für kolorektalen Krebs genetische Veranlagung, Ernährungsgewohnheiten – insbesondere eine Ernährung mit hohem Anteil an verarbeiteten oder roten Fleischsorten –, zugrundeliegende nicht-kanzeröse Erkrankungen wie chronisch entzündliche Darmerkrankungen sowie Lebensstilfaktoren wie Rauchen, übermäßiger Alkoholkonsum, Bewegungsmangel und Fettleibigkeit umfassen. Insbesondere wird angenommen, dass die Fehlregulation des nuklearen Faktors κB (NF-κB) eine hochkomplexe Rolle bei CRC spielt. Der CARD11-BCL10-MALT1-(CBM-)Signalosom-Komplex ist entscheidend für die Aktivierung von NF-κB in Lymphozyten, insbesondere T- und B-Zellen. Das CARD11-Gen ist ein wichtiger Bestandteil dieses Komplexes und wird auch als potenziell an der Entstehung und Entwicklung von CRC beteiligt angesehen. Die genauen Wirkungen von CARD11 bei CRC sind jedoch im Vergleich zu anderen Krebsarten wenig erforscht. Ziel dieser Studie war es daher, aufzuklären, wie eine CARD11-Überexpression die Prognose von CRC verschlechtert. Um die von CARD11 beeinflussten zellulären Signalwege zu identifizieren, wurde eine Transkriptomanalyse an HCT-116- und HT-29-CRC-Zelllinien mit CARD11-Überexpression sowie an mit Leer-Vektor transfizierten Zelllinien durchgeführt. Darüber hinaus wurden Transkriptomdaten von CRC-Patienten mit Adenomen und Karzinomen mit niedriger (CARD11−) bzw. hoher (CARD11+) CARD11-Expression verglichen. Die Ergebnisse zeigten, dass CARD11 eine zentrale Rolle im Fortschreiten von CRC spielt. Eine Absolute GSEA (absGSEA) der HCT-116-Transkriptomdaten ergab, dass die CARD11-Überexpression Zellwachstum und Gewebeumbau fördert und die Immunantwort verstärkt. Schlüsselgene, die mit CARD11 ko-exprimiert wurden, wie EP300, KDM5A, HIF1A, NFKBIZ und DUSP1, wurden als Vermittler dieser Prozesse identifiziert. In der HT-29-Zelllinie aktivierte die CARD11-Überexpression Signalwege, die mit Chemotaxis und Organisation der extrazellulären Matrix (ECM) verbunden sind, erkennbar an IL1RN, MDK, SPP1 und Chemokinen wie CXCL1, CXCL3 und CCL22, die zur invasiveren CRC-Phase beitragen. Bei Patientenproben zeigten Adenom-Patienten eine erhöhte Expression von Genen, die mit dem tumorimmunologischen Mikromilieu verbunden sind, wie IL6ST, Kollagen-Familienmitglieder und Übergangsmarker von CRC wie GLI3 und PIEZO2. Die Transkriptomanalyse zeigte unterschiedliche Expressionsprofile in beiden Zelllinien mit CARD11-Überexpression. Die Analyse ergab, dass in HCT-116 relativ mehr Gene hochreguliert waren als in HT-29, was darauf hindeutet, dass die CARD11-Überexpression in HCT-116 einen stärkeren Effekt hat. Während HT-29 ein stabileres Expressionsmuster beibehielt, zeigte HCT-116 eine signifikante Aktivierung von Immunantwort-Signalwegen bei CARD11+-Adenompatienten. Bei Karzinompatienten wurde ein dramatischer Anstieg der Expression von MAPK8IP2 bei CARD11+-Patienten festgestellt, zusammen mit anderen krebsbezogenen Genen wie EMB, EPHB6 und CPEB4. Für die verschiedenen Stadien der CRC-Erkrankung zeigte der transkriptionale Ko-Regulationsmechanismus unterschiedlich exprimierte Gene (DEGs) in den Adenokarzinom-Kohorten, darunter CEBPZ, MED10 und PAWR. Im Gegensatz dazu waren SIRT6, ARRB1, TADA2A, CTBP1 und CTBP2 in Adenomproben hochreguliert. Die funktionalen Signalwege der Proteinkinase zeigten eine Herunterregulierung von OBSCN, ERN1, ERN2 und CAM2KG in den Adenokarzinom-Kohorten. Zusammenfassend zeigt diese Studie, dass CARD11 ein zentraler Regulator im Fortschreiten des kolorektalen Karzinoms ist und verschiedene Signalwege beeinflusst, die mit Immunmodulation, ECM-Remodelling und Tumorinvasivität verbunden sind. Neben stadienbezogenen Transkriptomprofilen verdeutlichen diese Ergebnisse die unterschiedlichen molekularen Muster zwischen Adenomen und Karzinomen, was zu einem tieferen Verständnis der CRC-Pathogenese beiträgt und den Wert von CARD11 sowohl als Biomarker als auch als potenzielles therapeutisches Ziel unterstreicht.
dc.description.abstractColorectal cancer (CRC) cases are among the third most common malignancies worldwide and a leading cause of cancer-related mortality. CRC is typically classified into precursor lesions such as adenomas, high-grade dysplasia, or carcinoma in situ, and malignant forms like adenocarcinomas, reflecting the progressive nature of colorectal tumorigenesis.. The incidence and mortality rates are reflected at the national level, with CRC being the deadliest cancer among males in the United Arab Emirates (UAE). The specific etiology of CRC is still largely unclear. However, Researchers generally agree that the primary contributors to colorectal cancer include genetic predisposition, dietary patterns, particularly those high in processed or red meats, and underlying non-cancerous conditions such as inflammatory bowel disease, as well as lifestyle factors like smoking, excessive alcohol consumption, physical inactivity, and obesity.. In particular, dysregulation of the nuclear factor- κB (NF-κB) pathway is thought to play a highly complex role in CRC. The CARD11-BCL10- MALT1 (CBM) signalosome complex is critical for NF-κB activation in lymphocytes, particularly T and B cells. The CARD11 gene is a crucial part of this complex and is also speculated to be involved in CRC onset and development. However, the specific CARD11 effects in CRC are poorly researched compared to other cancers. Thus, this study aimed to elucidate how CARD11 overexpression exacerbates the prognosis of CRC. To identify the cellular pathways influenced by CARD11, transcriptomic analysis was carried out on CARD11– overexpressed HCT-116 and HT-29 CRC cell lines alongside empty vector- transfected cell lines. Furthermore, transcriptomic data was compared from adenoma and carcinoma CRC patients with low- CARD11 (CARD11-) and high- CARD11 (CARD11+) expression. The results indicated that CARD11 plays a key role in CRC progression. Absolute GSEA (absGSEA) on HCT-116 transcriptomics data revealed that CARD11 overexpression promotes cell growth and tissue remodeling and enhances immune response. Key genes co- expressed with CARD11, such as EP300, KDM5A, HIF1A, NFKBIZ, and DUSP1, were identified as mediators of these processes. In the HT-29 cell line, CARD11 overexpression activated pathways involved in chemotaxis and extracellular matrix (ECM) organization, marked by IL1RN, MDK, SPP1, and chemokines like CXCL1, CXCL3, and CCL22, which were shown to contribute to the more invasive stage of CRC. In patient samples, adenoma patients exhibited increased expression of genes associated with the tumor immune microenvironment, such as IL6ST, collagen family members, and CRC transition markers like GLI3 and PIEZO2 Transcriptomics analysis indicated distinct expression profiles in both cell lines with CARD11 overexpression. The analysis showed there were relatively more genes upregulated in HCT-116 compared to the HT-29 cell line, indicating that CARD11 overexpression has a more pronounced effect on the HCT-116. While HT-29 maintained a more stable expression pattern, HCT-116 showed significant activation of pathways related to immune responses.in CARD11+ adenoma patients. Carcinoma patients showed a dramatic increase in the expression of MAPK8IP2 in CARD11+ carcinoma patients alongside other cancer-related genes, including EMB, EPHB6, and CPEB4. For the various stages of CRC study, the transcriptional co-regulatory mechanisms pathway exhibited differentially expressed genes (DEGs) in the adenocarcinoma cohorts. These included CEBPZ, MED10, and PAWR. In contrast, SIRT6, ARRB1, TADA2A, CTBP1, and CTBP2 were upregulated genes in adenoma samples. The protein kinase functional pathways exhibited downregulation of OBSCN, ERN1, ERN2, and CAM2KG genes in the adenocarcinoma cohorts. In conclusion, this study reveals CARD11 as a key regulator in colorectal cancer progression, influencing diverse pathways tied to immune modulation, ECM remodeling, and tumor invasiveness. Besides stage-specific transcriptomic profiling, these findings highlight distinct molecular patterns between adenoma and carcinoma, providing a deeper understanding of CRC pathogenesis and affirming the value of CARD11 as both a biomarker and a potential therapeutic target.
dc.identifier.urihttps://epub.uni-luebeck.de/handle/zhb_hl/3517
dc.identifier.urnurn:nbn:de:gbv:841-202510071
dc.language.isoen
dc.subjectColorectal Cancer
dc.subjectadenoma
dc.subjectadenocarcinoma
dc.subjecttumor immune microenvironment
dc.subjectGSEA
dc.subjectbiomarker discovery
dc.subjectCARD11
dc.subjectNF-κB pathway
dc.subject.ddc610
dc.titleMolecular pathogenesis in the initiation and progression of colorectal cancer
dc.typethesis.doctoral

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