Cloudberry (Rubus chamaemorus) and its components as chemopreventive constituents in ApcMin mice and human colon adenocarcinoma cells

Abstract

A diet rich in fruits and vegetables has been suggested to decrease the risk of colorectal cancer and the protective effects of these foods could probably be at least partly mediated by their polyphenolic compounds. The number of different polyphenols is huge and their effects on cells and tissues may differ. The promising results on chemopreventive effects of ellagitannin-rich pomegranate suggest that the other dietary sources of ellagitannins may also be effective in cancer prevention. The overall aim of the research reported in this thesis was to study the effects of cloudberry (Rubus chamaemorus), which is rich in ellagitannins, on all phases of intestinal tumour development. Specifically, the effects of cloudberry on the first two phases of carcinogenesis, initiation and promotion, were studied using the ApcMin mouse model. In addition, the effects of cloudberry extract on the indicators of the last phase of cancer development, progression and metastasis, and particularly cancer cell migration that is essential for this phase, were studied using scattering and wound healing assays in hepatocyte growth factor-induced HT29 and HCA7 human colon adenocarcinoma cell lines. A whole-cloudberry diet containing 10% (w/w) freeze-dried cloudberries significantly decreased the number and size of intestinal adenomas in ApcMin mice. In contrast, cloudberry seeds, cloudberry pulp, or pure ellagic acid, when incorporated into the diets in concentrations that corresponded to the whole-cloudberry diet, had no apparent effect. The effects of cloudberry on the development of adenomas were also compared with the effects of bilberry (Vaccinium myrtillus), which is rich in anthocyanins. Both berries decreased the number of adenomas, but their effects of adenoma size were different: thus, the adenoma size was decreased by cloudberry and increased by bilberry in comparison to the control diet. The opposite effects of the berries on tumour growth were associated with the changes in the gut microbiota, intestinal immunity, and the expression of energy metabolism-related genes. The activation of Met, which is also known as hepatocyte growth factor receptor induces cell migration and is considered to play an important role in tumour metastasis. Cloudberry extract inhibited cell migration by inhibiting the activation of Met in hepatocyte growth factor-induced human HT29 and HCA7 colon adenocarcinoma cells, and thus Met signalling and consequent activation of the phosphatidylinositol 3-kinase/AKT pathway. The activation of Met signalling in the tumours of cloudberry-fed ApcMin mice was also inhibited. The results of the research presented in this thesis suggest that consumption of cloudberry or cloudberry preparations may reduce the risk of colon cancer, slow down the growth of colon adenomas, and have therapeutic value in reducing cancer progression and metastasis. Long-term studies in human subjects are needed to confirm these results.Runsaasti kasvikunnan tuotteita sisältävä ruokavalio voi pienentää vaaraa sairastua paksusuolisyöpään. Tämä syövältä suojaava vaikutus perustuu todennäköisesti ainakin osittain näiden tuotteiden sisältämiin polyfenolisiin yhdisteisiin. Näiden yhdisteiden kirjo on laaja ja niillä on runsaasti erilaisia vaikutuksia soluissa ja kudoksissa. Lupaavat tulokset ellagitanniinien syöpää estävistä vaikutuksista tekevät runsaasti ellagitanniineja sisältävästä lakasta (Rubus chamaemorus) mielenkiintoisen tutkimuskohteen. Tämän työn tavoitteena oli tutkia lakan ja sen komponenttien vaikutuksia paksusuolisyövän kehittymiseen sen kaikissa vaiheissa. Lakan vaikutusta uusien kasvainten muodostumiseen ja jo olemassa olevien kasvainten kasvuun tutkittiin käyttäen ApcMin-hiirikantaa. Näille hiirille muodostuu spontaanisti kasvaimia, koska niillä on geenivirhe kasvainten kasvua estävässä geenissä. Paksusuolisyövän kehityskaaren viimeiselle eli progressiovaiheelle ominaista syöpäsolujen liikkumista ja soluissa tapahtuvaa signalointia tutkittiin ihmisen paksusuolisyövän soluviljelmissä. Ruokavalio, joka sisälsi 10 % painosta pakastekuivattua lakkaa, vähensi merkitsevästi sekä muodostuvien kasvainten lukumäärää että niiden kokoa ApcMin-hiirillä. Sen sijaan hiirillä, joiden ruoassa oli kokonaisena jauhetun lakan sijaan pelkästään lakan siemeniä, hedelmälihaa tai ellagihappoa, kasvainten kehittymisessä ei havaittu muutoksia vertailuryhmään nähden. Vertailun vuoksi tutkittiin myös runsaasti antosyaaneja sisältävän mustikan (Vaccinium myrtillus) vaikutusta kasvainten kehittymiseen. Mustikka pienensi muodostuvien kasvainten lukumäärää, mutta ei estänyt kasvainten koon kasvua vertailuryhmään nähden. Lakan ja mustikan erilaiset vaikutukset kasvainten kokoon selittyivät niiden erilaisilla vaikutuksilla suoliston mikrobiflooraan ja soluvälitteiseen immuunivasteeseen sekä solun energia-aineenvaihduntaan liittyvien geenien ilmentymiseen suolen limakalvossa. Näiden havaintojen perusteella lakka voi mahdollisesti estää paksusuolikasvainten muodostumista ja hidastaa niiden kasvua. Lakkauute hidasti merkitsevästi ihmisen paksusuolen syöpäsolujen (HT29 ja HCA7) liikkumista. Solujen liikkumisen hidastuminen oli yhteydessä siihen, että lakkauute vähensi Met-reseptorin välittämää solusignalointia. Koska syöpäsolujen liikkuminen on yksi syövän leviämisen edellytyksistä, lakka ja sen sisältämät yhdisteet voivat mahdollisesti estää syövän etenemistä. Tähän väitöskirjaan sisältyvien tutkimusten perusteella lakka ja sen sisältämät yhdisteet voivat estää kokeellisen paksusuolisyövän kehittymistä sen kaikissa vaiheissa. Näillä havainnoilla voi olla merkitystä pyrittäessä estämään paksusuolisyövän syntyä ja hidastamaan sen etenemistä sekä mahdollisesti jo hoidetun syövän uusiutumista. Havainnot tulisi kuitenkin pyrkiä varmistamaan pitkäkestoisissa tutkimuksissa ihmisillä