Inflammatory bowel diseases (IBD) and cancers of the gastrointestinal (GI) tract cause considerable morbidity and mortality. In order to enhance the diagnostics and therapeutic measures, the biology of these diseases needs to be better understood. Cellular targets and biomarkers are needed to identify subgroups of patients that are likely to respond to the treatments. This study concentrates on a novel potential biomarker. Its significance for the biology of the normal GI tract, the IBDs, the cancers of the GI tract and neuroendocrine tumors (NET) is studied.
IBD cDNA expression libraries were screened to detect potential diagnostic, prognostic or predictive markers and/or targets for therapeutic intervention. A previously unknown gene, later named Reg IV, was identified. The gene was selected for characterization because of its restricted expression pattern and its upregulated expression in IBDs and in colorectal cancer (CRC).
DNA cloning techniques, Western, Southern, and Northern blot techniques, cell culture, gene transfection, in situ hybridization, immunohistochemistry, and immunofluorescence were used to characterize Reg IV.
Reg IV protein is a 17 kD secreted C-type lectin that belongs to the Reg protein family of known mitogens and/or antiapoptotic factors. It is physiologically expressed in enteroendocrine cells (EEC) and in proliferating goblet cells. It is expressed to a lesser extent in pancreas, stomach, prostate and testes. In EECs, it is co-expressed with serotonin and substance P, and partially co-expressed with somatostatin, ghrelin, PYY, GLP-1, GLP-2, and secretin. Interestingly, co-expression with somatostatin and ghrelin occurs only in colon and appendix, but not in the small intestine, which suggests different functions for EECs of the small intestine and colon.
Reg IV protein expression was upregulated in the intestinal epithelium during inflammation and regeneration, i.e. in goblet cells of intestinal metaplasia, in proliferating margins of stomach ulcers, and in IBDs, so it can be considered a marker of reactive , proliferating goblet cells.
Reg IV expression was upregulated in many mucinous and neuroendocrine tumors (NET). Strong expression was noted in mucinous cystadenoma of the appendix and pseudomyxoma peritonei. Reg IV expression in these tumors coincided partially with CDX2, MUC2, MUC5AC, and MUC6, but no regulatory correlation was found. Reg IV was also upregulated in NETs of small intestine, appendix, colon, lung, parathyroid, skin, and, more rarely, of pancreas. Co-expression with the intestinal transcription factor Hath1 was studied in normal gut epithelium and in the NETs, but no regulatory correlation was found. In ileal NET, a spatial correlation in with CD138, c-met, bFGF and HGF was found, supporting the existing data on the role of Reg IV in EGFR signaling and cell proliferation.
Reg IV was thus found to be a novel member of the Reg protein family, an intestinal protein, and a putative mitogen. The regulation of its expression and its exact mechanisms of action still remain to be elucidated. Based on its expression pattern, Reg IV might have a role in maintaining the integrity of the epithelial lining of the GI tract, in the proliferation of goblet cells, and in the development of certain types of GI cancer, i.e., CRC, PMP and NETs. Further investigation is needed to confirm its value as a therapeutic target and/or prognostic or predictive biomarker.Suoliston tulehdussairauksien (IBD) ja pahanlaatuisten kasvainten aiheuttama tautitaakka on merkittävä, mutta niiden biologia on yhä puutteellisesti tunnettu. Diagnostiikan ja hoidon avuksi tarvitaan kasvutekijöitä ja merkkiaineproteiineja, joilla räätälöidä hoitoa yksilölliseksi. Tässä työssä tutkittiin uutta, potentiaalista merkkiaineproteiinia ja sen merkitystä normaalissa elimistössä, tulehduksessa, mahasuolikanavan syövissä ja neuroendokriinisissa kasvaimissa (NET).
Terveestä ja tulehtuneesta suolistosta ja suolikasvaimista kerätystä geenikirjastosta löydettiin sekvenssi, joka on regeneraatioproteiini-geeniperheen (Reg) jäsen ja nimettiin Reg IV:ksi. Se valittiin tutkittavaksi, koska sitä ilmentyi ylimäärin paksu- ja peräsuolen syövässä ja IBD:ssa, mutta fysiologisesti lähinnä vain suolistossa. Lisäksi tunnettujen Reg-proteiinien tiedetään liittyvän solunjakaantumiseen. ---- Menetelminä käytettiin DNA-, RNA- ja proteiinitekniikoita, soluviljelmiä ja kudosvärjäyksiä in situ -hybridisaatio-, immunohistokemia- ja immunofluoresenssimenetelmillä.
Reg IV on 17 kD erittyvä C-tyypin lektiini eli sokereita sitova proteiini. Se ilmentyy pääasiassa suolen epiteelin endokriinisissa - sekä pikarisoluissa. Vähäisessä määrin Reg IV ilmentyy haimassa, mahalaukussa, eturauhasessa ja kiveksissä. Suolen endokriinisissä soluissa Reg IV ilmentyy yhdessä serotoniinin ja substanssi P:n kanssa, sekä osittain samoissa soluissa somatostatiinin, greliinin, peptidi YY:n, GLP-1:n, GLP-2:n ja sekretiinin kanssa. Somatostatiinia ja greliiniä ilmentyy Reg IV kanssa samoissa soluissa vain paksusuolessa, mikä vahvistaa käsitystä siitä, että endokriinisilla soluilla on paksu- ja ohutsuolessa eri tehtävät.
Reg IV:n ilmentyminen suolen limakalvolla lisääntyi tulehduksessa ja proliferaatiossa, ja sitä voidaan pitää reaktiivisten , jakautuvien pikarisolujen merkkiaineena.
Reg IV:tä ilmentyi paljon musinoottisissa eli limaa erittävissä sekä toisaalta neuroendokriinisissa eli umpierityssolujen kasvaimissa (NET). Reg IV yli-ilmentyi umpilisäkkeen musinoottisissa adenoomissa ja pseudomyxoma peritoneissa, joka on vatsaontelon musinoottista askitesta muodostava syöpä. Reg IV ilmentyi näissä kasvaimissa usein yhdessä CDX2:n, MUC2:n, MUC5AC:n ja MUC6:n kanssa, mutta ilmentymisen säätelyssä ei löydetty yhtäläisyyksiä. Reg IV ilmentyi ohutsuolen, umpilisäkkeen, paksusuolen, keuhkon, lisäkilpirauhasen ja ihon NET:ssa sekä osassa haiman NET:sta. Korkein ilmentymistaso oli suolen NET:ssa. Reg IV:n ilmentyminen ei ollut yhteydessä suolen transkriptiofaktori Hath1:een. Ileumin NET:ssa Reg IV ilmentyi yhdessä CD138:n, c-met:n, bFGF:n ja HGF:n kanssa, mikä tukee aiempaa käsitystä siitä, että Reg IV liittyy EGFR-signaalikaskadin kautta kasvainsolujen proliferaatioon.
Reg IV on erityisesti suolen epiteelillä ilmentyvä proteiini ja mahdollinen kasvutekijä, joka liittyy musinoottiseen ja neuroendokriiniseen erilaistumiseen. Sen ilmentymisen säätely ja tarkat toimintamekanismit ovat vielä selvittämättä. Reg IV saattaa olla tärkeä ainakin musinoottisten ja neuroendokriinisten maha-suolikanavan syöpien kasvulle, ja sen rajoittunut ilmentyminen terveessä elimistössä saattaa tulevaisuudessa mahdollistaa sen käytön merkkiaineena ja/tai hoitojen kohdeproteiinina
