Date of Award

11-2021

Document Type

Dissertation

Degree Name

Doctor of Philosophy (PhD)

Department

Anatomy

First Advisor

Sherif Karam

Abstract

Despite the fact that cervical cancer is a common health issue among women worldwide, little is known regarding the epithelial lining of the uterine cervix where cancer originates. Cancer development involves alterations in carbohydrate expression and changes in the dynamics of cellular proliferation and differentiation. Therefore, the aim of this study was to define carbohydrate moieties and cellular dynamics of the epithelial lining of the uterine cervix in normal mice and then in mice developing cervical precancerous lesions. Since the uterus undergoes cyclic changes, mice in each of the four stages of the estrus cycle were first identified using both vaginal cytology and histological examination of the vaginal epithelium. Tissue sections of the uterine cervix from mice at proestrus, estrus, metestrus, and diestrus stages were processed for incubation with a panel of 20 lectins that are specific to different N- and O-linked oligosaccharides. Several lectins such as those specific for N-acetyl-glucosamine, N-acetyl-galactosamine, galactose, mannose, glucose, and fucose were found to be specific for different regions of the cervical epithelium. Lycopersicon esculentum lectin specific for N-acetyl-glucosamine was found to bind to the basal layer of the stratified epithelium of ectocervix and the stratified part of endocervix during proestrus and diestrus stages. Erythrina cristagalli lectin specific for galactose bound to the apical surface of the columnar cells of endocervix during the proestrus stage. Several lectins including soybean agglutinin, Ulex europaeus agglutinin I, and Lens culinaris lectins, respectively specific for N-Acetyl-galactosamine, fucose, mannose/glucose, recognize the apical mucous layer of ectocervix during the diestrus stage. Carbohydrate expressions were correlated with cervical epithelial cell dynamics which were studied using bromodeoxyuridine by single injection, multiple injections, and continuous infusion followed by immunohistochemistry. Proliferating cells were confined to the basal layer of ectocervix and the stratified part of endocervix but were scattered along the columnar cells of endocervix. Quantitative analysis showed that the life span of cervical epithelial cells was very short, 4-5 days. For the second aim, a mouse model for cervical precancerous lesions was developed using prenatal injections of diethylstilbestrol. Adult female offspring were examined at 2- and 4-month-old. Diethylstilbestrol induced a block in the estrus cycle with persistent vaginal and ectocervical cornification similar to estrus stage. The 2-month-old mice developed festooned endocervical epithelium with pseudostratified or even stratified patches. These early metaplastic changes were associated with an increase in the percentages of bromodeoxyuridine labeled cells in the epithelial lining of both ectocervix and endocervix. At 4 months, the epithelium of endocervix was entirely transformed into stratified squamous epithelium with intraepithelial adenosis. These precancerous changes were associated with an upregulation of p63 in the endocervix with multiple alterations of lectin binding specificity. Lectins Lycopersicon Esculentum, Ulex europaeus and Arachis hypogaea which are specific for carbohydrates N-Acetyl-glucosamine, fucose, and galactose respectively were proposed to be markers for precancerous changes in uterine cervix. The expression of N-Acetyl-glucosamine was downregulated in the columnar part of endocervix of mice exposed to DES at the age of 2 months. As well fucose expression was down regulated in mice at the age of 4 months. In contrast, galactose expression was upregulated in the uterine cervix (ectocervix and endocervix) of mice exposed to DES at the age of 2- and 4- months. In conclusion, data obtained from this study will help in identifying targets for early detection and therapy of cervical cancer.

Arabic Abstract


دراسة عنق الرحم في الفئران الطبيعية والفئران التي لديها تغييرات ما قبل تكون سرطان عنق الرحم

سرطان عنق الرحم cervical cancer وهو سرطان الذي يصيب عنق الرحم، ويحتل المرتبة الثانية في السرطانات من حيث الانتشار بين النساء على الرغم من حقيقة أن سرطان عنق الرحم هو مشكلة صحية شائعة بين النساء، لا توجد معلومات مفصلة حول الآفات السابقة للتسرطن. نظراً لأن تطور السرطان ينطوي على بعض التغييرات في تعبيرات الكربوهيدرات وفي يناميات الانتشار الخلوي والتمايز (proliferation and differentiation)، الهدف من هذه الدراسة هو استخدام (Lectins) لتحديد الكربوهيدرات في الخلايا المبطنة لعنق الرحم في الفئران العادية ومتابعة التغييرات في الفئران المصابة بسرطان عنق الرحم. حددنا المراحل المختلفة من cycle estrus وصفنا أنماط ارتباط 20lectins في بطانة عنق الرحم. بما أن الرحم يخضع لتغييرات دورية، تم تحديد الفئران في كل مرحلة من المراحل الأربع من estrus cycle باستخدام كل من فحص الخلايا المهبلي (vaginal lavage) والفحص للبطانه المهبلية (vaginal histology). ترتبط Lectins الخاصة بـ N-acetylglucosamine و mannoseو glucoseو fucose بمناطق مختلفة من خلايا بطانة عنق الرحم. تم استخدام أنسجة الفئران في المراحل الأربع من estrus cycle، وهي proestrus، estrus، metestrus، diestrus لدراسة lectins المختلفة .
وجد أن Lycopersicon esculentum lectin الخاص بـ N-acetyl-glucosamine يرتبط بالطبقة القاعدية لخلايا عنق الرحم ectocervix و stratified part of endocervix Erythrina cristagalli lectin الخاص بالجالاكتوز يرتبط بـ columnar cells of endocervix خلال مرحلة proestrus. أيضاً Ulex europaeus agglutinin I، Lens culinaris lectins، المحدد على التوالي لـ N-Acetyl-galactosamine، fucose، mannose/glucose، ارتبط بالطبقة المخاطية من عنق الرحم خلال مرحلة diestrus.
لدراسة وتحليل ديناميكيات الخلايا المبطنة لعنق الرحم باستخدام (BrdU) سواء بحقنه أو استخدام osmotic pump. أظهر التحليل الديناميكي للخلايا المبطنة لعنق الرحم انها تتجدد خلال 4-5 أيام. واقتصرت الخلايا المتكاثرة على الطبقة القاعدية basal layer من عنق الرحم ولكنها كانت مبعثرة على طول الخلايا العمودية columnar في باطن عنق الرحم.
ستساعد هذه البيانات في تحديد التغيرات الخلوية والآفات السرطانية التي تؤدي إلى تطور سرطان عنق الرحم باستخدام فئران التجارب تم حقنها بمادة مسرطنة (DES). تسبب DES في توقف التغييرات الهرمونية في الرحم حيث أن المهبل وعنق الرحم كان دائماً يحتوي علي طبقة من keratin مما يعني أن الفئران كانت دائما في estrus stage.
ومن المثير للاهتمام، أن الخلايا المبطنة لبطانة عنق الرحم والرحم أصبحت غير منظمة، وتبدو الخلايا أطول في الفئران عمر شهرين. كما أن DES أثرفي البطانة لكل من عنق الرحم والرحم في الفئران عمر 4 أشهر، تحولت خلايا باطن عنق الرحم بالكامل إلى stratified squamous epithelium. ارتبطت هذه التغييرات السرطانية مع زيادة p63 في باطن عنق الرحم في جميع الفئران بعمر 4 أشهر و50% من الفئران بعمر شهرين . كما زاد التكاثر الخلوي proliferation لخلايا باطن عنق الرحم للفئران في عمر الشهرين.
أيضاً كان هناك تغييرات متعددة في ارتباط lectinsبالخلايا المبطنة لرحم عنق الرحم. تم اقتراح Lectins Lycopersicon Esculentum و Ulex europaeusو Arachis hypogaea الخاصة بالكربوهيدرات N-Acetyl-glucosamine وfucose و galactoseعلى التوالي لتكون علامات للتغيرات محتملة لبداية التغييرات السرطانية في عنق الرحم. حيث قل ارتباط N-Acetyl-glucosamine في الجزء columnar endocervix من باطن عنق الرحم للفئران المعرضة لـ DESفي عمر شهرين. كما زاد الفوكوز fucose في الفئران في سن 4 أشهر. في المقابل، ارتبط الجالاكتوز في عنق الرحم (عنق الرحم وباطن عنق الرحم) للفئران التي تعرضت لـ DESفي سن 2 و4 أشهر.
في الختام، ستساعد البيانات التي تم الحصول عليها من هذه الدراسة في الكشف المبكر عن سرطان عنق الرحم وعلاجه.

Download

Included in

Anatomy Commons

Share

COinS