Effects of Irradiation on the [Methyl-³H]Choline Uptake in the Human Prostate Cancer Cell Lines LNCaP and PC3

Background and Purpose:

Choline positron emission tomography (PET) can help to optimize radiation treatment strategy of prostate cancer. Therefore, the aim of this study was to elucidate the effects of ionizing radiation on the choline uptake in an androgen-dependent (LNCaP) and an androgen-independent (PC3) prostate cancer cell line.

Material and Methods:

Uptake of [methyl-³H]choline chloride was investigated between 4 and 96 h after irradiation with 6 Gy. Dose dependence of choline uptake was examined following irradiation with 2–12 Gy, and cell survival was analyzed via the clonogenic assay. Michaelis-Menten kinetics was determined 24 h (PC3) and 48 h (LNCaP) after irradiation with 6 Gy.

Results:

PC3 cells showed a significant transitory increase of [methyl-³H]choline uptake with a maximum at 24 h after irradiation. In LNCaP cells irradiation induced a significant decrease with a minimum at 48 h. Changes in choline uptake in both cell lines were almost dose-independent up to 12 Gy. Following irradiation with 6 Gy, transport capacity (v_max) increased and Michaelis-Menten constant (K_M) decreased in PC3 cells, while in LNCaP cells the two parameters behaved vice versa.

Conclusion:

Changes in choline uptake following irradiation might be due to metabolic changes associated with initiation of processes that finally cause cell death. Thus, changes in tumor choline uptake monitored by PET after radiotherapy might not exclusively reflect therapeutic success but also altered tracer uptake as a consequence of irradiation.

Hintergrund und Ziel:

Cholin-PET (Positronenemissionstomographie) kann zur Optimierung der Behandlungsstrategie des Prostatakarzinoms mittels Strahlentherapie beitragen. Deshalb war es das Ziel dieser Studie, die Wirkungen ionisierender Strahlung auf die Aufnahme von Cholin in eine androgenabhängige (LNCaP) und eine androgenunabhängige (PC3) Prostatakarzinom-Zelllinie aufzuklären.

Material und Methodik:

Die Aufnahme von [Methyl-³H]Cholin-Chlorid wurde zwischen 4 and 96 h nach Bestrahlung mit 6 Gy untersucht. Die Ermittlung der Dosisabhängigkeit der Cholinaufnahme erfolgte nach Bestrahlung mit 2–12 Gy. Das Überleben der Zellen wurde mittels klonogenen Assays analysiert (Abbildung 1). Die Michaelis-Menten-Kinetik wurde 24 h (PC3) und 48 h (LNCaP) nach Bestrahlung mit 6 Gy ermittelt.

Ergebnisse:

PC3-Zellen zeigten eine signifikante, vorübergehende Zunahme der [Methyl-³H]Cholin-Aufnahme mit einem Maximum 24 h nach Bestrahlung (Abbildung 2). In LNCaP-Zellen bewirkte Bestrahlung eine signifikante Abnahme mit einem Minimum bei 48 h (Abbildung 3). Die Veränderungen in der Cholinaufnahme in beiden Zelllinien waren bis zu 12 Gy nahezu dosisunabhängig (Abbildungen 4 und 5). In PC3-Zellen nahm nach Bestrahlung mit 6 Gy die Transportkapazität (v_max) zu, die Michaelis-Menten- Konstante dagegen (K_M) ab. In LNCaP-Zellen verhielten sich beide Parameter umgekehrt (Tabelle 1).

Schlussfolgerung:

Veränderungen in der Cholinaufnahme nach Bestrahlung beruhen sehr wahrscheinlich auf Veränderungen des Stoffwechsels im Zusammenhang mit der Initiation von Prozessen, die schließlich zum Tod der Zellen führen. Veränderungen in der Aufnahme von Cholin nach Radiotherapie, ermittelt mittels PET, spiegeln möglicherweise nicht nur den therapeutischen Effekt, sondern auch eine veränderte Aufnahme des Tracers als Folge der Bestrahlung wider.