Charakterisierung prolylhydroxylase-vermittelter Effekte in der Physiologie von Glioblastomen

Der Transkriptionsfaktor HIF übernimmt eine Schlüsselrolle in der Adaption an Hypoxie. In der Tumorgenese werden dem HIF-System in Abhängigkeit von HIF-Proteinmengen sowohl pro- als auch anti-tumorigene Effekte zugeschri
Der Transkriptionsfaktor HIF übernimmt eine Schlüsselrolle in der Adaption an Hypoxie. In der Tumorgenese werden dem HIF-System in Abhängigkeit von HIF-Proteinmengen sowohl pro- als auch anti-tumorigene Effekte zugeschrieben. Die Regulation von HIF-Proteinmengen erfolgt maßgeblich über vier Mitglieder der Enzymfamilie der 2-Oxoglutarat-abhängigen Dioxygenasen, PHD1-4. Aufgabe dieser Arbeit war die Charakterisierung prolylhydroxylase-vermittelter Effekte in der Physiologie von Glioblastomen. Es konnte gezeigt werden, dass sich die vier PHD-Orthologe in ihrer zellulären Lokalisation in Glioblastomzellen unterscheiden. Während PHD1 nukleär sowie perinukleär und PHD2 eher homogen verteilt in Zytoplasma und Nukleus zu finden waren, zeigten PHD3 und PHD4 eine exklusiv perinukleäre Lokalisation. Kolokalisations-Studien der PHDs mit subzellulären Strukturen ergab vor allem ein hohes Maß an Kolokalisation der Orthologe PHD1, PHD3 und PHD4 mit den Mitochondrien. Weiterhin variierten die mRNA-Expressionshöhen der PHDs in verschiedenen Glioblastomzelllinien, wobei PHD1 und PHD2 die höchste Expression aufwiesen und PHD4 die niedrigste. Zudem induzierte Hypoxie die mRNA-Expression von PHD2 und PHD3, wobei die PHD3-Induktion bis zu zwei Log-Stufen umfasste. Auch auf Proteinebene bestätigte sich die Hypoxie-Induzierbarkeit von PHD2 und PHD3, während Proteinmengen der anderen beiden Orthologe davon nicht beeinflusst wurden. Überexpressions- sowie Knockdown-Studien identifizierten PHD2 als ein HIF-1alpha-Zielgen, während PHD3 durch HIF-1alpha und HIF-2alpha reguliert wurde. Trotz ihrer O2-Abhängigkeit behielten die PHDs, insbesondere PHD2 und PHD3, auch unter niedrigen pO2 ihre enzymatische Aktivität und reduzierten effektiv HIF-Proteinmengen sowie -Zielgenexpression. Des weiteren übernehmen die PHDs eine anti-apoptotische Rolle, da PHD-Inhibierung zu erhöhter, PHD-Überexpression dagegen zu reduzierter Apoptose-Induktion führte. Offenbar agieren die PHD-Orthologe in Glioblastomzellen als negatives Feedback-System, das über effektive und gleichzeitig variable Regulation von HIF-Leveln, bzw. -Aktivität das Gleichgewicht zwischen Zell-Überleben und Zelltod entscheidend beeinflusst.
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The transcription factor HIF acts as a key regulator in hypoxia-inducible gene expression and adaptation to hypoxia. In tumorigenesis, HIF seems to play a dual role with tumor growth promoting as well as suppressing acti
The transcription factor HIF acts as a key regulator in hypoxia-inducible gene expression and adaptation to hypoxia. In tumorigenesis, HIF seems to play a dual role with tumor growth promoting as well as suppressing activies, depending on HIF protein levels. HIF levels are tightly controlled by a family of 2-oxoglutarate dependent dioxygenases, termed PHD1-4. The aim of this work was to characterize prolylhydroxylase-mediated effects in glioblastoma physiology. It was shown that the PHD orthologues differ in their cellular localization with PHD1 predominantly present in the nucleus and the perinuclear space whereas PHD2 is distributed equally in cytoplasm and nucleus. PHD3 and PHD4 show a similar pattern of perinuclear localization. In addition, PHD1, PHD3 and PHD4 are colocalized with the mitochondria. Quantitative RT-PCR demonstrated several fold variations in mRNA levels with highest levels of PHD1 and PHD2 and very low expression of PHD4. Both PHD2 and PHD3 mRNA levels increased under hypoxia with PHD3 reaching at least in some cell lines expression levels similar to PHD1. siRNA mediated knock-down of HIF-1alpha and HIF-2alpha attenuated hypoxic PHD2 and PHD3 mRNA and protein upregulation, identifying PHD2 as a HIF-1alpha and PHD3 as a HIF-1alpha and HIF-2alpha target gene. Interestingly, despite the need for oxygen all PHD homologues retained activity under low oxygen tension and efficiently suppressed HIF-1alpha and HIF-2alpha protein accumulation and target gene expression. Various assays for apoptosis detection suggest a role for PHDs in this process. Inhibition of PHD activity resulted in induction of apoptosis, whereas PHD overexpression reduced cell death. Thus, the PHD system may function as a negative feedback mechanism that can influence the balance of cell death and cell survival via effective but fine-tuned regulation of HIF levels in glioblastoma cells.
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Metadaten
Author:Johanna Riedel
URN:urn:nbn:de:hebis:30-40884
Referee:Karl-Heinz Plate
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2007/04/05
Year of first Publication:2006
Publishing Institution:Univ.-Bibliothek Frankfurt am Main
Granting Institution:Johann Wolfgang Goethe-Univ.
Date of final exam:2006/12/20
Release Date:2007/04/05
Pagenumber:119
Note:
Diese Dissertation steht leider (aus urheberrechtlichen Gründen) nicht im Volltext im WWW zur Verfügung, die CD-ROM kann (auch über Fernleihe) bei der UB Frankfurt am Main ausgeliehen werden.
HeBIS PPN:327544678
Institutes:Medizin
Dewey Decimal Classification:610 Medizin und Gesundheit
Sammlungen:Universitätspublikationen
Licence (German):License LogoArchivex. zur Lesesaalplatznutzung § 52b UrhG

$Rev: 11761 $