Georg-Speyer-Haus
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Die Transkription vieler Gene wird über den Acetylierungsgrad der Histone reguliert. Entsprechend erweiterte die Entdeckung von Histondeacetylase-Inhibitoren das Verständnis um Transkriptions-Repressoren und ihre Rolle in der Pathogenese beträchtlich. Zur Zeit stehen die Modifikationen der Histondeacetylasen (HDACs) sowie die biologischen Rollen der verschiedenen HDAC-Isoenzyme im Zentrum intensiver Forschungsarbeiten.
In der vorliegenden Arbeit wurde anhand verschiedener Zelllinien und mit murinem Primärmaterial nachgewiesen, dass das gut verträgliche Antiepileptikum Valproinsäure (VPA) ein potenter HDAC-Inhibitor ist. Dies zeigt sich daran, dass VPA in vivo die durch HDACs vermittelte transkriptionelle Repression aufhebt und zur Akkumulation hyperacetylierter Histone führt. In vitro Enzymassays weisen darauf hin, dass VPA selbst und nicht ein hypothetischer Metabolit die Histondeacetylasen hemmt. Darüber hinaus wurde mit Bindungs- und Kompetitionsstudien festgestellt, dass eine Interaktion von VPA mit dem katalytischen Zentrum der HDACs stattfindet.
Weitere Analysen zeigten, dass VPA bevorzugt Klasse I HDACs hemmt. Durch dieses Merkmal einer erhöhten Spezifität bei gleichzeitig guter Bioverfügbarkeit definiert VPA eine neue Klasse von HDAC-Inhibitoren. Hieraus ergeben sich Hinweise auf strukturelle Anforderungen, die ein HDAC-Inhibitor erfüllen muß, um spezifischer und weniger toxisch als konventionelle Chemotherapeutika zu wirken. Außerdem eröffnete das neu entdeckte pharmakologische Wirkungsspektrum von VPA auf HDACs Erkenntnisse um zusätzliche therapeutische Einsatzmöglichkeiten dieses etablierten Arzneimittels. Bereits jetzt wird VPA in klinischen Studien an Patienten mit Krebs verabreicht.
HDAC-Inhibitoren gelten als potentielle Medikamente für die Therapie maligner Neoplasien. Deshalb besteht großes Interesse an den molekularen Mechanismen, mit denen Substanzen dieser Wirkstoffklasse das Wachstum transformierter Zellen in vitro und in vivo hemmen. In den humanen Melanomzelllinien SK-Mel-37 und Mz-Mel-19 bewirken klinisch relevante VPA-Dosen eine zeit- und dosisabhängige Akkumulation von Zellzyklusinhibitoren und hyperacetylierten Histonen, morphologische Veränderungen und eine verringerte Proliferationsrate. Die verminderte Proliferation wird von einem veränderten Zellzyklusprofil und Apoptose unter Beteiligung sowohl der extrinsisch als auch der intrinsisch bedingten Caspase-Kaskade begleitet. Dies manifestiert sich in der Spaltung der Caspasen 3, 8 und 9, einer Schädigung der Mitochondrien, der apoptotischen PARP-Spaltung, einem Abbau der genomischen DNA und einer Inaktivierung des GFP-Proteins.
Diese Analysen in Melanomzellen sprechen dafür, dass die weitgehend selektive Wirkung von VPA auf Klasse I HDACs der Mechanismus ist, mit dem diese Substanz das Wachstum bestimmter Tumorzellen hemmt. Durch Genexpressions-Analysen konnten außerdem neue Modelle zum Einfluss von VPA auf solide Tumoren postuliert werden. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass die Expression und Induzierbarkeit der Zellzyklusregulatoren p21WAF/CIP1 und p27Kip1 und des latent cytoplasmatischen Transkriptionsfaktors Stat1 Biomarker für die Sensitivität von Melanomzellen gegenüber HDAC-Inhibitoren sind. Im Einklang hiermit wird die proapoptotische Wirkung von VPA durch das Cytokin Interferon α und den S-Phase-Inhibitor Hydroxyharnstoff deutlich gesteigert. Diese Ergebnisse sprechen für den Einsatz von VPA in tierexperimentellen und klinischen Studien.
Aufgrund der Schlüsselrolle der HDACs für die physiologische und aberrante Genexpression ist es wichtig, die Mechanismen ihrer Regulation zu kennen. In der vorliegenden Arbeit wurde anhand zahlreicher kultivierter Zelllinien und mittels eines Mausmodells gezeigt, dass therapeutisch einsetzbare VPA-Dosen neben der Hemmung enzymatischer Aktivität auch zu einer isoenzymspezifischen Verringerung der Klasse I Histondeacetylase HDAC2 führen. Als Ursache hierfür konnten eine verstärkte Poly-Ubiquitinylierung und ein proteasomaler Abbau ermittelt werden. Gleichzeitig wurden die Beteiligung etlicher Proteasen und eine veränderte Synthese oder Prozessierung der HDAC2-mRNA als Mechanismen ausgeschlossen.
Expressionsanalysen identifizierten die E2 Ubiquitinkonjugase Ubc8 als von HDAC-Inhibitoren induziertes Gen. Mittels transienter Überexpression („Gain-of-Function“) und siRNA-Experimenten („Loss-of-Function“) konnte dieses Gen als limitierender Faktor des HDAC2-Umsatzes in vivo erkannt werden. Weiterhin wurde gezeigt, dass die E3 Ubiquitinligase RLIM spezifisch mit HDAC2 interagiert. Die Expression von RLIM beziehungsweise seine enzymatische Funktion beeinflusst die HDAC2-Konzentration in vivo. Hierbei kann VPA klar von dem HDACInhibitor Trichostatin A (TSA) abgegrenzt werden. Dieser hemmt ein breites Spektrum an HDACs und induziert Ubc8, führt aber gleichzeitig zu einem proteasomal vermittelten Abbau des RLIM-Proteins. Analysen mit überexprimiertem RLIM zeigten, dass TSA aufgrund dieses Mechanismus nicht in der Lage ist, den Abbau von HDAC2 zu induzieren. Somit ist im Rahmen dieser Arbeit die Ubiquitinylierungs-Maschinerie für HDAC2 charakterisiert worden. Hierdurch sind neue Aspekte zum Zusammenspiel zwischen dem Ubiquitin-Proteasom-System und der Transkriptionsrepression nachgewiesen worden.
Isoenzymspezifische HDAC-Inhibitoren können zur Aufklärung der Funktion einzelner Histondeacetylasen beitragen, insbesondere wenn Knock-Out-Studien zu aufwendig oder aufgrund embryonaler Letalität nicht durchführbar sind. Die Wichtigkeit dieser Analysen wird gerade bei HDAC2 deutlich, da diese Histondeacetylase in vielen soliden und hämatologischen Tumoren überexprimiert ist, und ihre Deregulation möglicherweise zur Krebsentstehung beiträgt. Die in der vorliegenden Arbeit identifizierte Regulation dieses HDAC-Isoenzyms könnte Hinweise auf den Ablauf eines malignen Transformationsprozesses geben. Darüber hinaus zeigt der nachgewiesene Regulationsmechanismus Erfordernisse und potentielle Zielstrukturen einer pharmakologischen Intervention auf. Schließlich könnten die Selektivität von VPA für Klasse I HDACs zusammen mit der Spezifität für HDAC2 die Gründe für die geringen Nebenwirkungen der VPA-Behandlung bei gleichzeitigem Auftreten antitumoraler Effekte sein.
In acute myeloid leukemias (AMLs) with t(8;21), the transcription factor AML1 is juxtaposed to the zinc finger nuclear protein ETO (Eight-Twenty-One), resulting in transcriptional repression of AML1 target genes. ETO has been shown to interact with corepressors, such as N-CoR and mSin3A to form complexes containing histone deacetylases. To define regions of ETO required for maximal repressor activity, we analyzed amino-terminal deletions in a transcriptional repression assay. We found that ETO mutants lacking the first 236 amino acids were not affected in their repressor activity, whereas a further deletion of 85 amino acids drastically reduced repressor function and high molecular weight complex formation. This latter mutant can still homodimerize and bind to N-CoR but shows only weak binding to mSin3A. Furthermore, we could show that a "core repressor domain" comprising nervy homology region 2 and its amino- and carboxyl-terminal flanking sequences recruits mSin3A and induces transcriptional repression. These results suggest that mSin3A and N-CoR bind to ETO independently and that both binding sites cooperate to maximize ETO-mediated transcriptional repression. Thus, ETO has a modular structure, and the interaction between the individual elements is essential for the formation of a stable repressor complex and efficient transcriptional repression.
STAT proteins have the function of signaling from the cell membrane into the nucleus, where they regulate gene transcription. Latent mammalian STAT proteins can form dimers in the cytoplasm even before receptor-mediated activation by specific tyrosine phosphorylation. Here we describe the 3.21-A crystal structure of an unphosphorylated STAT5a homodimer lacking the N-terminal domain as well as the C-terminal transactivation domain. The overall structure of this fragment is very similar to phosphorylated STATs. However, important differences exist in the dimerization mode. Although the interface between phosphorylated STATs is mediated by their Src-homology 2 domains, the unphosphorylated STAT5a fragment dimerizes in a completely different manner via interactions between their beta-barrel and four-helix bundle domains. The STAT4 N-terminal domain dimer can be docked onto this STAT5a core fragment dimer based on shape and charge complementarities. The separation of the dimeric arrangement, taking place upon activation and nuclear translocation of STAT5a, is demonstrated by fluorescence resonance energy transfer experiments in living cells.
The signal transducer and activator of transcription (Stat) gene family comprises seven members with similarities in their domain structure and a common mode of activation. Members of this gene family mediate interferon induction of gene transcription and the response to a large number of growth factors and hormones. Extracellular ligand binding to transmembrane receptors causes the intracellular activation of associated tyrosine kinases, phosphorylation of Stat molecules, dimerization, and translocation to the nucleus. Prolactin-induced phosphorylation of Stat5 is a key event in the development and differentiation of mammary epithelial cells. In addition to the crucial phosphorylation at tyrosine 694, we have identified an O-linked N-acetylglucosamine (O-GlcNAc) as another secondary modification essential for the transcriptional induction by Stat5. This modification was only found on nuclear Stat5 after cytokine activation. Similar observations were made with Stat1, Stat3, and Stat6. Glycosylation of Stat5, however, does not seem to be a prerequisite for nuclear translocation. Mass spectrometric analysis revealed a glycosylated peptide in the N-terminal region of Stat5. Replacement of threonine 92 by an alanine residue (Stat5a-T92A) strongly reduced the prolactin induction of Stat5a glycosylation and abolished transactivation of a target gene promoter. Only the glycosylated form of Stat5 was able to bind the coactivator of transcription CBP, an essential interaction for Stat5-mediated gene transcription.
The carnitine transporter CaiT from Escherichia coli belongs to the betaine, choline, and carnitine transporter family of secondary transporters. It acts as an L-carnitine/gamma-butyrobetaine exchanger and is predicted to span the membrane 12 times. Unlike the other members of this transporter family, it does not require an ion gradient and does not respond to osmotic stress (Jung, H., Buchholz, M., Clausen, J., Nietschke, M., Revermann, A., Schmid, R., and Jung, K. (2002) J. Biol. Chem. 277, 39251-39258). The structure and oligomeric state of the protein was examined in detergent and in lipid bilayers. Blue native gel electrophoresis indicated that CaiT was a trimer in detergent solution. This result was further supported by gel filtration and cross-linking studies. Electron microscopy and single particle analysis of the protein showed a triangular structure of three masses or two parallel elongated densities. Reconstitution of CaiT into lipid bilayers yielded two-dimensional crystals that indicated that CaiT was a trimer in the membrane, similar to its homologue BetP. The implications of the trimeric structure on the function of CaiT are discussed.
The binding and activation of the discoidin domain receptor 1 by collagen has led to the conclusion that proteins from the extracellular matrix can directly induce receptor tyrosine kinase-mediated signaling cascades. A region in the extracellular domain of DDR1 homologous to the Dictyostelium discoideum protein discoidin-I is also present in the secreted human protein RS1. Mutations in RS1 cause retinoschisis, a genetic disorder characterized by ablation of the retina. By introducing point mutations into the discoidin domain of DDR1 at positions homologous to the retinoschisis mutations, ligand binding epitopes in the discoidin domain of DDR1 were mapped. Surprisingly, some residues only affected receptor phosphorylation, whereas others influenced both collagen-binding and receptor activation. Furthermore, two truncated DDR1 variants, lacking either the discoidin domain or the stalk region between the discoidin and transmembrane domain, were generated. We showed that (i) the discoidin domain was necessary and sufficient for collagen binding, (ii) only the region between discoidin and transmembrane domain was glycosylated, and (iii) the entire extracellular domain was essential for transmembrane signaling. Using these results, we were able to predict key sites in the collagen-binding epitope of DDR1 and to suggest a potential mechanism of signaling.
In polarized cells, the multidrug resistance protein MRP2 is localized in the apical plasma membrane, whereas MRP1, another multidrug resistance protein (MRP) family member, is localized in the basolateral membrane. MRP1 and MRP2 are thought to contain an N-terminal region of five transmembrane segments (TMD0) coupled to 2 times six transmembrane segments via an intracellular loop (L0). We previously demonstrated for MRP1 that a mutant lacking TMD0 but still containing L0, called L0ΔMRP1, was functional and routed to the lateral plasma membrane. To investigate the role of the TMD0L0 region of MRP2 in routing to the apical membrane, we generated mutants similar to those made for MRP1. In contrast to L0ΔMRP1, L0ΔMRP2 was associated with an intracellular compartment, most likely endosomes. Co-expression with TMD0, however, resulted in apical localization of L0ΔMRP2 and transport activity. Uptake experiments with vesicles containing L0ΔMRP2 demonstrated that the molecule is able to transport LTC4. An MRP2 mutant without TMD0L0, ΔMRP2, was only core-glycosylated and localized intracellularly. Co-expression of ΔMRP2 with TMD0L0 resulted in an increased protein level of ΔMRP2, full glycosylation of the protein, routing to the apical membrane, and transport activity. Our results suggest that the TMD0 region is required for routing to or stable association with the apical membrane.
The tumor necrosis factor family member Fas ligand (FasL) induces apoptosis in Fas receptor-expressing target cells and is an important cytotoxic effector molecule used by CTL- and NK-cells. In these hematopoietic cells, newly synthesized FasL is stored in specialized secretory lysosomes and only delivered to the cell surface upon activation and target cell recognition. FasL contains an 80-amino acid-long cytoplasmic tail, which includes a proline-rich domain as a bona fide Src homology 3 domain-binding site. This proline-rich domain has been implicated in FasL sorting to secretory lysosomes, and it may also be important for reverse signaling via FasL, which has been described to influence T-cell activation. Here we report the identification of the Src homology 3 domain-containing adaptor protein PSTPIP as a FasL-interacting partner, which binds to the proline-rich domain. PSTPIP co-expression leads to an increased intracellular localization of Fas ligand, thereby regulating extracellular availability and cytotoxic activity of the molecule. In addition, we demonstrate recruitment of the tyrosine phosphatase PTP-PEST by PSTPIP into FasL·PSTPIP·PTP-PEST complexes which may contribute to FasL reverse signaling.
Es wurden 34 polyvalente Immunoglobulinpräparate zur i.m. und i.v. Anwendung verschiedener Hersteller und verschiedener Chargen sowie 9 spezifische Tetanus-Immunglobulinpräparate auf das Vorhandensein von HBsAg-Immunkomplexen untersucht. Möglicherweise vorhandene Immunkomplexe wurden vorher mit der sauren Dissoziationsmethode gespalten. Der anschließende Nachweis von HBsAg erfolgte mit dem von uns modifizierten AUSRIA* II-725-Test der Firma Abbot. Von den polyvalenten Immunglobulinen wurden 22 positiv für HBsAg gefunden. Von den spezifischen Immunglobulinen waren 3 positiv.
Receptor tyrosine kinases of the epidermal growth factor (EGF) receptor family regulate essential cellular functions such as proliferation, survival, migration, and differentiation but also play central roles in the etiology and progression of tumors. We have identified short peptide sequences from a random peptide library integrated into the thioredoxin scaffold protein, which specifically bind to the intracellular domain of the EGF receptor (EGFR). These molecules have the potential to selectively inhibit specific aspects of EGF receptor signaling and might become valuable as anticancer agents. Intracellular expression of the aptamer encoding gene construct KDI1 or introduction of bacterially expressed KDI1 via a protein transduction domain into EGFR-expressing cells results in KDI1·EGF receptor complex formation, a slower proliferation, and reduced soft agar colony formation. Aptamer KDI1 did not summarily block the EGF receptor tyrosine kinase activity but selectively interfered with the EGF-induced phosphorylation of the tyrosine residues 845, 1068, and 1148 as well as the phosphorylation of tyrosine 317 of p46 Shc. EGF-induced phosphorylation of Stat3 at tyrosine 705 and Stat3-dependent transactivation were also impaired. Transduction of a short synthetic peptide aptamer sequence not embedded into the scaffold protein resulted in the same impairment of EGF-induced Stat3 activation.