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Hepatocellular carcinoma (HCC) shows a remarkable heterogeneity and is recognized as a chemoresistant tumor with dismal prognosis. In previous studies, we observed significant alterations in the serum sphingolipids of patients with HCC. This study aimed to investigate the in vitro effects of sorafenib, which is the most widely used systemic HCC medication, on the sphingolipid pathway as well as the effects of inhibiting the sphingolipid pathway in HCC. Huh7.5 and HepG2 cells were stimulated with sorafenib, and inhibitors of the sphingolipid pathway and cell proliferation, viability, and concentrations of bioactive metabolites were assessed. We observed a significant downregulation of cell proliferation and viability and a simultaneous upregulation of dihydroceramides upon sorafenib stimulation. Interestingly, fumonisin B1 (FB1) and the general sphingosine kinase inhibitor SKI II were able to inhibit cell proliferation more prominently in HepG2 and Huh7.5 cells, whereas there were no consistent effects on the formation of dihydroceramides, thus implying an involvement of distinct metabolic pathways. In conclusion, our study demonstrates a significant downregulation of HCC proliferation upon sorafenib, FB1, and SKI II treatment, whereas it seems they exert antiproliferative effects independently from sphingolipids. Certainly, further data would be required to elucidate the potential of FB1 and SKI II as putative novel therapeutic targets in HCC.
Seit einigen Jahren ist bekannt, dass Sphingolipide nicht nur eine strukturgebende Funktion in der Plasmamembran aufweisen, sondern ebenfalls als Botenstoffe intra- und extrazellulär aktiv sind. Sphingosin-1-Phosphat (S1P) bildet dabei einen Schlüssel-Metaboliten, da es verschiedene Zellfunktionen wie Wachstum und Zelltod beeinflusst. Es wird durch zwei Isoformen der Sphingosinkinasen, SK1 und SK2, gebildet. Die SK1 wurde bereits gut untersucht und es konnte gezeigt werden, dass sie eine wichtige Rolle beim Zellwachstum einnimmt und einen entscheidender Regulator bei inflammatorischen Erkrankungen und Krebs darstellt. Über die SK2 ist soweit wenig bekannt und die Ergebnisse sind zum Teil kontrovers. Sowohl pro-proliferative als auch anti-proliferative Funktionen der SK2 wurden beschrieben. Andererseits handelt meine Arbeit von Nierenfibrose, da beschrieben wurde, dass Sphingolipide einen wichtigen Einfluss auf die Entwicklung chronischer Nierenerkrankungen nehmen. Nierenfibrose stellt das Endstadium chronischer Nierenerkrankungen dar und führt zu einer Akkumulation der Extrazellulärmatrix, Organvernarbung und zum Verlust der Nierenfunktion. Die SK1 spielt dabei eine protektive Rolle bei der Entstehung von Nierenfibrose. Deshalb sollte in dieser Arbeit die Rolle der Sk2 bei der Entstehung von Nierenfibrose untersucht werden.
Im ersten Teil meiner Arbeit wurde das Mausmodell der unilateralen Ureterobstruktion (UUO) verwendet, welches zur Entwicklung einer tubulointerstitiellen Nephritits und nachfolgender Fibrose führt. Es konnte dabei gezeigt werden, dass sowohl die Protein-Expression als auch die Aktivität der SK2 im fibrotischen Nierengewebe gesteigert wurden. Allgemein wiesen die SK2-/--Mäuse eine verminderte Fibrose in Folge des UUO auf im Vergleich zu den Wildtyp-Mäusen. Dies wurde bestätigt durch eine reduzierte Kollagenakkumulation, sowie eine verminderte Protein-Expression von Fibronektin-1, Kollagen-1, α-smooth muscle actin, connective tissue growth factor (CTGF) und Plasminogen-Aktivator-Inhibitor1 (PAI-1). Diese Effekte gingen einher mit einer gesteigerten Protein-Expression des inhibitorischen Smad7 und erhöhten Sphingosin-Spiegeln in SK2-/--UUO-Nieren. Auf mechanistischer Ebene vermindern die erhöhten Sphingosin-Spiegel die durch transforming growth factor-β (TGFβ) induzierte Kollagenakkumulation, die PAI-1- und CTGF-Expression, aber induzieren die Smad7-Expression in primären Nierenfibroblasten. In einem komplementären Versuch mit hSK2 tg-Mäusen wurde eine verstärkte Entstehung von Nierenfibrose mit erhöhter Kollagenakkumulation, sowie erhöhte Protein-Expressionen von Fibronektin-1, Kollagen-1, α-smooth muscle actin, CTGF und PAI-1 festgestellt. Die Smad7-Expression dagegen war vermindert.
Im zweiten Teil meiner Arbeit stand der glomeruläre Teil der Niere im Fokus und es wurde untersucht, ob die Überexpression der SK2 zu einer phänotypischen Veränderung der glomerulären Mesangiumzellen führt. Mesangiumzellen wurden dazu aus den hSK2 tg-Mäuse isoliert und charakterisiert. Es konnte gezeigt werden, dass hSK2 und mSK2 in den transgenen Zellen hauptsächlich in der zytosolischen Fraktion lokalisiert sind, während S1P ausschließlich im Kern akkumulierte. Weiterhin konnte eine verminderte Proliferation unter normalen Wachstumsbedingungen der hSK2 tg-Zellen im Vergleich zu den Kontrollzellen beobachtet werden. Die Zellen reagierten auch sensitiver auf Stress-induzierte Apoptose. Auf molekularer Ebene konnte dies durch eine reduzierte ERK- und Akt/PKB-Aktivierung erklärt werden. Nach Staurosporin-Behandlung wurde Apoptose durch den intrinsischen, mitochondrialen Apoptosesignalweg induziert. Dabei konnte eine reduzierte anti-apoptotische Bcl-xL-Expression und vermehrte Prozessierung von Caspase-9 und Caspase-3 und PARP beobachtet werden.
Zusammenfassend konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass eine verminderte tubulointerstitielle Fibrose-Entstehung durch die Deletion der SK2, sowie anti-proliferative und Apoptose-induzierende Effekte durch die SK2 in Mesangiumzellen nachgewiesen werden konnten. Somit könnten SK2-Inhibitoren die Entstehung tubulointerstitieller Fibrose und mit Proliferation assoziierte Erkrankungen wie mesangioproliferative Glomerulonephritis positiv beeinflussen.
Background/Aims: Sphingosine 1-phosphate (S1P) is considered as a key molecule regulating various cell functions including cell growth and death. It is produced by two sphingosine kinases (SK) denoted as SK-1 and SK-2. Whereas SK-1 has been extensively studied and has been appointed a role in promoting cell growth, the function of SK-2 is controversial, and both pro-proliferative and pro-apoptotic functions have been suggested. In this study we investigated whether renal mesangial cells isolated from transgenic mice overexpressing the human Sphk2 gene (hSK2-tg) showed an altered cell response towards growth-inducing and apoptotic stimuli.
Methods: hSK2-tg mice were generated by using a Quick KnockinR strategy. Renal mesangial cells were isolated by a differential sieving method and further cultivated in vitro. Lipids were quantified by mass spectrometry. Protein expression was determined by Western blot analysis, cell proliferation was determined by 3H-thymidine incorporation, and apoptosis was determined by a DNA fragmentation ELISA.
Results: We show here that kidneys and mesangial cells from hSK2-tg mice express the hSK2 as well as the endogenous mouse mSK2. hSK2 and mSK2 predominantly resided in the cytosol of quiescent transgenic cells. However, S1P accumulated strongly in the nucleus and only minimally in the cytosol of transgenic cells. Functionally, hSK2-tg cells proliferated less than control cells under normal growth conditions and were also more sensitive towards stress-induced apoptosis. On the molecular level, this was reflected by reduced ERK and Akt/PKB activation, and upon staurosporine treatment, by a sensitized mitochondrial pathway as manifested by reduced anti-apoptotic Bcl-XL expression and increased cleavage of caspase-9, downstream caspase-3 and PARP-1.
Conclusion: Altogether, these data demonstrate that SK-2 exerts an antiproliferative and apoptosis-sensitizing effect in renal mesangial cells which suggests that selective inhibitors of SK-2 may promote proliferation and reduce apoptosis and this may have impact on the outcome of proliferation-associated diseases such as mesangioproliferative glomerulonephritis.
DNA mismatch repair (MMR) deficiency plays an essential role in the development of colorectal cancer (CRC). We recently demonstrated in vitro that the serine/threonine casein kinase 2 alpha (CK2α) causes phosphorylation of the MMR protein MLH1 at position serine 477, which significantly inhibits the MMR. In the present study, CK2α-dependent MLH1 phosphorylation was analyzed in vivo. Using a cohort of 165 patients, we identified 88 CRCs showing significantly increased nuclear/cytoplasmic CK2α expression, 28 tumors with high nuclear CK2α expression and 49 cases showing a general low CK2α expression. Patients with high nuclear/cytoplasmic CK2α expression demonstrated significantly reduced 5-year survival outcome. By immunoprecipitation and Western blot analysis, we showed that high nuclear/cytoplasmic CK2α expression significantly correlates with increased MLH1 phosphorylation and enriched somatic tumor mutation rates. The CK2α mRNA levels tended to be enhanced in high nuclear/cytoplasmic and high nuclear CK2α-expressing tumors. Furthermore, we identified various SNPs in the promotor region of CK2α, which might cause differential CK2α expression. In summary, we demonstrated that high nuclear/cytoplasmic CK2α expression in CRCs correlates with enhanced MLH1 phosphorylation in vivo and seems to be causative for increased mutation rates, presumably induced by reduced MMR. These observations could provide important new therapeutic targets.