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Die vorliegende Dissertation hatte das Ziel molekulare Mechanismen der Präeklampsieerkrankung aufzuklären. Bei PE handelt es sich um eine schwangerschaftsassoziierte Krankheit, die in 3 bis 5 % aller Schwangerschaften auftritt und eine der Hauptursachen für maternale und fetale Mortalität und Morbidität ist. Zudem haben PE-Patientinnen und ihre Kinder im späteren Leben ein erhöhtes Risiko für die Ausbildung kardiovaskulärer und hypertensiver Erkrankungen. Trotz langer und intensiver Forschung konnte die komplexe Pathogenese von PE noch nicht aufgeklärt werden. Im Rahmen der Promotion sollten neue Gene in der präeklamptischen Plazenta identifiziert und ihre Funktionen im Pathogeneseprozess der Krankheit untersucht werden. Dabei war es wichtig die Zusammenhänge der gestörten Prozesse zu verstehen um Mutter und Kind vor schwerwiegenden und langfristigen Folgeerscheinungen von PE zu schützen.
Mit dem durchgeführten Gen-Array konnte gezeigt werden, dass bei PE die Expression einiger Gene der Angiogenese-, der Invasions- sowie der Migrationsregulation verändert waren. Zudem konnten anhand von Deregulationen bei der SURVIVIN und BCL6 Expression zwei weitere Gene identifiziert werden, deren Funktionen in der präeklamptischen Plazenta bislang unbekannt waren.
Bei PE kam es im Vergleich zur gesunden Kontrolle zu einer verringerten Genexpression von SURVIVIN. Eine Veränderung des Proteinlevels konnte jedoch nicht festgestellt werden. Die Analyse der Survivin Funktionen zeigte, dass die Zellen der präeklamptischen Plazenta, die konstantem zellulärem Stress ausgesetzt sind, versuchen durch Aktivierung aller Überlebensmechanismen, wie einer Stabilisierung des anti-apoptotischen Proteins Survivin, ihr Überleben zu sichern und somit die Funktionalität des ganzen Organs zu gewährleisten. Als multifunktionelles Protein ist Survivin bislang vor allem als Apoptose-Inhibitor sowie als Partner des CPC mit Funktionen bei der Zellteilung bekannt. Die Untersuchungen ergaben, dass Survivin auch in Trophoblastenzellen für den einwandfreien Ablauf der Mitose verantwortlich ist, da es bei einer Depletion zu einem G2/M Arrest der Zellen sowie einer erhöhten Rate an Centrosomen Abberationen und congression Fehlern kam. Die vorliegende Arbeit zeigt zum ersten Mal, dass die Stabilisierung von Survivin bei Präeklampsie der Kompensation der gestörten Trophoblastenfunktionen dient indem die vermehrte Apoptose der Zellen verhindert und die Proliferation der Trophoblasten präzise gesteuert wird.
Im Rahmen der Dissertation wurden zudem die Funktionen von BCL6 bei Präeklampsie untersucht. BCL6 ist vorrangig durch seine Rolle bei der B-Zell Reifung und der T-Zell Regulation sowie als Onkogen bei B-Zell Lymphomen und auch bei Mammakarzinomen bekannt. Es konnte gezeigt werden, dass sowohl die Gen-, wie auch Proteinexpression von BCL6 in der präeklamptischen Plazenta erhöht sind. Bei einer Depletion von BCL6 kam es zu verminderter Proliferation der Trophoblasten mit G2/M Arrest und vermehrter Apoptose sowie reduzierter Invasions- und Migrationsfähigkeit. Eine erhöhte BCL6 Expression führte zu einer verminderten Expression der Fusionsregulatoren Syncytin 2, β-hCG und GCM1, woraus eine gestörte, reduzierte Fusionsfähigkeit der Trophoblasten resultierte. Dies bedeutet, dass die Expression von BCL6 präzise reguliert werden muss um die Trophoblasten zu Beginn der Schwangerschaft vor Apoptose und Zellzyklusarrest zu schützen und somit die Invasion und Plazentation zu ermöglichen. Kommt es im weiteren Verlauf zu einer Deregulation mit erhöhter BCL6 Expression, so resultiert daraus eine verminderte Trophoblastenfusion und Präeklampsie.
Zusammenfassend belegt die Arbeit, dass mit Survivin und BCL6 zwei weitere Regulatoren der PE-Pathogenese identifiziert und charakterisiert wurden. Im Rahmen der Promotion konnten die Funktionen bei der Regulation von Zellzyklus, Apoptose sowie Trophoblastenfusion und –invasion dargestellt werden. Weitere Untersuchungen sind jedoch notwendig um die Rolle von Survivin und BCL6 im ersten Schwangerschaftstrimester aufzuklären. Aufgrund ihrer wichtigen Rolle bei PE stellen Survivin und BCL6 neue Möglichkeiten zur Entwicklung von Therapieansätzen sowie zur Identifizierung prognostischer Marker für die Präeklampsieerkrankung dar.
In der vorliegenden Dissertation stand die Aufklärung der Funktion und Regulation von p21 in der Mitose im Mittelpunkt. p21 ist als Cdk-Inhibitor und Schlüsselregulator bekannt, der in viele fundamentale zelluläre Prozesse involviert ist: Zellzyklusregulation, Apoptose, Seneszenz, Zellmigration und Dynamik des Zytoskeletts, Transkription, Differenzierung sowie DNA-Reparatur, aber auch in die Umprogrammierung induzierter pluripotenter Stammzellen (Besson et al. 2008; Abbas und Dutta 2009; Jung et al. 2010).
Die unkontrollierte Proliferation von Zellen ist mit der Tumorgenese assoziiert und wird unter anderem durch die Fehlregulation von p21, aber auch durch die wichtigen mitotischen Kinasen Cdk1, im Komplex mit ihrer regulatorischen Untereinheit Cyclin B1, sowie Plk1 bedingt. Zudem ist das Fehlen von p21 oder die Fehllokalisation in das Zytoplasma mit einer schlechteren Prognose für den Patienten und Chemotherapie-Resistenz von Tumoren verbunden (Abukhdeir und Park 2008). Aufgrund der zunehmenden Inzidenz und Mortalität von Krebserkrankungen ist es daher von besonderem klinischem Interesse, die molekularen Ursachen für die Entstehung maligner Tumorerkrankungen aufzuklären. Bislang existieren kaum Studien über welche molekularen Mechanismen die Funktionen von p21, dem wichtigsten Cdk-Inhibitor, der zum Beispiel durch die Anwendung niedermolekularer Inhibitoren wie BI 2536, das sich bereits in klinischen Phase II Studien befindet (Strebhardt 2010), beeinflusst wird, während der Mitose reguliert werden.
In der vorliegenden Dissertation wurde daher die physiologische Rolle des Cdk-Inhibitors bzw. Regulators p21 während der Mitose untersucht und mit der Kinaseaktivität von Cdk1/Cyclin B1, wie auch Plk1 korreliert. Es konnte gezeigt werden, dass p21 während der Mitose stark exprimiert wird und dass mitotisches p21 in verschiedenen Krebszelllinien unabhängig von dem p53-Status in einer phosphorylierten Form vorkommt, welche mit der Aktivität von Cdk1 und weniger mit der von Cdk2 assoziiert ist. Durch Untersuchungen der isogenen HCT116-Zelllinien mit und ohne p21 wurde aufgezeigt, wie wichtig p21 für den ordnungsgemäßen Ablauf der Mitose ist. Ohne p21 sind sowohl die Anaphase wie auch die Zytokinese verlängert, die Zellen ordnen die Chromosomen fehlerhaft in der Metaphaseplatte an (congression Fehler), besitzen weitaus mehr lagging Chromosomen und fast 20 % der Zellen weisen im Versuchsverlauf Polyploidie auf. Durch den Verlust des Cdk-Regulators p21 kommt es zur Fehlregulation von Cdk1 und seiner Substrate (wie MCAK) und es treten die oben beschriebenen Probleme auf.
Weiterhin phosphoryliert Cdk1/Cyclin B1 p21 an Ser-130 in vitro und ex vivo in der frühen Phase der Mitose, der Prophase bzw. Prometaphase. Die nicht phosphorylierbare p21 Form S130A befindet sich hauptsächlich im Zellkern und führt zu vermehrtem Auftreten von congression Fehlern, während die S130D-Mutante, die die Phosphorylierung durch Cdk1 vortäuscht, schneller degradiert wird und zudem den Phänotyp der HCT116 p21-/- Zellen verstärkt. Zellen, die S130D exprimieren, benötigen mehr Zeit für das Durchlaufen der Mitose. Hier ist vor allem die Metaphase stark verlängert, aber auch Anaphase und Zytokinese. Dies führt zu congression Fehlern und zu Polyploidie. Diese Ergebnisse bestätigen, wie wichtig die zeitlich korrekte Phosphorylierung von p21 und die dadurch vermittelte Aktivierung von Cdk1/Cyclin B1 ist.
Darüber hinaus stabilisiert die Suppression von Plk1 das p21 Protein, was darauf hinweist, dass die Degradation von p21 während der Prometaphase von Plk1 kontrolliert wird. Dies wird von der Tatsache unterstützt, dass Ser-114, wie auch Ser116 von Plk1 in vitro phosphoryliert wird. Die Deregulation von p21 durch Plk1, SS114/116AA bzw. SS114/116DD induziert Chromosomenfehler, wodurch die molekularen Mechanismen, warum fehlreguliertes Plk1 die Tumorgenese fördert, hervorgehoben werden.
Nach Abschluss der bisherigen Untersuchungen steht fest, dass man sich von der starren Rolle von p21 als Tumorsuppressor und Akteur während der G1/S-Phase lösen muss. Der Cdk-Inhibitor p21 trägt entscheidend zur mitotischen Progression bei, vor allem bedingt durch die zeitlich ordnungsgemäße Inaktivierung bzw. Aktivierung von Cdk1/Cyclin B1, der Kinase, die wiederum zahlreiche für die Mitose essentielle Proteine reguliert. In Zukunft muss zum besseren Verständnis der Rolle von p21 in der Mitose die genaue Abfolge der Ereignisse unter Einbeziehung der Degradationsmechanismen eingehender untersucht werden.
