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Open Access
Die Rolle der Ser/Thr-Phosphatase PP2A in der Regulation des Transkriptionsfaktors NFkB
(2009) Barisic, Sandra; Kulms, Dagmar (PD Dr.)
Der Transkriptionsfaktor NFkB kann durch eine Vielzahl von Stimuli, wie durch das pro-inflammatorische Zytokin IL-1, aktiviert werden. NFkB ist generell dafür bekannt, dass es die Transkription von Genen verstärkt, deren Produkte das Überleben der Zelle fördern und die Apoptose inhibieren. In diesem Zusammenhang konnte beobachtet werden, dass die TRAIL-induzierte Apoptose durch eine IL-1-vermittelte NFkB-Aktivierung stark vermindert werden kann. Paradoxerweise, wird die durch UVB-Strahlung ausgelöste Apoptose durch Ko-Stimulation mit IL-1 nicht reduziert, sondern sogar noch verstärkt. Dieser Effekt konnte auf eine NFkB-abhängige Repression anti-apoptotischer Proteine und auf eine erhöhte Freisetzung des Zytokins TNF zurückgeführt werden. Sezerniertes TNF induziert durch autokrine Bindung an den TNF-R1 den apoptotischen Signalweg, wodurch die UVB-induzierte Apoptose additiv verstärkt wird. Ein Ziel dieser Arbeit war es, die molekularen Mechanismen, die für die beobachtete NFkB-abhängige Freisetzung von TNF verantwortlich sind, aufzuklären. In unstimulierten Zellen liegt NFkB, durch Bindung an IkBa, inaktiv im Zytoplasma vor. Nach der IL-1-vermittelten Phosphorylierung der Ser/Thr Kinase IKKbeta an Ser177/181 wird IkBalpha phosphoryliert, polyubiquitiniert und umgehend proteasomal degradiert. Daraufhin wird NFkB aktiviert und induziert neben seinen Zielgenen, auch die Transkription von IkBalpha. Nach kurzer Zeit beenden resynthetisierte IkBalpha-Moleküle, durch eine erneute Bindung an NFkB, dessen Aktivität. Überraschenderweise findet nach Stimulation von Zellen mit IL-1 und UVB keine Re-Synthese von IkBalpha mehr statt. Es konnte gezeigt werden, dass die daraus resultierende konstitutive Aktivierung von NFkB für eine massiv erhöhte Transkription von TNF und somit auch indirekt für dessen Sezernierung verantwortlich ist. Unsere Untersuchungen ergaben, dass die Re-Synthese von IkBalpha dadurch inhibiert wird, dass IkBalpha zwar NFkB-abhängig transkribiert, das resynthetisierte Protein aber anschließend sofort wieder phosphoryliert und proteasomal degradiert wird. Als Ursache hierfür wurde eine kontinuierliche Phosphorylierung und damit Aktivität von IKKbeta festgestellt. Verantwortlich für diese chronische IKKbeta Phosphorylierung ist die UVB-induzierte Inhibierung der Ser/Thr Phosphatase PP2A, die so als ein neuer und kritischer Modulator der IKKbeta-Aktivität identifiziert werden konnte. Die Tyrosinkinase c-Src ist an der Regulation vieler zellulärer Prozesse, die das Wachstum und das Überleben der Zelle fördern, beteiligt. Eine unkontrollierte Aktivität dieses Proto-Onkogens spielt, vorwiegend durch die Aktivierung des PI3K/Akt-, Ras/MAPK-, aber auch des NFkB-Signalweges, eine bedeutende Rolle bei der Entstehung vieler Arten von Tumoren. In der vorliegenden Arbeit konnte ein bisher unbekannter Mechanismus der Src-vermittelten konstitutiven NFkB-Aktivierung nachgewiesen werden. Unter Verwendung des Tyr-Phosphatase Inhibitors Orthovanadat kommt es in Kombination mit IL-1 Stimulation zunächst zu einer stabilen aktivierenden Tyr416 Phosphorylierung von Src. Diese wiederum inaktiviert PP2A, durch deren Phosphorylierung an Tyr307, die gleichzeitig IL-1-vermittelte IKKbeta-Aktivität verlängert wird. Folglich wird auch in diesem Fall resynthetisiertes IkBalpha phosphoryliert und proteasomal abgebaut, wodurch die NFkB-abhängige Transkription anti-apoptotischer Gene massiv verstärkt wird.
Open Access
Die TRAIL-Suszeptibilität humaner Melanomzellen : Bedeutung des Tumorprogressionsstadiums und Modulation durch Immunsuppressiva
(2009) Thayaparasingham, Bharathy; Kulms, Dagmar (PD Dr.)
Die Tatsache, dass sich viele maligne Melanome resistent gegenüber dem tumorselektiven Liganden TRAIL (tumor necrosis-related apoptosis-inducing ligand) verhalten, erfordert erweiterte Ansätze in der Melanomtherapie. Durch die Untersuchungen, die mit 18 unterschiedlichen Melanomzelllinien durchgeführt wurden, konnte gezeigt werden, dass die TRAIL-Suszeptibilität unabhängig vom jeweiligen Tumorprogressionsstadium ist, und dass die Kostimulation mit einer sublethalen UVB-Dosis ubiquitär eine stark synergistisch sensibilisierende Auswirkung auf die TRAIL-resistenten Melanomzellen hat. Es zeigte sich hierbei, dass das TRAIL-Rezeptorexpressionsmuster (Agonisten versus Antagonisten) nicht ausschlaggebend für das Apoptoseverhalten der Melanomzellen ist. Vielmehr scheinen intrazelluläre Mechanismen für die unterschiedliche Suszeptibilität gegenüber TRAIL verantwortlich zu sein. Intrazelluläre Studien zeigten schließlich, dass die grundsätzliche TRAIL-Sensitivität durch Caspase-8-Spaltung und -Aktivität determiniert wird. Die UVB-induzierte Sensitivierung resistenter Zellen hingegen wird auf dem Niveau von Caspase-3 und XIAP entschieden. So geht die UVB-induzierte Sensitivierung mit einer verstärkten XIAP-Depletion und vollständiger Caspase-3-Prozessierung vom 21 kD Fragment in das katalytisch aktive 17 kD Fragment sowie dessen Aktivierung einher. Parallel zur XIAP-Depletion zeigte sich eine ebenfalls deutlich zunehmende Degradierung des NFkB-Inhibitors IkBa. Da NFkB ein Transkriptionsfaktor ist, der durch die Aufregulierung anti-apoptotischer Gene wie XIAP Apoptoseresistenz vermittelt, könnte so der TRAIL-induzierten Apoptose entgegengewirkt werden. Andererseits ist bekannt, dass NFkB in Anwesenheit von DNA-schädigenden Agenzien seine Eigenschaften an selektiven Promotoren ändert und so von einem Aktivator in einen Repressor dieser Gene konvertiert. Im Rahmen dieser Arbeit konnte bestätigt werden, dass eine NFkB-Freisetzung nach TRAIL und UVB-Kostimulation zu einer transkriptionellen Repression u.a. des XIAP-Gens führt und damit maßgeblich zu dessen zytosolischer Depletion und der Sensitivierung gegenüber TRAIL-induzierter Apoptose beiträgt. Die Schlüsselrolle von XIAP in der Suszeptibilität von Melanomzellen gegenüber TRAIL konnte durch Überexpressions- und „knock down„- Versuche von XIAP eindeutig bestätigt werden. Durch Überexpression einer IkBa Superrepressorvariante konnte schließlich die Abhängigkeit der XIAP-Depletion und der Apoptose-Sensitivität von NFkB bestätigt werden. XIAP scheint also die entscheidende Rolle bei der Vermittlung der TRAIL-Resistenz in allen hier untersuchten Melanomzelllinien zu spielen. Die Entschlüsselung dieses ubiquitären, molekularen Sensitivierungsmechanismus durch Kombinationstherapie mit UVB zeigt neue Möglichkeiten wie die TRAIL-Resistenz im Melanomsystem durchbrochen werden kann und bietet somit die Basis für neue Therapieansätze zur erfolgreichen Bekämpfung des malignen Melanoms.