Die Interaktion von VHL und PTEN bei der Tumorinitiation und Progression

Das VHL-Syndrom umfasst Erkrankungen, die mit einem Funktionsverlust von VHL einhergehen. Das Tumorspektrum umfasst retinale und zerebrale Hämangioblastome, Nierenzysten und klarzellige Nierenkarzinome, Zysten und Tumore des Pankreas, Phäochromocytome, Adenome der Hoden und Tumore des Mittelohrs. Obwohl aufgrund klinischer Studien bekannt ist, welche VHL-Mutation mit welchen Neoplasien assoziiert werden können, konnte bisher kein VHL-Mausmodell das Krankheitsbild des VHL-Syndroms widerspiegeln. Daher ist vermutlich eine zusätzliche Fehlregulation weiterer Gene nötig ist, um die Tumorgenese in den verschiedenen Geweben zu induzieren. In mehreren klarzelligen Nierenkarzinomen konnte bereits eine PTEN-Defizienz nachgewiesen werden, der Verlust von PTEN wird außerdem auch mit der Tumorgenese von Phäochromocytomen assoziiert. Möglicherweise wirken VHL und PTEN also in der Tumorsuppression in der Niere und der Nebenniere zusammen.rnIm Rahmen dieser Arbeit konnte erstmals eine VHL-vermittelte Stabilisierung der PTEN-Konzentration sowohl in embryonalen als auch in Tumor-Zellen der Niere nachgewiesen werden. Die Analyse des Regulationsmechanismus ergab erstens eine Hypoxie-abhängige Abnahme der Transkription von PTEN. Des Weiteren konnte eine VHL-vermittelte Ubiquitinylierung von NEDD4-1, welches als E3-Ligase von PTEN dessen Degradation und Kerntransport reguliert, ermittelt werden. rnIn Nierenkarzinom-Zellen wurde weiterhin eine VHL- bzw. PTEN-Restitution induziert, um die Auswirkungen der beiden Tumorsuppressoren auf das Zellverhalten in vitro und in vivo zu untersuchen. Sowohl VHL als auch PTEN hatten dieselben Effekte lediglich in unterschiedlicher Intensität auf das Verhalten der Zellen. So konnte VHL- und PTEN-abhängig eine Verstärkung der Adhäsion, eine Inhibierung der Migration und eine Verminderung der Überlebens- und Metastasierungsfähigkeit nachgewiesen werden. Des Weiteren wurden Mausmodelle mit einem ubiquitären, heterozygoten Pten-Verlust generiert, die teilweise eine zusätzliche Haploinsuffizienz von Vhl bzw. eine heterozygote VHL Typ II-Mutation (V2B oder V2C) trugen. Sporadisch entwickelten diese Mäuse Vhl-abhängig Lebertumore und Pten-abhängig Lymphome und Ovarialkarzinome. Einige Mäuse mit einer kombinierten Vhl- und Pten-Defizienz bildeten zusätzlich Nierenzysten aus, die teilweise das gesamte Volumen der Niere einnahmen. Besonders häufig entstanden in Pten-haploinsuffizienten Mäusen Phäochromocytome, die durch eine zusätzliche V2B- oder V2C-Mutation in gleichaltrigen Mäusen deutlich weiterentwickelt waren. Demnach induziert erst der gemeinsame Verlust von Vhl und Pten die Bildung von Nierenzysten und Phäochromocytomen, welche dem Krankheitsbild des VHL-Syndroms zugeordnet werden.rnDie Untersuchungen innerhalb dieser Arbeit zeigen erstmalig die Interaktion und Kooperation von VHL und PTEN in der Tumorsuppression. Die Resultate bieten außerdem die Grundlage für weitere Analysen der Auswirkung der VHL-vermittelten PTEN-Stabilisierung und für detailliertere Untersuchungen der durch die kombinierte Vhl- und Pten-Defizienz induzierten Neoplasien der Niere und der Nebennieren-Tumore in in vivo Mausmodellen.rn

The von Hippel-Lindau (VHL) syndrome is associated with the loss of function of VHL. VHL acts as an ubiquitin E3 ligase for HIFalpha subunits, but also has multiple functions in diverse cellular processes like microtubule and ECM formation or cilia assembly. The VHL tumour spectrum includes retinal hemangiomas, cerebral hemangioblastomas, renal cysts and clear cell renal carcinomas, pancreatic cystic lesions and pheochromocytomas. Although VHL mutations associated with these neoplasms are well known, no VHL in vivo model mirrors the clinical studies of the VHL syndrome. Therefore we presumed that additional mutations of further genes are necessary to induce the VHL tumorigenesis. Interestingly, the tumour suppressor PTEN is often dysregulated in clear cell renal carcinomas (ccRCCs). As pheochromocytomas (PCCs) are also part of the PTEN associated tumour spectrum, we hypothesized that VHL and PTEN may interact functionally in tumour suppression.rnHere, we demonstrated for the first time a VHL mediated stabilization of PTEN detected in both embryonic and tumour kidney cells. Analysis of underlying mechanisms showed a HIF dependent decrease of transcription of the PTEN. Furthermore, VHL mediated ubiquitination of the E3 ligase NEDD4-1, that induces PTEN degradation, could be determined. Additional studies in ccRCC cell lines and immunsuppressive mice demonstrated combined tumour suppressor functions of VHL and PTEN on adhesion, survival, migration and metastatic processes.rnTo study VHL and PTEN induced tumorigenesis in vivo, we generated heterozygous Vhl type I and type II (V2B and V2C) mouse models. In addition, Vhl knock-in mutations were combined with hemizygous inactivation of Pten. Sporadically, mice developed liver tumours in a Vhl dependent manner and Pten associated lymphomas and ovarian cancer.rnAdditionally, combined Vhl and Pten deficiency induced renal cysts from the age of 9 months but no ccRCC. Furthermore, we observed the formation of PCCs in Pten haploinsufficient mice, whereas an additional V2B or V2C mutation enhanced the tumour progression.rnIn conclusion, for the first time we demonstrated the interaction of VHL and PTEN and their cooperation in tumour suppression. These results also provide the foundation for further analysis of the effects of VHL mediated PTEN stabilisation on cell behaviour and tumour development.rn