Morphogenesis of follicular epithelium in Drosophila melanogaster: function of von Hippel-Lindau tumour suppressor gene

During my PhD I have been involved in several projects regarding the morphogenesis of the follicular epithelium, such as the analysis of the pathways that correlate follicular epithelium patterning and eggshell genes expression. Moreover, I used the follicular epithelium as a model system to analyze the function of the Drosophila homolog of the human von Hippel-Lindau (d-VHL) during oogenesis, in order to gain insight into the role of h-VHL for the pathogenesis of VHL disease. h-VHL is implicated in a variety of processes and there is now a greater appreciation of HIF-independent h-VHL functions that are relevant to tumour development, including maintenance and organization of the primary cilium, maintenance of the differentiated phenotype in renal cells and regulation of epithelial-mesenchymal transition. However, the function of h-VHL gene during development has not been fully understood. It was previously shown that d-VHL down-regulates the motility of tubular epithelial cells (tracheal cells) during embryogenesis. Epithelial morphogenesis is important for organogenesis and pivotal for carcinogenesis, but mechanisms that control it are poorly understood. The Drosophila follicular epithelium is a genetically tractable model to understand these mechanisms in vivo. Therefore, to examine whether d-VHL has a role in epithelial morphogenesis and maintenance, I performed genetic and molecular analyses by using in vivo and in vitro approaches. From my analysis, I determined that d-VHL binds to and stabilizes microtubules. Loss of d-VHL depolymerizes the microtubule network during oogenesis, leading to a possible deregulation in the subcellular trafficking transport of polarity markers from Golgi apparatus to the different domains in which follicle cells are divided. The analysis carried out has allowed to establish a significant role of d-VHL in the maintenance of the follicular epithelium integrity.

Funktionelle Zusammenhänge zwischen Expressionsveränderungen des von Hippel-Lindau Tumorsuppressorgens und dessen potentiellen Zielgenen in sporadischen Nierenzellkarzinomen

ZusammenfassungNierenzellkarzinome (NZK) sind häufig gekennzeichnet durch den Funktionsverlust des von Hippel-Lindau Tumorsuppressorgens (VHL TSG). Man kennt heute eine Reihe potentieller Kandidatengene, die eventuell in Wechselwirkung mit dem VHL-Genprodukt stehen (VEGF, c-fos, c-myc). Zur Aufklärung der molekularen Vorgänge, die zur Pathogenese der gut vaskularisierten Nierenzellkarzinome beitragen, wurden NZK-Zellinien untersucht. Vektorkonstrukte wurden generiert, um das in vitro und in vivo Wachstumsverhalten vor und nach Transfektion zu beobachten. Mit Hilfe eines GFP-Fusionsproteins wurden zusätzlich Hinweise auf die intrazelluläre Lokalisation des VHL-Genproduktes (pVHL) geliefert. Nach Abschluß der vorliegenden Studien zeigte sich eine direkte Abhängigkeit der beiden Gene VHL und VEGF. Sowohl die in vitro als auch die in vivo Ansätze bewiesen eine Interaktion der beiden Gene. Die Frage nach einer Interaktion von pVHL mit den Genprodukten Fos und Myc läßt sich jedoch nicht eindeutig beantworten. Die Expressionsveränderungen dieser Gene erfolgten scheinbar willkürlich, eine Interaktion konnte nicht bestätigt werden.Die Lokalisation des VHL-Genproduktes ist von Fall zu Fall unterschiedlich, ein Zusammenhang mit den verschiedenen Funktionen des VHL-Gens ist demnach wahrscheinlich. Zusammenfassend läßt sich sagen, daß das VHL TSG eine Rolle bei der Kontrolle der Angiogenese spielt, eine Interaktion mit VEGF ist mehr als wahrscheinlich. Zukünftig sind bei der Aufklärung des Pathomechanismus von Nierenzellkarzinomen deshalb vor allem Studien nötig, die dem VHL TSG als Angiogeneseinhibitor eine zentrale Bedeutung bei der Heilung sporadischer Tumoren mit starker Vaskularisierung zukommen lassen.

Der Einfluss von Chemotherapeutika mit Hypoxie-induzierbarer Faktor (HIF)-modulierendem Potential sowie eines Verlustes des HIF-Regulators von Hippel-Lindau (VHL) auf den Phänotyp und die Funktion dendritischer Zellen

Der Transkriptionsfaktor Hypoxie-induzierbarer Faktor (HIF) gibt dem Organismus die Möglichkeit, sich auf zellulärer Ebene an unterschiedliche Sauerstoffverhältnisse anzupassen. Vor allem Tumorzellen weisen aufgrund ihres ungeregelten Wachstums und der daraus resultierenden unzureichenden Durchblutung (hypoxisches Milieu) eine erhöhte HIF-Expression auf. Die erhöhte HIF-Expression stellt somit ein interessantes Ziel in der Tumortherapie dar. Dendritische Zellen (DCs) besitzen eine bedeutende Rolle in der Generierung und Modulierung von Antitumor-Immunantworten. Aus diesem Grund ist es überaus wichtig zu wissen, welche Effekte Antitumor-Agenzien, im Besonderen HIF-Inhibitoren, auf DCs und somit auch auf die Generierung von adäquaten Immunantworten besitzen.rnIm ersten Teil dieser Arbeit wurde aus diesem Grund der Einfluss der Antitumor-Agenzien Geldanamycin (GA) und Topotecan (TPT) auf den Phänotyp und die Funktion von DCs untersucht. Hierfür wurden Monozyten aus humanen, mononukleären, peripheren Blutzellen isoliert und unter DC-differenzierenden Konditionen kultiviert. Diese immaturen monozytenabgeleiteten DCs (Mo-DCs) wurden mithilfe eines Reifungscocktails ausgereift. Die Applikation der Antitumor-Agenzien erfolgte während der Differenzierungs- bzw. Ausreifungsphase. Abhängig vom Reifungsgrad der Mo-DCs konnte ein differentieller Einfluss von GA bzw. TPT auf die DC-Aktivierung beobachtet werden. Eine Behandlung von unstimulierten Mo-DCs mit GA resultierte in einer partiellen DC-Aktivierung basierend auf einem noch unbekannten Mechanismus. Ebenso führte eine Behandlung von unstimulierten Mo-DCs mit TPT zu einer funktionellen Aktivierung der DCs, die mit einer vermehrten AKT-Expression korrelierte. Die jeweilige Koapplikation der Antitumor-Agenzien mit dem DC-Reifungscocktail führte zu einer reduzierten DC-Aktivierung, die sich in einer verminderten NF-κB-Aktivierung, einer verringerten Oberflächenexpression der getesteten kostimulatorischen Moleküle, einer verringerten Migrationsfähigkeit und einem reduzierten Zellstimulierungspotential widerspiegelte.rnDie autosomal dominant vererbte Tumorerkrankung von Hippel-Lindau (VHL) wird häufig durch genetische Mutationen des als HIF-Negativregulator fungierenden VHL-Gens hervorgerufen. Patienten, die an dem VHL-Syndrom erkrankt sind, weisen oft benigne oder maligne Tumore und Zysten in den verschiedensten Organsystemen auf. Wie schon zuvor erwähnt, besitzen DCs eine essentielle Rolle in der Initiierung und Aufrechterhaltung von Antitumor-Immunantworten. Deshalb wurde im zweiten Abschnitt der vorliegenden Arbeit untersucht, inwieweit ein partieller Verlust von VHL Auswirkungen auf die Ausprägung desrnPhänotyps und der Funktion von DCs hat. Mittels Cre/lox-Technologie wurden transgene Mäuse mit einem heterozygoten Verlust von Exon 1 bzw. Exon 2 des VHL-Gens generiert. Aus diesen Mäusen wurden Knochenmarkszellen isoliert und unter DC-differenzierenden Konditionen kultiviert. Die immaturen knochenmarkabgeleiteten DCs (BM-DCs) wurden mit LPS ausgereift. Weder der heterozygote Verlust von Exon 1 noch von Exon 2 des VHL-Gens bewirkte eine Veränderung der Oberflächenmarkerexpression, der in vitro-Migrations- undrnEndozytosekapazität, sowie der allogenen T-Zellstimulierungskapazität. Allerdings zeigten Mäuse mit einem partiellen Verlust von Exon 2 im Vergleich zu Kontrollmäusen nach Immunisierung und Provokation mit dem Modellallergen OVA eine verminderte Atemwegshyperreaktion, die möglicherweise auf die beobachtete Abnahme der Migrationsfähigkeit in vivo und die verminderte OVA-spezifische T-Zellstimulierungskapazität der DCs zurückzuführen ist.

VHL-gene deletion in single renal tubular epithelial cells and renal tubular cysts: further evidence for a cyst-dependent progression pathway of clear cell renal carcinoma in von Hippel-Lindau disease

Inheritance of a mutant allele of the von Hippel-Lindau tumor suppressor gene predisposes affected individuals to develop renal cysts and clear cell renal cell carcinoma. Von Hippel-Lindau gene inactivation in single renal tubular cells has indirectly been showed by immunohistochemical staining for the hypoxia-inducible factor alpha target gene product carbonic anhydrase IX. In this study we were able to show von Hippel-Lindau gene deletion in carbonic anhydrase IX positive nonneoplastic renal tubular cells, in epithelial cells lining renal cysts and in a clear cell renal cell carcinoma of a von Hippel-Lindau patient. This was carried out by means of laser confocal microscopy and immunohistochemistry in combination with fluorescence in situ hybridization. Carbonic anhydrase IX negative normal renal tubular cells carried no von Hippel-Lindau gene deletion. Furthermore, recent studies have indicated that the von Hippel-Lindau gene product is necessary for the maintenance of primary cilia stability in renal epithelial cells and that disruption of the cilia structure by von Hippel-Lindau gene inactivation induces renal cyst formation. In our study, we show a significant shortening of primary cilia in epithelial cells lining renal cysts, whereas, single tubular cells with a von Hippel-Lindau gene deletion display to a far lesser extent signs of cilia shortening. Our in vivo results support a model in which renal cysts represent precursor lesions for clear cell renal cell carcinoma and arise from single renal tubular epithelial cells owing to von Hippel-Lindau gene deletion.

Sequence variations in the von Hippel-Lindau tumor suppressor gene in patients with intracranial aneurysms

The rupture of intracranial aneurysms leads to subarachnoid hemorrhage, which is often associated with poor outcome. Preventive treatment of unruptured intracranial aneurysms is possible and recommended. However, the lack of candidate genes precludes identifying patients at risk by genetic analyses. We observed intracranial aneurysms in 2 patients with von Hippel-Lindau (VHL) disease and the known disease-causing mutation c.292T > C (p.Tyr98His) in the VHL tumor suppressor gene. This study investigates whether the VHL gene is a possible candidate gene for aneurysm formation.

Evidence for the involvement of proximal chromosome 3P loci in the progression of Von Hippel-Lindau related tumors

Von Hippel-Lindau (VHL) disease is an autosomal dominant disorder characterized by the development of retinal and central nervous system hemangioblastoma, renal cell carcinoma (RCC), pheochromocytoma and pancreatic islet cell tumors (PICT). The VHL gene maps to chromosome 3p25 and has been shown to be mutated in 57% of sporadic cases of RCC, implicating VHL in the genesis of RCC. We report a multigeneration VHL kindred in which four affected female siblings developed PICT at early ages. Analysis of the three coding exons of the VHL gene in this family revealed a single, missense mutation in codon 238. Inheritance of the 238 mutation has been reported to correlate with a 62% risk of pheochromocytoma development. In this kindred, all affected individuals carried the mutation as well as one additional sibling who showed no evidence of disease. Clinical screening of this individual indicated small ($<$1 cm) pancreatic and kidney tumors. Results suggest that inheritance of the codon 238 mutation does not correlate with early onset pheochromocytoma. Rather, the only individual in the pedigree with pheochromocytoma was the proband's mother who developed bilateral pheochromocytoma at the age of 62. Thus, the VHL codon 238 mutation may predispose to late onset pheochromocytoma in this family; however, it does not explain the preponderance of PICT in the third generation since this mutation has not been reported to increase the risk of developing pancreatic lesions. This suggests that inheritance of the codon 238 mutation and subsequent somatic inactivation of the wild type allele of the VHL gene may not be sufficient to explain the initiation and subsequent progression to malignancy in VHL-associated neoplasms. Since the two tumor types that most frequently progress to malignancy are RCC and PICT, we asked whether loss of heterozygosity (LOH) could be detected proximal to the VHL gene on chromosome 3 in distinct regions of 3p previously implicated by LOH and cytogenetic studies to contain tumor suppressor loci for RCC. LOH was performed on high molecular weight DNA isolated from peripheral blood and frozen tumor tissue of family members using microsatellite markers spanning 3p. Results indicated LOH for all informative 3p loci in tumor tissue from affected individuals with PICT. LOH was detected along the entire length of the chromosome arm and included the proximal region of 3p13-14.2 implicated in the hereditary form of renal cell carcinoma.^ If 3p LOH were a critical event in pancreatic islet cell tumorigenesis, then it should be expected that LOH in sporadic islet cell tumors would also be observed. We expanded LOH studies to include sporadic cases of PICT. Consistent LOH was observed on 3p with a highest frequency LOH in the region 3p21.2. This is the first evidence for an association between chromosome 3 loci and pancreatic islet cell tumorigenesis. (Abstract shortened by UMI.) ^