Konditionale Expression von HER-2, H-Ras oder BXB-Raf1 in einem Maustumormodell

Es ist bekannt, dass die Überexpression eines einzigen Onkogens im Tumorgewebe einen maligneren Phänotyp zur Folge haben kann. Ein Beispiel hierfür ist die Rezeptortyrosinkinase HER-2. Besonders in Mamma- und Ovarialkarzinomen tritt häufig eine HER-2 Überexpression auf, die mit einer schlechteren Prognose für die Patientinnen einhergeht. Die HER-2 blockierende Therapie mit Trastuzumab (Herceptin®) konnte zu einer signifikanten Verbesserung der Überlebenszeit bei Patientinnen mit metastasierendem Mammakarzinom führen. Es ist deshalb von großem Interesse herauszufinden, ob ein Tumor durch gezielte Blockade eines bestimmten Onkogens sein tumorigenes Potential verlieren kann, und dadurch das Tumorwachstum zumindest zeitweise unterbunden wird. Die Frage ist also, ob ein Tumor reversibel sein kann, wenn die Expression seiner Onkogene blockiert wird. Frühere Arbeiten meiner Arbeitsgruppe haben gezeigt, dass Tumore, die konditional humanes HER-2 exprimierten, nach Ausschalten von HER-2 tatsächlich in Remission gingen, d.h. reversibel waren. Tumorgrößenabhängig konnte sogar eine vollständige Tumorremission beobachtet werden. Die vorliegende Arbeit soll nun helfen, die beobachtete Remission nach Ausschalten von HER-2 besser verstehen zu können. Von Interesse sind dabei vor allem die molekularen Mechanismen, die in dem Tumor nach Ausschalten der HER-2 Expression ablaufen. Die konditionale Expression von HER-2 wurde mit Hilfe des TET-OFF Systems in NIH3T3 Mausfibroblasten erreicht. Mit dieser Technik wurde ein Maustumormodell etabliert, das ermöglichte, die Veränderungen in den Tumoren nach Ausschalten von HER-2 zu untersuchen. Ein besonderes Augenmerk wurde dabei auf zwei der durch HER-2 vermittelten Signalwege gerichtet, den Ras-MAP Kinase Signalweg und die Aktivierung von Akt über die Phosphoinositol-3 Kinase. Beide wurden nach Ausschalten der HER-2 Expression deaktiviert. Um herausfinden zu können, welcher der beiden Wege eine wichtigere Rolle bei der Tumorremission spielt, wurden in der vorliegenden Arbeit zwei weitere Maustumormodelle zur konditionalen Expression von humanem H-Ras bzw. einer Form des humanen c-Raf-1 (BXB-Raf1) etabliert. Die Modelle funktionierten auf dieselbe Weise wie das HER-2 Maustumormodell und es wurden auch dieselben Faktoren untersucht. Ras und Raf sind Mitglieder des Ras-MAP Kinase Signalweges. Raf ist aber im Gegensatz zu HER-2 und Ras nicht in der Lage, Akt zu aktivieren. Durch Vergleich der Ergebnisse der drei Maustumormodelle war es deshalb möglich zu differenzieren, ob Einflüsse auf die Tumorentwicklung über denn Ras-MAP Kinase oder den PI3K/Akt Signalweg vermittelt wurden. Auch Ausschalten von H-Ras oder BXB-Raf1 führte zu einer raschen Tumorremission. Damit wurde erneut die Frage nach der Reversibilität eines Tumors beantwortet. Ob die Remission auf einer Induktion von Apoptose beruhte, konnte nicht endgültig geklärt werden, da es zwar nach Ausschalten von HER-2 zu einer Erhöhung der Apoptoserate kam, nicht jedoch nach Ausschalten von H-Ras oder BXB-Raf1. Aufgrund der vorhandenen Ergebnisse wird vermutet, dass es zu einer Störung des Gleichgewichtes zwischen proliferationsfördernden und apoptotischen Faktoren nach Ausschalten der Onkogene kam. Die in den Tumoren vorhandene Spontanapoptose könnte dann ausreichen, den Prozess der Tumorremission auszulösen. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass ERK bzw. der Ras-MAP Kinase Signalweg die bedeutendere Rolle bei der Tumorremission spielte. Zum einen wurde dies belegt durch die Beobachtung, dass die Tumorverläufe von HER-2 und BXB-Raf1 nahezu identisch waren. Zum anderen kam es in allen drei Modellen zu einer Dephosphorylierung von ERK, die der Tumorremission vorausging. Akt schien dagegen keine Rolle zu spielen, da das Ausschalten der HER-2, H-Ras oder BXB-Raf1 Expression zu keiner einheitlichen Veränderung des Posphorylierungsgrades von Akt führte. Demnach ist die Blockade des Ras-MAP Kinase Signalweges, der hauptsächlich proliferationsfördernde Eigenschaften besitzt, wichtiger für die Tumorremission als die Blockade des PI3K/Akt Signalweges, der hauptsächlich anti-apoptotische Eigenschaften vermittelt.

Charakterisierung spezieller pflanzlicher Gamma-Tubulin-Sequenzbereiche und Detektion potentieller Interaktionspartner mittels Yeast-two-Hybrid-System

Mitotische und postmitotische Vorgänge pflanzlicher Zellen basieren auf der Funktion von Mikrotubuli. Es liegen nur wenige gesicherte Erkenntnisse zur Organisation dieser Multifunktionalität vor. Eine zentrale Bedeutung wird bei der Nukleation der Mikrotubuli an MTOCs durch γ-Tubulin zugeschrieben. Deren Zusammenlagerung an MTOCs ist jedoch noch nicht richtig verstanden. Domänen, die an der Proteinoberfläche exponiert werden, könnten in Interaktionen involviert sein. Hier werden im Besonderen der γ-A und γ-B-Peptivmotiv diskutiert. Es wurde das γ-A- und γ-B-Peptidmotiv des γ-Tubulins hinsichtlich einer Konservierung innerhalb des Pflanzenreiches untersucht. Die beiden Bereiche sind bei den grünen Landpflanzen stark konserviert. Sie divergieren stark zu den einzelligen Grünalgen Chlamydomonas reinhardtii und Chlorella spec. Es wurden daher in der bestehenden phylogentischen Lücke weitere Organismen hinsichtlich des γ-A und γ-B Peptidmotivs untersucht. Auswahlkriterien der Organismen waren Ein-/Mehrzelligkeit, Besitz/Abwesenheit von Centriolen und Besitz/Abwesenheit von Geißeln. Des weiteren wurde mit verschiedenen γ-Tubulin-Konstrukten um das γ-A- und γ-B-Peptidmotiv, gewonnen aus Nicotiana tabacum (BY2) mittels Y2H-System nach Interaktionspartnern gesucht. Bei den Sequenzuntersuchungen des γ-A- und γ-B-Peptidmotivs konnte festgestellt werden, dass die Konservierung innerhalb der Streptophytenlinie erfolgt. Interessant erweist sich die Tatsache, dass dieses Motiv bei den Jochalgen, welche ebenfalls den Streptophyten angehören, nur im γ-A-Peptidmotiv auftritt. Es besteht die Möglichkeit, dass die beiden potentiellen Interaktionspartner verschiedene Proteine als Interaktions-partner besitzen. Durch eine Anwendung eines auf dem GAL4-Protein basierenden Y2H-Systems mit vier unterschiedlichen Konstrukten des γ-Tubulin-A/B-Peptidbereichs als Köder-konstrukt und einer cDNA-Bibliothek als Beutekonstrukt, wurden diverse Sequenzen identifiziert. Identifiziert wurden das Poly(A)-Bindeprotein, Glycerin-aldehyd-3-phosphatdehydrogenase, die S-adenosyl-L-methionine-Synthetase, diverse Proteasom-Untereinheiten, eine sekretorische Peroxidase, eine Ascorbat-Peroxidase, die NtPOX1-Peroxidase und verschiedene Peroxidasen aus Nicotiana tabacum, Sequenzen des Chloroplastengenoms, ein Myosin-ähnliches Protein und eine Sequenz auf dem 5. Chromosom des Medicago truncatula-Klons mth2-16f8 und diverse humane Sequenzen der Proteine DKFZp68 und DKFZp77. Die Ergebnisse weisen auf eine komplexe Funktionsweise der unterschiedlichen Komponenten des pflanzlichen Cytoskeletts und des γ-Tubulins hin. Zur Aufklärung müsste dies in Zukunft mittels anderer genetischer, biochemischer oder funktioneller Methoden untersucht werden. Hypothesen über Interaktionen der Cytoskelettkomponenten können wahrscheinlich nicht allein durch die Anwendung des Y2H-Systems aufgeklärt werden.

Cell death mechanisms triggered by monoclonal antibodies against CD99 in Ewing sarcoma: Cross-talk between MDM2, IGF-1R and Ras/MAPK

CD99 is a 32 kDa transmembrane protein whose high expression characterizes Ewing sarcoma (ES), a very aggressive pediatric bone tumor. In addition to its diagnostic value, CD99 has therapeutic potential since it leads to rapid and massive ES cell death when engaged with specific antibodies. Here a novel mechanism of cell death triggered via CD99 is shown, leading, ultimately, to the appearance of macropinocytotic vescicles. Anti-CD99 mAb 0662 induces MDM2 ubiquitination and degradation, which causes not only a p53 reactivation but also the IGF-1R induction and its subsequent internalization; CD99 results internalized together with IGF-1R inside endosomes, but then the two molecules display a different sorting: CD99 is degraded, while IGF-1R is recycled on the surface, causing, as a final step, the up-regulation of RAS-MAPK. High-expressing CD99 mesenchymal stem cells show mild Ras induction but no p53 activation and escape cell death, but in presence of EWS/FLI1 mesenchymal stem cells expressing CD99 show a stronger Ras induction and a p53 reactivation, leading to a significant cell death rate. We propose that CD99 triggering in a EWS/FLI1-driven oncogenetic context creates a synergy between RAS upregulation and p53 activation in ES cells, leading to cell death. Moreover, our data rule out possible concerns on toxicity related to the broad CD99 expression in normal tissues and provide the rationale for the therapeutic use of anti-CD99 MAbs in the clinic.

The Ras inhibitors caveolin-1 and docking protein 1 activate peroxisome proliferator-activated receptor ? through spatial relocalization at helix 7 of its ligand-binding domain

Peroxisome proliferator-activated receptor ? (PPAR?) is a transcription factor that promotes differentiation and cell survival in the stomach. PPAR? upregulates and interacts with caveolin-1 (Cav1), a scaffold protein of Ras/mitogen-activated protein kinases (MAPKs). The cytoplasmic-to-nuclear localization of PPAR? is altered in gastric cancer (GC) patients, suggesting a so-far-unknown role for Cav1 in spatial regulation of PPAR? signaling. We show here that loss of Cav1 accelerated proliferation of normal stomach and GC cells in vitro and in vivo. Downregulation of Cav1 increased Ras/MAPK-dependent phosphorylation of serine 84 in PPAR? and enhanced nuclear translocation and ligand-independent transcription of PPAR? target genes. In contrast, Cav1 overexpression sequestered PPAR? in the cytosol through interaction of the Cav1 scaffolding domain (CSD) with a conserved hydrophobic motif in helix 7 of PPAR?'s ligand-binding domain. Cav1 cooperated with the endogenous Ras/MAPK inhibitor docking protein 1 (Dok1) to promote the ligand-dependent transcriptional activity of PPAR? and to inhibit cell proliferation. Ligand-activated PPAR? also reduced tumor growth and upregulated the Ras/MAPK inhibitors Cav1 and Dok1 in a murine model of GC. These results suggest a novel mechanism of PPAR? regulation by which Ras/MAPK inhibitors act as scaffold proteins that sequester and sensitize PPAR? to ligands, limiting proliferation of gastric epithelial cells.

High-throughput mutation profiling of CTCL samples reveals KRAS and NRAS mutations sensitizing tumors toward inhibition of the RAS/RAF/MEK signaling cascade

Cutaneous T-cell lymphomas (CTCLs) are malignancies of skin-homing lymphoid cells, which have so far not been investigated thoroughly for common oncogenic mutations. We screened 90 biopsy specimens from CTCL patients (41 mycosis fungoides, 36 Sézary syndrome, and 13 non-mycosis fungoides/Sézary syndrome CTCL) for somatic mutations using OncoMap technology. We detected oncogenic mutations for the RAS pathway in 4 of 90 samples. One mycosis fungoides and one pleomorphic CTCL harbored a KRAS(G13D) mutation; one Sézary syndrome and one CD30(+) CTCL harbored a NRAS(Q61K) amino acid change. All mutations were found in stage IV patients (4 of 42) who showed significantly decreased overall survival compared with stage IV patients without mutations (P = .04). In addition, we detected a NRAS(Q61K) mutation in the CTCL cell line Hut78. Knockdown of NRAS by siRNA induced apoptosis in mutant Hut78 cells but not in CTCL cell lines lacking RAS mutations. The NRAS(Q61K) mutation sensitized Hut78 cells toward growth inhibition by the MEK inhibitors U0126, AZD6244, and PD0325901. Furthermore, we found that MEK inhibitors exclusively induce apoptosis in Hut78 cells. Taken together, we conclude that RAS mutations are rare events at a late stage of CTCL, and our preclinical results suggest that such late-stage patients profit from MEK inhibitors.

Interaction of the receptor FGFRL1 with the negative regulator Spred1

FGFRL1 is a member of the fibroblast growth factor receptor family. It plays an essential role during branching morphogenesis of the metanephric kidneys, as mice with a targeted deletion of the Fgfrl1 gene show severe kidney dysplasia. Here we used the yeast two-hybrid system to demonstrate that FGFRL1 binds with its C-terminal, histidine-rich domain to Spred1 and to other proteins of the Sprouty/Spred family. Members of this family are known to act as negative regulators of the Ras/Raf/Erk signaling pathway. Truncation experiments further showed that FGFRL1 interacts with the SPR domain of Spred1, a domain that is shared by all members of the Sprouty/Spred family. The interaction could be verified by coprecipitation of the interaction partners from solution and by codistribution at the cell membrane of COS1 and HEK293 cells. Interestingly, Spred1 increased the retention time of FGFRL1 at the plasma membrane where the receptor might interact with ligands. FGFRL1 and members of the Sprouty/Spred family belong to the FGF synexpression group, which also includes FGF3, FGF8, Sef and Isthmin. It is conceivable that FGFRL1, Sef and some Sprouty/Spred proteins work in concert to control growth factor signaling during branching morphogenesis of the kidneys and other organs.

eIF4E is an important determinant of adhesion and pseudohyphal growth of the yeast S. cerevisiae

eIF4E, the cytoplasmatic cap-binding protein, is required for efficient cap-dependent translation. We have studied the influence of mutations that alter the activity and/or expression level of eIF4E on haploid and diploid cells in the yeast S. cerevisiae. Temperature-sensitive eIF4E mutants with reduced levels of expression and reduced cap-binding affinity clearly show a loss in haploid adhesion and diploid pseudohyphenation upon starvation for nitrogen. Some of these mutations affect the interaction of the cap-structure of mRNAs with the cap-binding groove of eIF4E. The observed reduction in adhesive and pseudohyphenating properties is less evident for an eIF4E mutant that shows reduced interaction with p20 (an eIF4E-binding protein) or for a p20-knockout mutant. Loss of adhesive and pseudohyphenating properties was not only observed for eIF4E mutants but also for knockout mutants of components of eIF4F such as eIF4B and eIF4G1. We conclude from these experiments that mutations that affect components of the eIF4F-complex loose properties such as adhesion and pseudohyphal differentiation, most likely due to less effective translation of required mRNAs for such processes.

Emergence of Blastoschizomyces capitatus yeast infections, Central Europe

We report 5 cases of disseminated infection caused by Blastoschizomyces capitatus yeast in central Switzerland. The emergence of this yeast in an area in which it is not known to be endemic should alert clinicians caring for immunocompromised patients outside the Mediterranean region to consider infections caused by unfamiliar fungal pathogens.

The cytidine deaminases AID and APOBEC-1 exhibit distinct functional properties in a novel yeast selectable system

Activation-induced cytidine deaminase (AID) is indispensable for immunoglobulin maturation by somatic hypermutations and class switch recombination and is supposed to deaminate cytidines in DNA, while its homolog APOBEC-1 edits apolipoprotein (apo) B mRNA by cytidine deamination. We studied the editing activity of APOBEC-1 and AID in yeast using the selectable marker Gal4 linked to its specific inhibitor protein Gal80 via an apo B cassette (Gal4-C) or via the variable region of a mouse immunoglobulin heavy chain gene (Gal4-VH). Expression of APOBEC-1 induced C to U editing in up to 15% of the Gal4-C transcripts, while AID was inactive in this reaction even in the presence of the APOBEC-1 complementation factor. After expression of APOBEC-1 as well as AID approximately 10(-3) of yeast cells survived low stringency selection and expressed beta-galactosidase. Neither AID nor APOBEC-1 mutated the VH sequence of Gal4-VH, and consequently the yeast colonies did not escape high stringent selection. AID, however, induced frequent plasmid recombinations that were only rarely observed with APOBEC-1. In conclusion, AID cannot substitute APOBEC-1 to edit the apo B mRNA, and the expression of AID in yeast is not sufficient for the generation of point mutations in a highly transcribed Gal4-VH sequence. Cofactors for AID induced somatic hypermutations of immunoglobulin variable regions, that are present in B cells and a variety of non-B cells, appear to be missing in yeast. In contrast to APOBEC-1, AID alone does not exhibit an intrinsic specificity for its target sequences.