@phdthesis{Zink2023,
  author    = {Zink, Christoph},
  title     = {Biochemische und strukturbiologische Charakterisierung der Inhibition der Pyridoxal 5´-Phosphat Phosphatase durch 7,8-Dihydroxyflavon},
  doi       = {10.25972/OPUS-25151},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-251511},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {Die Pyridoxal-5'-Phosphat Phosphatase (PDXP), auch bekannt als Chronophin (CIN), ist eine HAD-Phosphatase, die beim Menschen ubiquit{\"a}r exprimiert wird und eine entscheidende Rolle im zellul{\"a}ren Vitamin-B6-Metabolismus einnimmt. PDXP ist in der Lage Pyridoxal-5'-Phosphat (PLP), die co-enzymatisch aktive Form von Vitamin B6, zu dephosphorylieren. In-vivo Studien mit M{\"a}usen zeigten, dass die Abwesenheit von PDXP mit verbesserten kognitiven Leistungen und einem verringerten Wachstum von Hirntumoren assoziiert ist. Dies begr{\"u}ndet die gezielte Suche nach einem pharmakologischen Inhibitor f{\"u}r PDXP. Ein Hochdurchsatz-Screen legte nahe, dass 7,8-Dihydroxyflavon (7,8-DHF) hierf{\"u}r ein potenzieller Kandidat ist. Zahlreiche Studien beschreiben bereits vielf{\"a}ltige positive neurologische Effekte nach in-vivo Administration von 7,8-DHF, allerdings bleibt der genaue Wirkmechanismus umstritten und wird bis dato nicht mit PDXP in Zusammenhang gebracht. Ziel dieser Arbeit ist es, die Inhibition von PDXP durch 7,8-DHF n{\"a}her zu charakterisieren und damit einen Beitrag zur Beantwortung der Frage zu leisten, ob PDXP an den 7,8-DHF-induzierten Effekten beteiligt ist. Hierzu wurde der Effekt von 7,8-DHF auf die enzymatische Aktivit{\"a}t von rekombinant hergestelltem, gereinigtem PDXP in in-vitro Phosphatase-Assays charakterisiert. Um die Selektivit{\"a}t von 7,8-DHF gegen{\"u}ber PDXP zu untersuchen, wurden f{\"u}nf weitere HAD-Phosphatasen getestet. Unter den analysierten Phosphatasen zeigte einzig die dem PDXP nah verwandte Phosphoglykolat Phosphatase (PGP) eine geringer ausgepr{\"a}gte Sensitivit{\"a}t gegen 7,8-DHF. Ein Vergleich von 7,8-DHF mit sechs strukturell verwandten, hydroxylierten Flavonen zeigte, dass 7,8-DHF unter den getesteten Substanzen die h{\"o}chste Potenz und Effektivit{\"a}t aufwies. Außerdem wurde eine Co-Kristallisation von PDXP mit 7,8-DHF durchgef{\"u}hrt, deren Struktur bis zu einer Aufl{\"o}sung von 2,0 {\AA} verfeinert werden konnte. Die in der Kristallstruktur identifizierte Bindungsstelle von 7,8-DHF an PDXP wurde mittels verschiedener, neu generierter PDXP-Mutanten enzymkinetisch best{\"a}tigt. Zusammenfassend zeigen die hier beschriebenen Ergebnisse, dass 7,8-DHF ein direkter, selektiver und vorwiegend kompetitiver Inhibitor der PDXP-Aktivit{\"a}t ist, mit einer IC50 im submikromolaren Bereich. Die Ergebnisse dieser in-vitro Untersuchungen motivieren zu weiterer Forschung bez{\"u}glich der 7,8-DHF-vermittelten Inhibition der PDXP-Aktivit{\"a}t in Zellen, um die Frage beantworten zu k{\"o}nnen, ob PDXP auch in-vivo ein relevantes Target f{\"u}r 7,8-DHF darstellt.},
  subject      = {Pyridoxalphosphat},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Witzinger2020,
  author    = {Witzinger, Linda},
  title     = {Rolle der Pyridoxal 5´-Phosphat Phosphatase PDXP im Vitamin B6-Metabolismus muriner Erythrozyten und Hippocampi},
  doi       = {10.25972/OPUS-21654},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-216546},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2020},
  abstract  = {Die Phosphatase PDXP (auch bekannt als Chronophin) geh{\"o}rt zur Familie der HAD Phosphatasen, einer ubiquit{\"a}r exprimierten Enzymklasse mit wichtigen physiologischen Funktionen. PDXP zeigt Phosphatase-Aktivit{\"a}t gegen{\"u}ber seinem Substrat Pyridoxal 5´-Phosphat (PLP), der aktivierten Form von Vitamin B6. PDXP-defiziente M{\"a}use (Knockout-M{\"a}use) weisen im Vergleich zu Wildtypen verdoppelte PLP-Konzentrationen in Erythrozyten sowie im Gesamthirn auf. Vermutlich kommt PDXP daher eine wichtige Funktion in Erythrozyten und im Hirn zu. Ziel dieser Arbeit war es, erste Einblicke in diese Funktion(en) von PDXP zu erlangen. Hierzu wurden HPLC-basierte Analysen der erythrozyt{\"a}ren PLP-Konzentrationen in Wildtyp- sowie PDXP-defizienten M{\"a}usen durchgef{\"u}hrt. Dabei ließen sich die rund doppelt so hohen erythrozyt{\"a}ren PLP-Level in den KO-M{\"a}usen best{\"a}tigen. Zudem ist es gelungen, eine Methode zur Messung der endogenen Phosphatase-Aktivit{\"a}t von PDXP in Erythrozytenlysaten zu etablieren. So konnte im Wildtyp anhand der Verringerung der PLP-Konzentrationen pro Zeiteinheit eine erythrozyt{\"a}re PDXP-Aktivit{\"a}t nachgewiesen werden. Dazu waren die Inkubation mit Pyridoxin, sowie die Anwendung eines Inhibitors der PDXK notwendig. Eine bis dato vermutete Funktion der PDXP, zur Mobilisation von erythrozyt{\"a}rem PLP w{\"a}hrend Fastenzeiten, konnte ausgeschlossen werden. So zeigte der Vergleich der erythrozyt{\"a}ren PLP-Konzentrationen aus gefasteten mit normal gef{\"u}tterten Tieren in beiden Genotypen exakt dieselbe prozentuale PLP-Verringerung. W{\"a}hrend Nahrungszufuhr ließ sich jedoch eine Funktion der Phosphatase PDXP als „Converter" von Pyridoxin zu Pyridoxal erkennen. Ausgehend von PN konnte im Wildtyp ({\"u}ber die Zwischenprodukte PNP und PLP) eine PDXP-abh{\"a}ngige Dephosphorylierung von PLP zu PL erfolgen. So wies der Wildtyp eine rund vierfach h{\"o}here PL-Produktion auf, verglichen mit der PDXP-defizienten Maus. Die Phosphatase PDXP erwies sich als essenziell f{\"u}r die erythrozyt{\"a}re Konversion von Pyridoxin zu Pyridoxal. Dadurch erreicht der Organismus eine metabolische Flexibilit{\"a}t, die ihn bis zu einem gewissen Grad unabh{\"a}ngig von der Nahrungsauswahl macht. Zudem k{\"o}nnen Zellen oder Organe, denen durch das Fehlen der PNPO, die Konversion zu PLP nicht m{\"o}glich ist, mit PL versorgt werden. Aus der hohen Reaktivit{\"a}t von PLP mit umliegenden Nucleophilen ergibt sich eine gewisse Problematik f{\"u}r die Zelle im Umgang mit freiem PLP. So liegt der Großteil des erythrozyt{\"a}ren PLPs gebunden an Proteine (vor allem H{\"a}moglobin) vor. Anhand von Filtern (MWCO, 3000) ließ sich zwischen der hier definiert als „freien" und der „gebundenen" Form von PLP differenzieren. So konnten erste Erkenntnisse zur Rolle von PDXP als Determinator freier PLP-Konzentrationen in Erythrozyten und insbesondere im Hippocampus erlangt werden. Im Hippocampus ergaben sich insgesamt deutlich h{\"o}here Konzentrationen an freiem PLP als in den Erythrozyten und es bestand zudem ein Unterschied zwischen den Genotypen. So wiesen die KO-M{\"a}use ~1/3 h{\"o}here freie PLP-Konzentrationen im Vergleich zu den Wildtypen auf. Schließlich konnte ein Effekt des Tieralters auf den PLP-Metabolismus festgestellt werden. Sowohl in den Erythrozyten als auch im Hippocampus ergaben sich alterskorrelierte {\"A}nderungen ihrer PLP-Konzentrationen. Zudem zeigten Western Blot Analysen altersbedingte Unterschiede ihrer Vitamin B6-Enzymexpressionen. So wiesen {\"a}ltere Wildtypen im Hippocampus eine f{\"u}nffach erh{\"o}hte PDXP-Expression verglichen mit j{\"u}ngeren Tieren auf. In den Erythrozytenlysaten hingegen zeigten {\"a}ltere Tiere beider Genotypen eine rund vierfach geringere PNPO-Expression gegen{\"u}ber j{\"u}ngeren Tieren. Die mit dem Alter eintretende physiologische Verringerung der erythrozyt{\"a}ren PNPO-Expression w{\"u}rde somit f{\"u}r den Organismus einen Verlust seiner metabolischen Flexibilit{\"a}t bedeuten, die mit der Konversion von PN zu PL einhergeht.},
  subject      = {Vitamin B6},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Wilhelm2018,
  author    = {Wilhelm, Christian},
  title     = {Die Rolle von Chronophin bei Schlaganfall-induziertem Funktionsverlust der Blut-Hirn-Schranke},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-163877},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {Der isch{\"a}mische Schlaganfall ist mit einer j{\"a}hrlichen Inzidenz von 200/100 000 Einwohnern die h{\"a}ufigste Gef{\"a}ßerkrankung in Deutschland. Atherothrombose, arterielle Hypertonie und Embolien unterschiedlichen Ursprungs sind die wesentlichen Ursachen des isch{\"a}mischen Schlaganfalls. Die neurologischen Defizite nach einem Schlaganfall resultieren aus einem gest{\"o}rten zerebralen Blutfluss und somit einer insuffizienten Sauerstoffversorgung. Zus{\"a}tzlich ist die {\"O}dembildung, welche von einer gesteigerten Permeabilit{\"a}t der Blut-Hirn-Schranke verursacht wird, am neuronalen Zelltod beteiligt. Chronophin ist eine Aktinzytoskelett-regulierende Serin-Phosphatase. In einem isch{\"a}mischen Schlaganfall-Modell konnte im Rahmen dieser Arbeit gezeigt werden, dass der globale Verlust von Chronophin zu einer vermehrten {\"O}dembildung und einem aggravierten neurologischen Zustand der M{\"a}use im Vergleich zu wildtypischen Kontrollen f{\"u}hrte. Hirnlysate von wildtypischen M{\"a}usen zeigten verringerte Chronophin-Level in der vom Schlaganfall betroffenen Hemisph{\"a}re. Jedoch konnten initiale immunhistochemische und zellbiologische Untersuchungen weder Chronophin-abh{\"a}ngige Ver{\"a}nderungen der Blut-Hirn-Schranke feststellen noch einen zerebralen Zelltyp identifizieren, der f{\"u}r den sch{\"u}tzenden Effekt von Chronophin verantwortlich ist. Diese Ergebnisse weisen auf einen komplexen, vielzelligen Mechanismus hin, dem die sch{\"u}tzende Rolle von Chronophin im isch{\"a}mischen Schlaganfall unterliegt. Die Entschl{\"u}sselung dieses Mechanismus ist Aufgabe k{\"u}nftiger Untersuchungen.},
  subject      = {Schlaganfall},
  language  = {de}
}
@phdthesis{ZinkgebSondergeld2015,
  author    = {Zink [geb. Sondergeld], Thomas Gerd},
  title     = {Der Cofilin-Signalweg im Glioblastoma multiforme - Ursachen f{\"u}r den Verlust von Chronophin und Einfluss von LIM-Kinase-Inhibitoren},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-127065},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2015},
  abstract  = {Das invasive Potential maligner Gliome beeinflusst maßgeblich die schlechte Prognose dieser Tumorentit{\"a}t. Migration und Invasion von Tumorzellen werden entscheidend durch die Cofilin-vermittelte Umstrukturierung des Aktin-Zytoskeletts gepr{\"a}gt, die durch die Aktivit{\"a}t antagonistischer Cofilin-Kinasen und -Phosphatasen reguliert wird. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit konnte ein progressiver Expressionsverlust der Cofilin-Phosphatase Chronophin mit ansteigendem Malignit{\"a}tsgrad astrozyt{\"a}rer Gliome aufgezeigt werden, der mit einer Zunahme der Phosphorylierung von Cofilin einhergeht. In den entsprechenden Gewebeproben gelang gleichzeitig der Nachweis einer gesteigerten Expression der Cofilin-Kinase LIMK-2. Genetische und epigenetische Analysen des Chronophin-Locus konnten eine Hypermethylierung im Bereich der Promotorregion der Phosphatase identifizieren, die m{\"o}glicherweise dem Verlust von Chronophin in Glioblastom-Gewebeproben zugrunde liegt. In Glioblastom-Zelllinien, die unterschiedliche Expressionsmuster von Chronophin aufwiesen, konnten hingegen keine molekularen Alterationen festgestellt werden. Untersuchungen des Einflusses von ROCK- und LIMK-Inhibitoren auf Glioblastomzellen konnten ausgepr{\"a}gte Ver{\"a}nderungen der Zellmorphologie dokumentieren, wobei erstmals die Induktion eines stellate cell-Ph{\"a}notyps unter Einfluss des LIMK-Inhibitors BMS-5 beschrieben wird. W{\"a}hrend ROCK- und LIMK-Inhibitoren keinen Einfluss auf die 2D-Motilit{\"a}t der Tumorzellen hatten, wiesen die Glioblastomzellen in Abh{\"a}ngigkeit ihrer basalen Cofilin-Aktivit{\"a}t eine verst{\"a}rkte bzw. verminderte 3D-Invasivit{\"a}t auf. Die Erkenntnisse dieser Arbeit unterstreichen die Bedeutung des Cofilin-Signalweges f{\"u}r die Migration und Invasion von Gliomzellen, zeigen neue Angriffspunkte in der Therapie maligner Gliome auf und warnen zugleich vor einem unkritischen Einsatz neuer Wirkstoffe.},
  subject      = {Cofilin},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Schulze2014,
  author    = {Schulze, Markus},
  title     = {Role of Chronophin for glioma cell migration and invasion},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-109292},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {Abstract Glioblastomas, primary brain tumors, represent a tumor entity with a dismal prognosis and a median survival of only about one year. Invasion into the healthy brain parenchyma contributes substantially to the malignancy of this type of brain tumor. Therefore, a better understanding of the mechanisms promoting the invasive behavior of these brain tumors is needed to identify new therapeutic targets. Cofilin, an actin regulatory protein, has been shown to be an important regulator of the invasive behavior of tumor cells in other types of cancer and the actin cytoskeleton is involved in the formation of a variety of cellular structures important for cell migration and invasion. Cofilin is regulated by phosphorylation on a single residue, serine 3. The aim of this thesis was to examine the role of the cofilin regulatory phosphatase chronophin for glioma cell migration and invasion. First, it was established that chronophin depletion in the cell line GBM6840 leads to an increase in the ratio of phosphorylated cofilin to total cofilin. Higher chronophin levels were correlated with a decrease in F-actin in the cell lines GBM6840 and U87 as measured in an actin spin down assay and in a flow cytometry based assay. Furthermore, it was shown that knockdown of chronophin in two different cell lines, GBM6840 and DBTRG-05-MG, strongly increased their invasiveness in vitro. Expression of human chronophin in the cell line U87 decreased its invasiveness substantially. There was no difference in cell proliferation between GBM6840 and DBTRG-05-MG cells expressing a chronophin targeting shRNA or a control shRNA and U87 cells transfected with an empty vector or a human chronophin encoding plasmid. The increase in invasiveness after chronophin depletion could be correlated with an increase in directionality in cell migration under 2D culture conditions in the cell lines U87 and GBM6840. Moreover, treatment with the ROCK inhibitor Y-27632 decreased directionality in GBM6840 cells under 2D culture conditions and reduced the invasiveness of GBM6840 chronophin shRNA cells back to control levels. Expression of a non-phosphorylatable cofilin mutant, the S3A mutant, was able to reduce invasiveness and to reduce directionality under 2D culture conditions back to control levels in GBM6840 chronophin shRNA cells. This provides important evidence for the involvement of cofilin phosphoregulation in the phenotypes described above. In vivo, when injected into NOD-SCID mice, chronophin depleted cells showed a dramatic growth reduction as compared to control and rescue cells. Transciptomic characterization of GBM6840 cells by microarray analysis and subsequent comparison of the data with microarray profiles of normal brain tissues and different glioma entities identified two specifically chronophin regulated transcripts potentially involved in tumor progression and invasion, MXI1 and EDIL3. Moreover, c-myc was identified as a significantly altered transcription factor after chronophin deregulation based on the number of c-myc target molecules in the microarray dataset. MXI1 is a potential negative regulator of c-myc dependent transcription, and was strongly downregulated after chronophin knockdown in GBM6840. In line with this, the activity of a c-myc reporter plasmid was increased after chronophin depletion in GBM6840 and reduced after chronophin expression in U87 cells. However, the protein level of the c-myc protein was reduced after chronophin depletion in GBM6840. Finally, anaylsis of the expression of proteases known to be important for glioblastoma pathogenesis revealed no major changes in protease expression between chronophin depleted and control cells. Therefore, a comprehensive analysis of chronophin in the context of glioma pathogenesis has been performed in this thesis. It has been shown that chronophin depletion strongly enhanced invasiveness of glioma cells and that it induced transcriptomic changes potentially involved in tumor progression. The proteins regulating cofilin phosphorylation are therefore valuable therapeutic targets for anti-invasive therapy in glioblastomas. Inhibitors for kinases upstream of cofilin, e.g. LIMKs and ROCKs, are available, and might be promising agents for anti-invasive therapy.},
  subject      = {Zellmigration},
  language  = {en}
}