TY  - THES
A1  - Hanselmann, Steffen
T1  - PRC1 serves as a microtubule-bundling protein and is a potential therapeutic target for lung cancer
T1  - PRC1 dient als ein Mikrotubuli-bündelndes Protein und ist ein potenzielles therapeutisches Target für Lungenkrebs
N2  - Protein regulator of cytokinesis 1 (PRC1) is a microtubule-associated protein with essential roles in mitosis and cytokinesis. Furthermore, the protein is highly expressed in several cancer types which is correlated with aneuploidy and worse patient outcome. In this study it was investigated, whether PRC1 is a potential target for lung cancer as well as its possible nuclear role. 
Elevated PRC1 expression was cell cycle-dependent with increasing levels from S-phase to G2/M-phase of the cell cycle. Thereby, PRC1 localized at the nucleus during interphase and at the central spindle and midbody during mitosis and cytokinesis. Genome-wide expression profiling by RNA sequencing of ectopically expressed PRC1 resulted in activation of the p53 pathway. A mutant version of PRC1, that is unable to enter the nucleus, induced the same gene sets as wildtype PRC1, suggesting that PRC1 has no nuclear-specific functions in lung cancer cells. Finally, PRC1 overexpression leads to proliferation defects, multi-nucleation, and enlargement of cells which was directly linked to microtubule-bundling within the cytoplasm.
For analysis of the requirement of PRC1 in lung cancer, different inducible cell lines were generated to deplete the protein by RNA interference (RNAi) in vitro. PRC1 depletion caused proliferation defects and cytokinesis failures with increased numbers of bi- and multi-nucleated cells compared to non-induced lung cancer cells. Importantly, effects in control cells were less severe as in lung cancer cells. Finally, p53 wildtype lung cancer cells became senescent, whereas p53 mutant cells became apoptotic upon PRC1 depletion. PRC1 is also required for tumorigenesis in vivo, which was shown by using a mouse model for non-small cell lung cancer driven by oncogenic K-RAS and loss of p53. Here, lung tumor area, tumor number, and high-grade tumors were significantly reduced in PRC1 depleted conditions by RNAi. 
In this study, it is shown that PRC1 serves as a microtubule-bundling protein with essential roles in mitosis and cytokinesis. Expression of the protein needs to be tightly regulated to allow unperturbed proliferation of lung cancer cells. It is suggested that besides phosphorylation of PRC1, the nuclear localization might be a protective mechanism for the cells to prevent perinuclear microtubule-bundling. In conclusion, PRC1 could be a potential target of lung cancer as mono therapy or in combination with a chemotherapeutic agent, like cisplatin, which enhanced the negative effects on proliferation of lung cancer cells in vitro.
N2  - Protein-Regulator der Zytokinese 1 (PRC1) ist ein Mikrotubuli-assoziierendes Protein mit wesentlicher Funktion bei der Mitose und Zytokinese. Die Expression des Proteins ist in verschiedenen Krebsarten stark erhöht, was mit Aneuploidie und schlechterer Lebenserwartung der Patienten korreliert. In dieser Untersuchung wurde erforscht, ob PRC1 ein potenzielles therapeutisches Target für die Behandlung von Lungenkrebs darstellt, sowie seine mögliche Zellkern-Funktion untersucht.
Die gesteigerte PRC1-Expression war Zellzyklus-abhängig, mit ansteigendem Expressionslevel von der S-Phase bis zur G2/M-Phase des Zellzyklus. Hierbei ist PRC1 während der Interphase im Zellkern lokalisiert und während der Mitose und Zytokinese an der zentralen Spindel und dem Mittelkörper lokalisiert. Genomweite Expressionsanalysen durch RNA-Sequenzierung nach ektopischer PRC1-Expression resultierte in einer Aktivierung des p53-Signalweges. Eine mutierte Version von PRC1, die nicht imstande ist in den Zellkern zu gelangen, hat dieselbe Gen-Zusammenstellung wie das Wildtyp-PRC1 induziert. Dies deutet auf keine Kern-spezifische Funktion von PRC1 im Lungenkrebs hin. Schlussendlich führt die Überexpression von PRC1 zu Proliferationsdefekten, mehreren Zellkernen und Vergrößerung der Zellen, was im direkten Zusammenhang mit der Mikrotubuli-Bündelung im Zytoplasma steht.
Zur Analyse des Bedarfs von PRC1 im Lungenkrebs wurden verschiedene induzierbare Zelllinien hergestellt, um die Expression des Proteins durch RNA-Interferenz (RNAi) im Zellkultursystem vermindern zu können. Die PRC1-Depletion durch RNAi führte bei Lungenkrebszellen zu Proliferationsdefekten und Zytokinese-Fehlern. Im Vergleich zu nicht-induzierten Lungenkrebszellen zeigte sich ein Anstieg von multinuklearen Zellen. Wichtig war hier, dass Effekte in Kontrollzellen weniger stark waren als in Lungenkrebszellen. Außerdem hat sich gezeigt, dass nach PRC1-Depletion, p53-Wildtyp Lungenkrebszellen seneszent und p53-mutierte Zellen apoptotisch wurden. PRC1 wird auch für die Tumorentstehung in vivo bei einem Mausmodell von nichtkleinzelligem Lungenkrebs, das durch Onkogenes K-RAS und Verlust von p53 getrieben ist, benötigt. Hierbei zeigte sich eine signifikante Reduzierung der Lungentumorfläche, Anzahl der Tumore und hochgradige Tumore durch Depletion von PRC1 durch RNAi. 
In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass PRC1 eine wichtige Funktion als Mikrotubuli-bündelndes Protein in der Mitose und Zytokinese hat. Die Expression des Proteins muss genau kontrolliert werden, um eine ungestörte Proliferation von Lungekrebszellen aufrecht zu erhalten. Es wird vorgeschlagen, dass neben der Phosphorylierung von PRC1, die Kern-Lokalisation ein Schutzmechanismus der Zellen vor perinukleärer Mikrotubuli-Bündelung darstellt. Schlussendlich könnte PRC1 ein potentielles therapeutisches Target für Lungenkrebs sein, sowohl als Monotherapie oder auch in Kombination mit chemotherapeutischen Wirkstoffen, wie beispielsweise Cisplatin, was einen zusätzlichen negativen Effekt auf das Zellwachstum im Zellkultur System zeigte.
KW  - Mikrotubuli-assoziiertes Protein (MAP)
KW  - Zellteilung (Zytokinese)
KW  - Mitose
KW  - Zellzyklus
KW  - Mikrotubuli
KW  - Zellkern
KW  - Nicht-kleinzelliges Bronchialkarzinom (NSCLC)
KW  - Lungenkrebs
KW  - potenzielles therapeutisches Target
KW  - K-Ras
KW  - p53
KW  - zentrale Spindel und Mittelkörper
KW  - MMB
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-266314
ER  - 
TY  - THES
A1  - Vukicevic, Vladimir
T1  - Mechanisms of apoptosis modulation and their contribution to genomic instability in tumor cells
T1  - Mechanismen von Apostose Modulation und ihr Beitrag zur genomischen Instabilität
N2  - The concept of programmed cell death has been increasingly considered from various aspects since early 1970’s. Primarily, knowledge of apoptosis referred to morphological changes in which chromatin is condensed and increasingly fragmented, revealed as small structure in the nucleus. The membrane shrinks and the cell becomes dense as can be seen by flow cytometry. Interestingly, similar modes of cell deletion were observed in nematodes indicating that apoptosis is a highly conserved machinery. Three Caeonorhabditis elegans gene products are found to have high homology with mammalian apoptotic genes: CED-9 inhibits apoptosis and is related to bcl-2; CED-3 and CED-4 promote apoptosis and are related to caspase 9 and APAF-1. Apoptosis is not accidental death, but a highly controlled and medically important molecular process. More general terms such as ‘physiological’ or ‘regulated’ cell death cover different morphologies and sequences. Programmed suicide of cells that were subjected to toxic exogenous and endogenous stimuli plays a key role in understanding cancer development and its treatment. Apoptosis involves sequences of events that may overlap and play contradictory or antagonistic roles in cell death. Generally, the ability to trigger apoptotic processes in cancer cells would benefit an organism by keeping homeostasis intact. Programmed cell death is a regularly present mechanism, for instance, in lymphocyte recruitment in the thymus where immature lymphocytes may recognize host antigens. Therefore, such lymphocytes become apoptotic and are removed by macrophages. Removal prevents possible autoimmune diseases. Unlike apoptosis, necrosis is a passive process of cell death recognizable by membrane morphological changes and accompanied by leakage of intracellular material into intercellular space that may cause inflammation in the organism. Signals that may initiate apoptosis are generally classified into two groups: signals that launch extrinsic apoptotic pathways starting with aggregation of death receptors and intrinsic apoptotic pathways starting with disruption of intracellular homeostasis such as the release of mitochondrial factors or DNA degradation. Early in the process, apoptotic signals may lead to a broad range of signaling mechanisms such as DNA repair and assessment of DNA damage (check points). Thus, failure in any of these steps can cause a defective apoptotic response that plays a decisive role in both tumorigenesis and drug resistance in tumor treatment. More distinctly, the capability of cancer cells to go into apoptosis prevents further neoplastic changes. Generally, the purpose of this study is to investigate the balance between formation of genomic damage and induction of apoptosis under genotoxic stress. After genotoxic insult there are different possibilities for the fate of a cell (Figure 1). The genomic integrity is analyzed at cellular checkpoints, usually leading to a delay in cell cycle progression if DNA was damaged. Mutations in genes such as p53 and p21 change the cellular response to genotoxic stress and may alter the balance between apoptosis and genomic damage. However, p53 is usually mutated or not expressed in 70% of human tumors. Alterations in p53 states that reflect distinct apoptotic response upon induction of DNA damage were examined. In this study, three cell lines with distinct p53 states were used: TK6 harboring wild-type p53, WTK1 with mutated p53 and NH32 with knocked out p53. In the present work we applied different approaches to investigate the correlation between DNA damage and apoptotic responsiveness in cancer cell lines with different p53 states or in hormone responsive cell lines with over expressed bcl-2 gene. We were focused on effects caused by temporary down regulation of the p53 and Bcl-2 activity in human lymphoblastoid cell lines. In addition, we investigated the impact of estradiol-induced proliferation on apoptosis and DNA damage in stably transfected cells with bcl-2gene.
N2  - Apoptotische Ereignisse als Reaktion auf exogen induzierten gentoxischen Schaden erhält die Homeostase von Organismen durch die Entfernung betroffener Zellen. Fehler in der apoptotischen Reaktion spielen sowohl für die Tumorentstehung als auch für die Chemotherapie-Resistenz eine wichtige Rolle. Der Zweck dieser Studie war es, die Balance von Genom-Schaden, gemessen durch Mikrokern-Bildung, und der Induktion von Apoptose als Reaktion auf gentoxischen Stress zu untersuchen. Mikrokerne erscheinen als Folge unterschiedlicher Chromosomenaberrationen. Der Mikrokern-Test hat schnell an Akzeptanz gewonnen und wird inzwischen als Routine-Test für Gentoxizitätsprüfung eingesetzt. Die Hypothese war, dass die Mikrokern-Bildung umgekehrt mit dem Auftreten von Apoptose korreliert ist. In drei humanen Zelllinien mit wildtyp p53, mutiertem p53 und knock-out p53 konnten durch Behandlung mit dem gentoxischen Topoisomerase-II-Hemmer Etoposid Apoptosen induziert werden. Die dabei beobachtete Erhöhung der Mikrokern-Häufigkeit war in Zellen mit mutiertem p53 stärker ausgeprägt als in Zellen mit wildtyp p53 oder knock-out p53. Drei Vorgehensweisen wurden angewandt, um die molekularen Mechanismen zu verändern, welche die Wechselbeziehung zwischen apoptotischen Ereignissen und induziertem DNA-Schaden bestimmen. Im ersten Ansatz wurde die Apoptose vorübergehend durch Pifithrin (PFT-α), einen p53-Blocker, verhindert. So wurde der Einfluss verschiedener p53-Zustände (Wildtyp, mutiert und knock-out) auf DNA-Reparatur, den Zellzyklus und Apoptose untersucht. Der zweite Ansatz bestand aus einer vorübergehenden Transfektion mit bcl-2 Antisense Oligonukleotiden zur Reduktion der Bcl-2-Expression. Der dritte Weg war eine stabile Transfektion des bcl-2-Gens in eine estrogenrezeptorhaltigen Zelllinie. Dies ermöglichte den Einfluss von β-Estradiol-induzierter Zellproliferation zu untersuchen.
KW  - Apoptosis
KW  - DNS-Schädigung
KW  - Kleinkern
KW  - Tumorzelle
KW  - Apoptose
KW  - DNA Schaden
KW  - Micronucleus
KW  - p53
KW  - Bcl-2
KW  - Apoptosis
KW  - DNA damage
KW  - Micronuclei
KW  - p53
KW  - Bcl-2
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-10605
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TY  - THES
A1  - Kaymak, Irem
T1  - Identification of metabolic liabilities in 3D models of cancer
T1  - Identifikation metabolischer Abhängigkeiten in 3D Tumormodellen
N2  - Inefficient vascularisation of solid tumours leads to the formation of oxygen and nutrient gradients. In order to mimic this specific feature of the tumour microenvironment, a multicellular tumour spheroid (SPH) culture system was used. These experiments were implemented in p53 isogenic colon cancer cell lines (HCT116 p53 +/+ and HCT116 p53-/-) since Tp53 has important regulatory functions in tumour metabolism. First, the characteristics of the cells cultured as monolayers and as spheroids were investigated by using RNA sequencing and metabolomics to compare gene expression and metabolic features of cells grown in different conditions. This analysis showed that certain features of gene expression found in tumours are also present in spheroids but not in monolayer cultures, including reduced proliferation and induction of hypoxia related genes. Moreover, comparison between the different genotypes revealed that the expression of genes involved in cholesterol homeostasis is induced in p53 deficient cells compared to p53 wild type cells and this difference was only detected in spheroids and tumour samples but not in monolayer cultures. In addition, it was established that loss of p53 leads to the induction of enzymes of the mevalonate pathway via activation of the transcription factor SREBP2, resulting in a metabolic rewiring that supports the generation of ubiquinone (coenzyme Q10). An adequate supply of ubiquinone was essential to support mitochondrial electron transport and pyrimidine biosynthesis in p53 deficient cancer cells under conditions of metabolic stress. Moreover, inhibition of the mevalonate pathway using statins selectively induced oxidative stress and apoptosis in p53 deficient colon cancer cells exposed to oxygen and nutrient deprivation. This was caused by ubiquinone being required for electron transfer by dihydroorotate dehydrogenase, an essential enzyme of the pyrimidine nucleotide biosynthesis pathway. Supplementation with exogenous nucleosides relieved the demand for electron transfer and restored viability of p53 deficient cancer cells under metabolic stress. Moreover, the mevalonate pathway was also essential for the synthesis of ubiquinone for nucleotide biosynthesis to support growth of intestinal tumour organoids. Together, these findings highlight the importance of the mevalonate pathway in cancer cells and provide molecular evidence for an enhanced sensitivity towards the inhibition of mitochondrial electron transfer in tumour-like metabolic environments.
N2  - In soliden Tumoren führt die ineffiziente Bildung von Blutgefäßen (Vaskularisierung) zu einem Nährstoff- und Sauerstoffgradienten im gesamten Tumor, welches eine spezifische Tumormikroumgebung schafft. Um diese Tumorumgebung nachzuahmen, wurde ein spezielles multi-zelluläres Tumorsphäroid (SPH) Zellkultursystem verwendet. Da Tp53 wichtige regulatorische Funktionen im Tumormetabolismus hat, wurde zur Generierung von Sphäroiden p53 isogene Darmkrebs-Zelllinen HCT116 (p53 +/+ und p53 -/-) verwendet. Zunächst wurden die Sphäroide mittels RNA Sequenzierung und Metabolomik charakterisiert, um die Genexpression und metabolischen Eigenschaften in verschiedenen Zellkulturbedingungen zu vergleichen. Diese Analyse hat gezeigt, dass gewisse Genexpressionsmuster in Tumoren wie beispielsweise Proliferations- und Hypoxia verwandte Gene in Sphäroiden übereinstimmen, nicht jedoch in Monolayer-Kulturen. Vergleicht man die zwei unterschiedlichen Genotypen miteinander, so sind Gene, die in der Cholesterinhomöostase involviert sind, in p53 defizienten Zellen induziert, nicht jedoch in p53 wildtypischen Zellen. Dieser Unterschied ist in Sphäroiden vorhanden, nicht jedoch in Monolayer-Kulturen. Verlust von p53 führt über die Aktivierung des Transkriptionsfaktors SREBP2 zur Induktion von Enzymen des Mevalonat-Synthesewegs und zudem zu einer neuen metabolischen Vernetzung, die die Generierung von Ubichinon (Coenzym Q10) unterstützt. Eine ausreichende Ubichinon-Versorgung ist wichtig, um den mitochondrialen Elektronentransport und die Pyrimidin-Biosynthese in p53-defizienten Krebszellen unter metabolischen Stressbedingungen zu unterstützen. Darüber hinaus induziert die Inhibition des Mevalonat-Synthesewegs durch Statine in p53-defizienten Darmkrebszellen, die Sauerstoff und Nährstoffmangel ausgesetzt sind, selektiv oxidativen Stress und Apoptose. Verursacht wird dies durch einen Mangel an Ubichinon, welches für den Elektronentransfer der Dihydroorotatdehydrogenase, einem essentiellen Enzym der Pyrimidinnukleotid-Biosynthese, notwendig ist. Gabe von exogenen Nukleosiden entlastete die Nachfrage an Elektronentransfer und stellte die Lebensfähigkeit von p53-defizienten Krebszellen unter metabolischem Stress wieder her. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass der Mevalonat-Syntheseweg auch für die Synthese von Ubichinon für die Pyrimidinnukleotid-Biosynthese unerlässlich ist, um das Wachstum von Darmtumor-Organoiden zu unterstützen. Zusammengenommen interstreichen diese Ergebnisse die Bedeutung des Mevalonat-Syntheseweg in Krebszellen und liefern den molekularen Mechanismus für die erhöhte Empfindlichkeit von Tumorzellen gegenüber der Hemmung des mitochondrialen Elektronentransfers in einer Tumor-ähnlichen Stoffwechselumgebung.
KW  - p53
KW  - cancer
KW  - CoQ10
KW  - Tumor
KW  - Modell
KW  - Stoffwechsel
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-181544
ER  - 
TY  - THES
A1  - Ulrich, Tanja
T1  - Function of Lin9 in vivo and MAP3K4-p38 signaling regulates p53 mediated cell cycle arrest after defective mitosis
T1  - Funktion von Lin9 in vivo und MAP3K4-p38 Signalweg reguliert einen p53-vermittelten Zellzyklus-Arrest nach fehlerhafte Mitose
N2  - Eine genaue Kontrolle des Verlaufs durch die Mitose ist entscheidend für die Gewährleistung genomischer Stabilität und für die Vermeidung von Aneuploidy. Der DREAM Komplex ist ein wichtiger Regulator der Expression von mitotischen Genen. Die Depletion der DREAM-Untereinheit Lin9, führt zu einer verminderten Expression von G2/M Genen und beeinträchtigt die Proliferation. In konditionellen knockout Mauszellen (MEFs) verursacht das Ausschalten von Lin9 Defekte in Mitose und Zytokinese und löst vorzeitige Seneszenz aus, um eine weitere Zellproliferation zu verhindern. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass der seneszente Phänotyp in Lin9 knockout MEFs unabhängig von den beiden Tumorsuppressor-Signalwegen p53-p21 und p16-pRB induziert wird. Untersuchungen mit dem konditionellen Lin9 knockout Mausmodell verdeutlichten die wichtige Funktion von Lin9 in der Regulierung der mitotischen Genexpression und der Proliferation in vivo. Das Fehlen von Lin9 führte zu einer verringerten Proliferation in den Krypten des Dünndarms und verursachte eine Atrophie des Darmepithels und einen schnell eintretenden Tod der Tiere. Im zweiten Teil der Arbeit wurden Signalwege untersucht, die nach fehlerhafter Zytokinese zu einem p53 vermittelten G1-Arrest führen. Hierfür wurde ein chemischer Inhibitor der mitotischen Kinase Aurora B verwendet. Mit Hilfe eines Hochdurchsatz siRNA Screens wurde die MAP Kinase MAP3K4 als Aktivator des p53 Signalwegs identifiziert. Es konnte gezeigt werden, dass MAP3K4 die Stresskinase p38b aktiviert, um den p53 vermittelten Zellzyklusarrest in tetraploiden Zellen auszulösen. Dabei wurde p38b nach Hemmung von Aurora B für die transkriptionelle Aktivierung des p53 Zielgens p21 benötigt. Im Gegenteil dazu erfolgte die Phosphorylierung, Stabilisierung und die Rekrutierung von p53 an den p21 Promoter unabhängig von p38. Die teilweise Hemmung von Aurora B zeigte, dass fehlerhafte Segregation von Chromosomen auch den MAP3K4-p38-p53 Signalweg aktiviert und lässt darauf schließen, dass subtile Defekte in der Mitose ausreichen diesen Stress-Signalweg zu induzieren. Obwohl p38 für den G1 Zellzyklusarrest nach mitotischen Schäden erforderlich war, führte die gleichzeitige Inhibierung von p38 und Aurora B über einen längeren Zeitraum zu einer verringerten Proliferation, vermutlich aufgrund verstärkter Apoptose. Es ist anzunehmen, dass der MAP3K4-p38-p53 Signalweg generell nach Defekten in der Mitose oder Zytokinese aktiviert wird um Zellen in G1 zu arretieren und um chromosomale Instabilität zu vermeiden.
N2  - Precise control of progression through mitosis is essential to maintain genomic stability and to prevent aneuploidy. The DREAM complex is an important regulator of mitotic gene expression. Depletion of Lin9, one core-subunit of DREAM, leads to reduced expression of G2/M genes and impaired proliferation. In conditional mouse knockout cells (MEFs) Lin9 deletion causes defects in mitosis and cytokinesis and cells undergo premature senescence in order to prevent further proliferation. In this work it could be shown that the senescence phenotype in Lin9 knockout MEFs is independently mediated by the two tumor suppressor pathways p53-p21 and p16-pRB. Studies using the conditional Lin9 knockout mouse model demonstrated an important function of Lin9 in the regulation of mitotic gene expression and proliferation in vivo. Deletion of Lin9 caused reduced proliferation in the intestinal crypts resulting in atrophy of the intestinal epithelium and in rapid death of the animals. In the second part of this work, the pathways leading to p53 mediated G1 arrest after failed cytokinesis were analyzed by using a chemical inhibitor of the mitotic kinase Aurora B. In a high throughput siRNA screen the MAP kinase MAP3K4 was identified as an upstream activator of p53. It could be shown that MAP3K4 activates the downstream stress kinase p38b to induce the p53 mediated cell cycle arrest of tetraploid cells. p38b was required for the transcriptional activation of the p53 target gene p21 in response to Aurora B inhibition. In contrast, phosphorylation, stabilization and recruitment of p53 to the p21 promoter occured independently of p38 signaling. Partial inhibition of Aurora B demonstrated that chromosome missegregation also activates the MAP3K4-p38-p53 pathway, suggesting that subtle defects in mitosis are sufficient for inducing this stress signaling pathway. Although p38 was required for the G1 cell cycle arrest after mitotic failures, long-term co-inhibition of p38 and Aurora B resulted in reduced proliferation probably due to increased apoptosis. Presumably, MAP3K4-p38-p53 signaling is a common pathway that is activated after errors in mitosis or cytokinesis to arrest cells in G1 and to prevent chromosomal instability.
KW  - Mitose
KW  - MAP-Kinase
KW  - Protein p53
KW  - Aneuploidie
KW  - Lin9
KW  - defective Mitosis
KW  - MAP3K4
KW  - p53
KW  - aneuploidy
KW  - fehlerhafte Mitose
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-73975
ER  -