TY  - THES
A1  - Attinger, Hannah Marie
T1  - Bedeutung der nukleären Lokalisationssequenz (NLS) des Proteins p8 für die Kerntranslokation und seine Proliferation induzierende Wirkung
T1  - The role of the nuclear localisation sequence (NLS) of the protein p8 concerning nuclear translocation and its proliferation inducing effect
N2  - p8 ist ein erstmals im Zusammenhang mit akuter Pankreatitis beschriebenes Protein, das im exokrinen und endokrinen Pankreas mit vermehrtem Zellwachstum assoziiert ist. Bei der Analyse seiner Primärstruktur wurde ein speziesübergreifend hoch konservierter Abschnitt, eine sogenannte NLS, ausgemacht, der HMG-Y/I-Proteinen ähnelt. Da HMG-Proteine oft als Transkriptionsfaktoren wirken, wurde die Hypothese formuliert, auch p8 sei ein HMG-Y/I-Protein und wirke als Transkriptionsfaktor im Nukleus. Um die Bedeutung der rp8-NLS näher zu charakterisieren, wurde in INS-1 beta-Zellen ein rp8(NLS-)-EGFP Fusionsprotein ektopisch exprimiert, um dessen subzelluläre Lokalisation zu untersuchen. Es zeigte sich, ähnlich wie bei Kontrollzellen mit ektoper Expression von EGFP allein, eine gleichmäßige Verteilung von rp8(NLS-)-EGFP zwischen Zytoplasma und Nukleus. Da rp8(NLS-) trotz fehlender NLS dennoch in den Kern translozieren kann, scheint die NLS für diesen Vorgang nicht essentiell zu sein. Diese Annahme wird gestützt durch die Beobachtung, dass einzeln exprimiertes rp8(NLS-) seine Proliferation induzierende Wirkung nicht verliert. In Zellzählungsexperimenten zeigte sich, dass ein rp8- bzw. p8(NLS-)-EGFP Fusionsprotein keinen proliferationsfördernden Einfluss in INS-1 und hMSC-TERT Zellen hat. Bei ektoper Expression von rp8 bzw. rp8(NLS-) und hrGFP als Einzelproteine konnte jedoch eine zwischen beiden rp8-Varianten ähnliche und insgesamt signifikante Stimulation der Zellvermehrung beobachtet werden. Dies belegt, dass die Fusion von rp8 an EGFP dessen biologische Funktion inhibiert, während die Deletion der NLS keinen Einfluß darauf hat. Da der proliferative Stimulus von p8 in menschlichen hMSC-TERT Zellen unabhängig von der Herkunft von p8 aus Ratte oder Mensch ist, scheint p8 bei Säugern hoch konserviert zu sein und speziesübergreifend zu wirken. Aus der hier vorgestellten Arbeit geht hervor, dass der molekulare Mechanismus, über den p8 glukoseabhängig proliferationsinduzierend in INS-1 beta-Zellen wirkt, nicht über die NLS vermittelt wird. Weitere Untersuchungen der Wirkungsweise von p8 auf molekularer Ebene könnten in Zukunft einen Ansatz zur in vitro-Generierung ausreichender Mengen an beta-Zellen zur Zelltherapie des Diabetes mellitus bilden.
N2  - The protein p8 was first described as a proliferative factor in the exocrine and endocrine pancreas during an acute pancreatitis. An analysis of the amino acid sequence showed a highly conserved area with strong similarities to a nuclear localisation sequence (NLS) of HMG-Y/I proteins. These proteins act very often as transcription factors and therefore it was hypothesized that p8 also acts as transcription factor. In order to explore the functionality of the rat p8 NLS sequence, an rp8(NLS-)-EGFP fusion protein was transfected into INS1 beta cells and the sub cellular localisation of the protein analyzed. This experiment showed an equal distribution of the fusion protein between nucleus and cytoplasm as it was also observed for control cells which were only transfected with EGFP. It seems that the NLS sequence is not essential for the translocation of rp8 to the nucleus. This is also supported by the observation that rp8(NLS-) still has its proliferative function. Cell counting experiments showed that rp8 and rp8(NLS-)-EGFP fusion proteins had no proliferative effect in INS-1 or hMSC-TERT cells whereas the expression of rp8 and rp8(NLS-) as single proteins caused a significant proliferation augmentation. This led to the conclusion that the fusion protein of p8 and EGFP has lost its biological function whereas the NLS is not essential for the function of p8 as a single protein. The independence of the proliferative effect in hMSC-TERT cells from rat or human p8 may indicate a highly conserved role for p8 in mammals. This work showed that the proliferative effect of p8 in glucose stimulated INS-1 beta cells is independent of its supposed nuclear localisation sequence. The molecular mechanisms of p8 function has still to be revealed by further experiments but once elucidated it may lead to in-vitro generation of beta cells for a cell therapy of diabetes mellitus.
KW  - Diabetes mellitus
KW  - Proliferation
KW  - Transkriptionsfaktor
KW  - Kernproteine
KW  - Protein p8
KW  - subzelluläre Lokalisation
KW  - nukleäre Lokalisationssequenz
KW  - beta-Zellproliferation
KW  - protein p8
KW  - subcellular localisation
KW  - nuclear localisation sequence
KW  - proliferation of beta-cells
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-47534
ER  - 
TY  - THES
A1  - Romfeld, Lars
T1  - Charakterisierung der Rolle des Proteins p8 in der proliferationsassoziierten Signaltransduktion in Insulin produzierenden beta-Zellen des endokrinen Pankreas
T1  - Characterization of protein p8 in proliferation-associated signal transduction of insulin producing pancreatic beta cells
N2  - Ein möglicher Ansatz neuer Therapiestrategien für Diabetes mellitus besteht zum einen in der Differenzierung von Stammzellen zu insulinproduzierenden Zellen und zum anderen in der Beschleunigung der Zellproliferation ebensolcher Zellen. In zahlreichen Studien wurden bereits mitogene Signaltransduktionswege in beta-Zellen des endokrinen Pankreas unter dem Einfluss diverser Nährstoffe untersucht. Das Protein p8, ursprünglich im Umfeld einer experimentell induzierten akuten Pankreatitis im Rattenmodell als Stressantwort beschrieben, ist an einem glukoseabhängigen Zellwachstum in der insulinproduzierenden beta-Zelle des endokrinen Pankreas beteiligt. Insofern ist es nur schlüssig, die Rolle des Proteins p8 im Rahmen der proliferationsassoziierten Signaltransduktion zu untersuchen. Zur näheren Charakterisierung von p8 wurden von unserer Arbeitsgruppe Wildtyp-INS-1-Zellen (WT-INS-1), als Modell für die beta-Zelle des endokrinen Pankreas, mit einem durch IPTG induzierbaren, p8-exprimierenden System ausgestattet (p8-INS-1). Dieses System wurde in der vorliegenden Arbeit zunächst auf seine Funktionalität hin überprüft. Unter anderem konnte p8-cDNA in den stabil transfizierten p8-INS-1-Zellen und in den mit obigem Plasmid transient transfizierten WT-INS-1-Zellen dargestellt werden, wobei letztere WT-INS-1-Zellen stärker signalisierten und somit ein höheres „output“ an p8 zu generieren scheinen. In Immunoblotanalysen ergab sich ein ähnliches Bild. Durch p8-Überexpression kommt es zu einem zunehmenden Signal des Proteins p8 innerhalb der p8-INS-1-Zellen. Jedoch erscheint dieses Signal in WT-INS-1-Zellen noch stärker. Ebenso ließen sich mehrfach Doppelbanden sowohl bei p8-INS-1-Zellen als auch bei WT-INS-1-Zellen bei 14 kDa und 22 kDa darstellen. Das differenzierte Expressionsmuster beider Zelllinien im Rahmen dieser Immunoblotanalysen legt den Schluss nahe, dass eine Erhöhung des p8-Levels, sei es nun durch Induktion per IPTG-Gabe oder durch Wachstumsfaktoren, zu einem veränderten Molekulargewicht des Proteins p8 führt. Das Protein p8 unterliegt somit ständigen Veränderungen im Rahmen der Protein-Protein-Interaktion. Im Vordergrund stehen Phosphorylierungen als Aktivierungsinitiatoren und Ubiquitinierung mit synergistischer Proliferationszunahme unter p8-Überexpression und gleichzeitiger Proteasomhemmung. Gerade in Phasen erhöhten Zellstresses (Hypo- und Hypernutrition) lassen sich durch p8-Überexpression erhöhte Wachstumsraten nachweisen, während im physiologischen Bereich nur bei gleichzeitiger Proteasomhemmung Wachstumssteigerungen durch p8-Überexpression erreicht werden können. Dies unterstreicht einmal mehr die Rolle von p8 als Stressprotein. Nichtsdestotrotz übertreffen die Proliferationsraten der p8-INS-1-Zellen die der WT-INS-1-Zellen unter den verschiedensten Stimulationsbedingungen bei weitem. So konnte gezeigt werden, dass in den p8-INS-1-Zellen eine progrediente, glukoseabhängige Proliferation vorliegt, welche sich durch Gabe von IGF-1 oder foetalem Kälberserum (FBS) zu einem signifikanten synergistischen Wachstum ausweiten lässt. Und auch hier erzeugt p8 als Stressprotein bei p8-INS-1-Zellen im glukosefreiem Medium bei alleiniger Stimulation mit Wachstumsfaktoren signifikante Wachstumsraten im Vergleich zu WT-INS-1-Zellen. Die Umsetzung der Stimulation durch Glukose und Wachstumsfaktoren auf die p8-vermittelte Proliferation vollzieht sich innerhalb der Signaltransduktion. Mit Phosphatidylinositol-3´-Kinase (PI3´K) als Schlüsselprotein innerhalb der mitogenen Signaltransduktion und Proteinkinase C (PKC alpha, beta, gamma) konnten durch Co-Immuno-präzipitationen, GST-Pull-Downs, Immunoblotanalysen aber auch Inhibitionsversuche wichtige Interaktionspartner von p8 identifiziert werden. Weitere Bindungspartner des Proteins p8 resultierten durch Inhibitionsversuche mit Proteinkinasen wie PKCzeta und PKA, aber auch p38 MAPK als Vertreter des MAPK-Signalweges. Dabei zeigt sich ein relativ gleiches Bild mit tendenziell eher mäßigen Proliferationshemmung im niedrigen bis normalen Glukosebereich, welche sich unter p8-Überexpression verstärkt. Verschiedene Regelkreise zur Feinsteuerung der p8-vermittelten Proliferation scheinen hier denkbar. Sollte p8 neben der Zellproliferation auch zu einer Aktivierung der genannten Proteine führen, könnte die Inhibition dieser Proteine ihrerseits die p8-vermittelte Proliferation hemmen. Auf Proteinebene ließ sich die Verbindung zwischen p8 und MAPK p38, PKCzeta, PKA und PKB nicht nachweisen, erscheint aber wegen der Primärstrukturen der Proteine, sowie Erkenntnissen aus der bisherigen Literatur und auch aufgrund der Versuche mit Proteininhibitoren im Rahmen dieser Arbeit wahrscheinlich. Weitergehende Untersuchungen sollten daher noch erfolgen. Die vorgestellten Ergebnisse sind ein Beitrag zum besseren Verständnis der Rolle des Proteins p8 innerhalb der mitogenen Signaltransduktion als eine Voraussetzung für einen kurativen Ansatz des Diabetes mellitus Typ I.
N2  - One possible approach for new strategies in therapy of diabetes mellitus is on one side the differentiation of stem cells to insulin producing cells and on the other side the acceleration of cell proliferation in such cells. There have been many studies in which mitogenic signal transduction in pancreatic beta cells under the influence of various nutrients and growth factors was examined. Protein p8, first described as overexpressed in experimentally induced acute pancreatitis, is involved in glucose dependent cell proliferation in the pancreatic beta cell. So it is quite logical to examine the role of protein p8 in proliferation-associated signal transduction. For more detailed characterization of p8 we transfected in our working group wild type-INS-1-cells (WT-INS-1), as a model for the pancreatic beta cell, with an IPTG-inducable and p8-overexpressing system (p8-INS-1). In the present study, this system was first controlled with regard to functionality. It worked to detect the p8-overexpressing plasmide p8pOPRSVI and the LAC-repressor in p8-INS-1-cells. In addition, p8-cDNA has been displayed in stable transfected p8-INS-1-cells and also in transiently transfected WT-INS-1-cells (with the plasmide p8pOPRSVI), whereas transiently transfected WT-INS-1-cells showed stronger signal and seemed to generate more “output” of p8. In immunoblot analysis there was a similar pattern. With p8-overexpression you see a progressive signal of protein p8 in p8-INS-1-cells. In WT-INS-1-cells this signal was even stronger. Furthermore there have been multiple double bands both in p8-INS-1-cells and WT-INS-1-cells at 14 kDa and 22 kDa. That differentiated pattern of expression of both cell lines allows the conclusion that an enlargement of p8-level by IPTG-induction or growth factors leads to a change in molecular weight of protein p8. Thus protein p8 is subject to permanent change in context of protein-protein-interaction. The focus is thereby on phosphorylation as an initiator of activation and ubiquitination with synergistic augmentation of proliferation under p8-overexpression and inhibition of proteasome at the same time. While episodes of higher cell stress (hypo- and hypernutrition) increased proliferation rates can be demonstrated, at a physiological level increased growth rates can only be achieved by p8-overexpression and concomitant inhibition of proteasome. This underlines once more the role of protein p8 as stress protein. Nevertheless, proliferation rates of p8-INS-1-cells exceed those of WT-INS-1-cells by far relating to the most different conditions of stimulation. Therefore it could be demonstrated that there is a progressive glucose-dependant proliferation in p8-INS-1-cells which can be enlarged by IGF-1 or foetal bovine serum (FBS) to a significant synergistic growth. Moreover, p8 as a stress protein induces significant growth rates in p8-INS-1-cells versus WT-INS-1-cells by only stimulation with growth factors and without any glucose. The transposition of the stimulation by glucose and growth factors to a p8-mediated proliferation is subsequently performed within the signal transduction. By using co-immunoprecipitation, GST-pull-downs and immunoblot analysis Phosphatidylinositol-3´-kinase (PI3´K), as a key protein in mitogenic signal transduction, and proteinkinase C (PKC alpha, beta, gamma) have been identified as important interaction partners of p8. Further binding partners of protein p8 resulted by experimental inhibition of proteinkinases like PKCzeta and PKA, but also p38 MAPK as representative of the MAPK-mediated signal transduction. Thereby you can see a quite homogeneous image of a rather moderate inhibition of proliferation at lower or physiological glucose levels which is increased when overexpressing p8. Different regulator circuits for fine tuning of the p8-mediated proliferation seem to be thinkable. If the activation of p8 should lead to an activation of the named proteins, apart from cell proliferation, the inhibition of these proteins could also inhibit the p8-mediated proliferation. Unfortunately, the direct protein-protein-connection between p8 and MAPK p38, PKCzeta, PKA or PKB couldn´t be verified in this present examination. But due to the primary structure of these proteins as well as findings in previous literature and also because of the experiments with proteininhibitors in the present examination, this aspect seems to be most likely. In this regard further studies should be carried out. The presented results contribute to a better understanding of the role of protein p8 within the mitogenic signal transduction as a requirement for a curative therapy of diabetes mellitus type I.
KW  - B-Zelle
KW  - Signaltransduktion
KW  - Insulin-like Growth Factor I
KW  - Proliferation
KW  - Protein p8
KW  - pankreatische beta-Zelle
KW  - proliferationsassoziierte Signaltransduktion
KW  - protein p8
KW  - Insulin-like Growth Factor I
KW  - pancreatic beta cell
KW  - mitogenic signal transduction
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-45318
ER  -