TY  - THES
A1  - Galmbacher, Katharina Monika
T1  - Caspase-1 as a target of bacterial tumor therapy
T1  - Caspase-1 als Angriffsziel bakterieller Tumortherapie
N2  - Tumorstroma und Tumor-assoziierte Makrophagen (TAMs) spielen in neoplastischen Erkrankungen eine wichtige Rolle im Bezug auf Tumorwachstum und Progression. In einigen Krebsarten besteht zwischen den Tumor-assoziierten Makrophagen und den Krebszellen eine intensive Interaktion, welche zu vermehrter Angiogenese und zur Unterdrückung lokaler Immunantworten führt. Aus diesem Grund stellen TAMs einen vielversprechenden Angriffspunkt für eine Krebstherapie da. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass intrazelluläre Bakterien wie Salmonella und Shigella hauptsächlich TAMs im Tumorgewebe infizierten. Um dieses Verhalten näher zu untersuchen, konstruierten wir einen im Wachstum abgeschwächten Shigella Stamm, welcher jedoch noch die Fähigkeit hat, Apoptose in Makrophagen zu induzieren. Shigellen sind invasive Bakterien, die in das Darmgewebe einwandern und dort eine massive Inflammation induzieren. Intrazelluläre Shigellen aktivieren Caspase-1 und induzieren dadurch Apoptose in Makrophagen durch den sekretierten Virulenzfaktor IpaB. Durch eine Deletion des genomischen aroA-Gens, wurde ein Shigella Stamm konstruiert, der Defekte im intrazellulären Wachstum aufweist. Dennoch war dieser Stamm noch fähig eukaryotische Zellen zu infizieren, sich interzellulär fortzubewegen, Caspase-1 zu aktivieren und Apoptose in Makrophagen zu induzieren. Es wurde gezeigt, dass dieser Shigellen Stamm nach i.v. Injektion hauptsächlich die TAMs im 4T1-induzierten und transgenen MMTV-HER2/neu Brustkrebsmodel infizieren. Diese attenuierten Shigellen wurden im Tumorgewebe hauptsächlich intrazellulär detektiert, im Gegensatz dazu wurden attenuierte Salmonellen zu späten Zeitpunkten (7 d p.i.) auch extrazellulär im Tumorgewebe aufgefunden. Der metabolisch aber nicht in der Virulenz attenuierte Shigella Stamm konnte in beiden Brustkrebsmodellen zu allen Zeitpunkten (4 h, 6h and 7 d p.i.) Caspase-1 in TAMs aktivieren und Apoptose induzieren. Diese Apoptose führte in beiden Brustkrebsmodellen zu einer langandauernden und hoch signifikanten Reduktion der TAMs-Anzahl (bis zu 70 %). Im Gegensatz dazu konnten Salmonellen nur zu frühen Zeitpunkten (6 h p.i.) Apoptose in TAMs induzieren und dies führte in beiden Modellen zu keiner Reduzierung der TAMs-Anzahl. In dem 4T1-induzierten Tumormodel wurden die Mäuse mit dem attenuierten Shigella Stamm behandelt, was zu einer kompletten Blockierung des Tumorwachstums führte, dies traf aber nicht für den avirulenten Stamm zu. Darüberhinaus infizierte Shigella hauptsächlich die Makrophagen Fraktion eines Ovarkarzinoms ex vivo und induzierte in diesen Zellen Caspase- 1 Aktivierung und Apoptose. Zusammenfassend zeigen diese Daten, dass im Wachstum attenuierte intrazelluläre Bakterien dazu fähig sind Apoptose in TAMs zu induzieren. Dadurch werden sie zu einem vielversprechenden Therapeutikum zur Behandlung von betimmten Krebserkrankungen, bei denen TAMs eine erwiesene Rolle im Tumorwachstum und der Tumorprogression spielen.
N2  - In neoplastic diseases the tumor stroma and especially tumor-associated macrophages (TAMs) play an important role in tumor growth and progression. TAMs exhibit an intensive cross-talk with tumor cells resulting in the promotion of angiogenesis and the inhibition of local protective immune responses in certain tumor entities. Therefore, TAMs are a potential target for tumor therapy. Here it was shown that intravenously applied intracellular bacteria like Salmonella and Shigella primarily target TAMs. To exploit this feature a growth attenuated Shigella strain with the capacity to induce apoptosis in macrophages was designed. Shigella are invasive bacteria that penetrate the colonic tissue and initiate an acute inflammation. In macrophages, Shigella rapidly induces caspase-1 processing and apoptosis via the virulence factor IpaB. By genomic deletion of the aroA-locus a metabolically attenuated strain defective in intracellular growth but with retained capacity of infection, cell-to-cell spread, caspase-1 processing and apoptosis induction in macrophages was designed. It was shown that this strain primarily targets TAMs in 4T1 cell induced and transgenic MMTV-HER2/new breast cancer models. Shigella were almost exclusively found intracellularly, whereas growth attenuated Salmonella were also found extracellularly at late time points. The metabollically attenuated Shigella strain with retained virulence, but not avirulent Shigella strains, was able to activate caspase-1 and induce apoptosis in TAMs at all time points (4 h, 6 h and 7 d p.i.) in both breast cancer models. This unrestricted apoptosis induction translated into a substantial, long-lasting and highly significant reduction of TAMs number (up to 70 %) in both models. In contrast, Salmonella could only induce apoptosis in TAMs at early time points (6 h p.i.) and failed to reduce TAMs in both models. In the 4T1 model, the effect on tumor size was monitored and treatment of the mice with the attenuated Shigella strain resulted in a complete block of tumor growth. Finally, Shigella primarily infected the macrophage fraction, activated caspase-1 and induced apoptosis in cells derived from a human ovarian carcinoma ex vivo. Taken together, this data suggests that growth attenuated intracellular bacteria capable of inducing apoptosis in TAMs are a promising therapeutic option for certain cancer diseases where TAMs have a proven role for tumor growth or progression.
KW  - Shigella flexneri
KW  - Makrophage
KW  - Apoptosis
KW  - Caspase-1
KW  - bacterial tumor therapy
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-33506
ER  - 
TY  - THES
A1  - Merkle, Sabine
T1  - Kardiale Caspase-1 ist ein proapoptotischer Induktor für Herzinsuffizienz
T1  - A role for Caspase-1 in heart failure
N2  - Herzmuskelschwäche (Herzinsuffizienz) ist in industralisierten Ländern neben malignen Erkrankungen noch immer die zweithäufigste Todesursache. Das Zusammenspiel der zu einer Herzmuskelschwäche führenden, molekularen Signalwege und die zugrunde liegenden Mechanismen sind trotz intensiver Forschung bisher noch weitgehend unverstanden. Ein detailierteres Verständnis der Entstehung einer Herzinsuffizienz könnte somit entscheidend zur Entwicklung innovativer Therapiestrategien beitragen. Mit Hilfe eines cDNA Expressions Arrays wurde die differentielle Genexpression in einem murinen Herzinsuffizienzmodell untersucht. Die Cysteinprotease Caspase-1 ist eines der in diesem Array identifizierten Kandidatengene. Die verstärkte Expression der Caspase-1 konnte zunächst sowohl für die murine als auch die humane Herzinsuffizienz verifiziert werden. Caspasen werden klassischerweise, ihrer Funktion entsprechend, in proinflammatorische und proapoptotische Caspasen unterteilt. In der Literatur ist Caspase-1 als ein über die Generierung von aktivem IL-1? und IL-18 wirkender, proinflammatorischer Mediator beschrieben. IL-? und IL-18 sind proinflammatorische Zytokine und als solche zentrale Mediatoren bei entzündlichen Prozessen. Während die Funktion der proapoptotischen Caspasen bei Herzmuskelschwäche weitgehend bekannt ist, ist unklar, welche Bedeutung der verstärkten kardialen Expression der Caspase-1 bei der Entstehung und Progression der Herzmuskelschwäche zukommt. Zur funktionellen Analyse der verstärkten Expression der Caspase-1 in vivo wurde die Caspase-1 in einem transgenen Mausmodell kardial überexprimiert. Herzen mit verstärkter Expression der Caspase-1 entwickelten ab dem vierten Lebensmonat morphologische und funktionelle Veränderungen, die charakteristisch für eine angehende Herzinsuffizienz sind. Dennoch war, trotz progressiver Kardiomyozytenhypertrophie und Myokardfibrose, zu keinem Zeitpunkt des untersuchten Zeitraumes (ein bis vierzehn Monate alt) eine Zunahme des Ventrikelgewichtes evident. Die funktionelle Analyse der Herzfunktion von neun Monate alten Caspase-1-transgenen Mäusen zeigte eine signifikante Einschränkung der Linksherzkontraktilität. Diese Herzinsuffizienz war schließlich auch makroskopisch an einer starken Linksherzdilatation als auch an einer Reduktion der linksventrikulären Wandstärke erkennbar. Ist die Induktion einer Herzinsuffizienz durch Caspase-1 als proinflammatorischer Mediator im Herzen zu erklären? In einer Reihe von Versuchen konnten keine Hinweise auf eine Induktion inflammatorischer Prozesse durch kardiale Caspase-1 festgestellt werden. Weder eine verstärkte Bildung der proinflammatorischen Zytokine IL-1? und IL-18, noch eine vermehrte Infiltration von Entzündungszellen oder eine verstärkte Proteinexpression weiterer Zytokine waren detektierbar. Ferner waren der oxidative Stresstatus und der nekrotische Gewebeuntergang im linksventrikulären Myokard Caspase-1-transgener Mäuse unverändert. Doch besonders im Herzmuskelgewebe junger Caspase-1-transgener Mäuse zeigte sich eine deutliche, mit fortschreitendem Alter bestehende Zunahme des apoptotischen Zelltods von Herzmuskelzellen. Diese direkte, proapoptotische Wirkung der kardialen Caspase-1 konnte ebenfalls in isolierten Kardiomyozyten von Caspase-1-transgenen Mäusen ex vivo und in vitro, nach adenoviraler Infektion von neonatalen Rattenkardiomyozyten (NRCM) mit Caspase-1, demonstriert werden. Durch Infektion von NRCM mit dem Caspase-1-exprimierenden Adenovirus (Adv-Casp-1) konnte eine selektive Aktivierung des intrinsischen apoptotischen Signaltransduktionsweges durch Caspase-1 nachgewiesen werden. Ist die endogen exprimierte Caspase-1 ein westenlicher Regulator kardialer Apoptose? In dem Kardiomyozytenapoptose-induzierenden Schädigungsmodell der Ischämie/Reperfusion waren die Caspase-1-defizienten Mäuse durch eine Reduktion der Kardiomyozytenapoptose um nahezu 75% gegenüber der Kontrollgruppe deutlich begünstigt. Des Weiteren zeigte die Ausschaltung der endogenen Caspase-1 in dem Herzinsuffizienzmodell des operativen Herzinfarkts eine deutliche Verminderung der reaktiven Kardiomyozytenhypertrophie und eine geringere Einschränkung der Herzkontraktilität. Diese Verbesserung des kardialen Phänotyps spiegelte sich ferner in einer reduzierten Sterblichkeit gegenüber der Kontrollgruppe wieder. Eine Inhibition der Caspase-1 stellt somit ein interessantes therapeutisches Target zur Prävention der Entwicklung einer Herzinsuffizienz dar.
N2  - To date, heart failure is still, besides malignant diseases, one of the most frequent causes of death in industrialized countries. Despite intensive research progress, the interplay of molecular signaling pathways and the underlying mechanisms leading to heart failure are still poorly understood. However, more detailed insights in the development of heart failure are essential to develope novel therapeutic strategies. A cDNA-array was performed to identify differentially expressed genes in a murine heart failure model. Thereby, the cystein protease caspase-1 was identified as a novel potential target gene for heart failure development. First, the increased expression of caspase-1 was confirmed for murine and human heart failure. Accordingly to their function, caspases are traditionally divided into proinflammatory and proapoptotic caspases. Due to the generation of active IL-1? and IL-18, caspase-1 has been described as a potent proinflammatory mediator. The proinflammatory cytokines IL-1? and IL-18 are central mediators during inflammatory processes. While the function of the proapoptotic caspases during heart failure has been intensively studied, the role of caspase-1 during the development and progession of heart failure is unknown. To study the functional effect of an increased caspase-1 expression in vivo, transgenic mice with cardiac specific expression of caspase-1 were generated. From four month onwards, hearts with increased transgenic expression of caspase-1 displayed morphological and functional changes characteristic for heart failure. Despite progressive cardiomyocyte hypertrophy and myocardial fibrosis, the ventricular weight was not increased at any age studied (one to fourteen months old). The analysis of cardiac function revealed a significant impairment of left ventricular contractility at nine months of age. Finally, the manifest heart failure was also seen in a massive dilatation of the left ventricle and a reduced left ventricular wall thickness. Is the induction of heart failure originating from caspase-1 being a proinflammatory mediator in the heart? In a set of experiments, no indices for a induction of proinflammatory processes via cardiac caspase-1 were seen. Neither increased formation of the proinflammatory cytokines IL-1? and IL-18 nor enhanced infiltration of inflammatory cells nor increased production of other cytokines was detectable. Moreover, there were no signs for a raised oxidative stress and necrotic cell death in left ventricular tissue of caspase-1-transgenic mice. Heart sections of young caspase-1-transgenic mice in particular, displayed a pronounced and robust increase in cardiomyocyte apoptosis that was persistent at all ages studied. The direct proapoptotic effect of cardiac caspase-1 was corroborated by assessing apoptosis in isolated caspase-1-transgenic cardiomyocytes ex vivo and by further in vitro experiments with neonatal rat cardiomyocytes (NRCM). Moreover, adenovirally expressed caspase-1 in NRCM induced a selective activation of the intrinsic apoptotic signaling pathway. Can the proapoptotic function of overexpressed caspase-1 also be seen for the endogenous caspase-1? Caspase-1-deficient mice were protected from ischemia-reperfusion induced cardiomyocyte apoptosis by almost 75%, as compared to the corresponding wild-type control group. In the setting of heart failure after myocardial infarction, the deletion of endogenous caspase-1 significantly ameliorated reactive hypertrophic growth of cardiac myocytes and partly preserved cardiac contractility. Furthermore, the improved cardiac phenotype was reflected in a reduced mortality of caspase-1-deficient mice after myocardial infarction. To conclude, the inhibition of caspase-1 represents a potential therapeutic strategy to inhibit development and progression of heart failure.
KW  - Herzinsuffizienz
KW  - Apoptosis
KW  - Caspase-1
KW  - Transgenes Mausmodell
KW  - Heart failure
KW  - Apoptosis
KW  - Caspase-1
KW  - Transgenic mice
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-25938
ER  -