TY  - THES
A1  - Cook, Mandy
T1  - The neurodegenerative Drosophila melanogaster AMPK mutant loechrig
T1  - The neurodegenerative Drosophila melanogaster AMPK Mutante loechrig
N2  - In dieser Doktorarbeit wird die Drosophila Mutante loechrig (loe), die progressive Degeneration des Nervensystems aufweist, weiter beschrieben. In der loe Mutante fehlt eine neuronale Isoform der γ- Untereinheit der Proteinkinase AMPK (AMP-activated protein kinase). Die heterotrimere AMPK (auch als SNF4Aγ bekannt) kontrolliert das Energieniveau der Zelle, was ständiges Beobachten des ATP/AMP- Verhältnis erfordert. AMPK wird durch niedrige Energiekonzentrationen und Beeinträchtigungen im Metabolismus, wie zum Beispiel Sauerstoffmangel, aktiviert und reguliert mehrere wichtige Signaltransduktionswege, die den Zellmetabolismus kontrollieren. Jedoch ist die Rolle von AMPK im neuronalen Überleben noch unklar. Eines der Proteine, dass von AMPK reguliert wird, ist HMGR (hydroxymethylglutaryl-CoA- reductase), ein Schlüsselenzym in der Cholesterin- und Isoprenoidsynthese. Es wurde gezeigt, dass wenn die Konzentration von HMGR manipuliert wird, auch der Schweregrad des neurodegenerativen Phänotyps in loe beeinflusst wird. Obwohl die regulatorische Rolle von AMPK auf HMGR in Drosophila konserviert ist, können Insekten Cholesterin nicht de novo synthetisieren. Dennoch ist der Syntheseweg von Isoprenoiden zwischen Vertebraten und Insekten evolutionär konserviert. Isoprenylierung von Proteinen, wie zum Beispiel von kleinen G-Proteinen, stellt den Proteinen einen hydophobischen Anker bereit, mit denen sie sich an die Zellmembran binden können, was in anschließender Aktivierung resultieren kann. In dieser Doktorarbeit wird gezeigt, dass die loe Mutation die Prenylierung von Rho1 und den LIM-Kinasesignalweg beeinflusst, was eine wichtige Rolle im Umsatz von Aktin und axonalem Auswachsen spielt. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass die Mutation in LOE, Hyperaktivität des Isoprenoidsynthesewegs verursacht, was zur erhöhten Farnesylierung von Rho1 und einer dementsprechend höheren Konzentration von Phospho- Cofilin führt. Eine Mutation in Rho1 verbessert den neurodegenerativen Phänotyp und die Lebenserwartung von loe. Der Anstieg vom inaktiven Cofilin in loe führt zu einer Zunahme von filamentösen Aktin. Aktin ist am Auswachen von Neuronen beteiligt und Experimente in denen loe Neurone analysiert wurden, gaben wertvolle Einblicke in eine mögliche Rolle die AMPK, und dementsprechend Aktin, im Neuronenwachstum spielt. Des Weiteren wurde demonstriert, dass Neurone, die von der loe Mutante stamen, einen verlangsamten axonalen Transport aufweisen, was darauf hinweist dass Veränderungen, die durch den Einfluss von loe auf den Rho1 Signalweg im Zytoskelettnetzwerk hervorgerufen wurden, zur Störung des axonalen Transports und anschließenden neuronalen Tod führen. Es zeigte außerdem, dass Aktin nicht nur am neuronalen Auswachsen beteiligt ist, sondern auch wichtig für die Aufrechterhaltung von Neuronen ist. Das bedeutet, dass Änderungen der Aktindynamik zur progressiven Degeneration von Neuronen führen kann. Zusammenfassend unterstreichen diese Ergebnisse die wichtige Bedeutung von AMPK in den Funktionen und im Überleben von Neuronen und eröffnen einen neuartigen funktionellen Mechanismus in dem Änderungen in AMPK neuronale Degeneration hervorrufen kann.
N2  - In this thesis the Drosophila mutant loechrig (loe), that shows progressive degeneration of the nervous system, is further described. Loe is missing a neuronal isoform of the protein kinase AMPK γ subunit (AMP-activated protein kinase- also known as SNF4Aγ) The heterotrimeric AMPK controls the energy level of the cell, which requires constant monitoring of the ATP/AMP levels. It is activated by low energy levels and metabolic insults like oxygen starvation and regulates multiple important signal pathways that control cell metabolism. Still, its role in neuronal survival is unclear. One of AMPK’s downstream targets is HMGR (hydroxymethylglutaryl-CoA- reductase), a key enzyme in cholesterol and isoprenoid synthesis. It has been shown that manipulating the levels of HMGR affects the severity of the neurodegenerative phenotype in loe. Whereas the regulatory role of AMPK on HMGR is conserved in Drosophila, insects cannot synthesize cholesterol de novo. However, the synthesis of isoprenoids is a pathway that is evolutionarily conserved between vertebrates and insects. Isoprenylation of target proteins like small G-proteins provides a hydrophobic anchor that allows the association of these proteins with membranes and following activation. This thesis shows that the loe mutation interferes with the prenylation of Rho1 and the regulation of the LIM kinase pathway, which plays an important role in actin turnover and axonal outgrowth. The results suggest that the mutation in LOE, causes hyperactivity of the isoprenoid synthesis pathway, which leads to increased farnesylation of RHO1 and therefore higher levels of phospho-cofilin. A mutation in Rho1 improves the neurodegenerative phenotype and life span. The increased inactive cofilin amount in loe leads to an up regulation of filamentous actin. Actin is involved in neuronal outgrowth and experiments analyzing loe neurons gave valuable insights into a possible role of AMPK and accordingly actin on neurite growth and stability. It was demonstrated that neurons derived from loe mutants exhibit reduces axonal transport suggesting that changes in the cytoskeletal network caused by the effect of loe on the Rho1 pathway lead to disruptions in axonal transport and subsequent neuronal death. It also shows that actin is not only involved in neuronal outgrowth, its also important in maintenance of neurons, suggesting that interference with actin dynamics leads to progressive degeneration of neurons. Together, these results further support the importance of AMPK in neuronal function and survival and provide a novel functional mechanisms how alterations in AMPK can cause neuronal degeneration
KW  - Taufliege
KW  - Nervendegeneration
KW  - AMP
KW  - Proteinkinasen
KW  - Molekulargenetik
KW  - Drosophila
KW  - Neurodegeneration
KW  - AMPK
KW  - Drosophila
KW  - Neurodegeneration
KW  - Rho
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-72027
ER  - 
TY  - THES
A1  - Nguyen, Hoang Duong
T1  - Vaccinia virus mediated expression of human erythropoietin in colonized human tumor xenografts results in faster tumor regression and increased red blood cell biogenesis in mice
T1  - Expression von humanem Erythropietin in Vaccinia Virus-kolonisierten Tumorxenograftmodellen fördert die Tumorregression und die Biogenese roter Blutzellen
N2  - Cancer-related anemia is prevalent in cancer patients. Anemia negatively affects normal mental and physical function capacity with common symptoms s like fatigue, headache, or depression. Human erythropoietin (hEPO), a glycoprotein hormone regulating red blood cell formation, is approved for the treatment of cancer-related anemia. It has shown benefits in correcting anemia, and subsequently improving health-related quality of life and/or enhancing radio-, and chemotherapy. Several recent clinical trials have suggested that recombinant hEPO (rhEPO) may promote tumor growth that raises the questions concerning the safety of using rhEPO for cancer treatment. However in others, such effects were not indicated. As of today, the direct functional effect of rhEPO in tumor models remains controversial and needs to be further analyzed. Based on the GLV-1h68 backbone, the hEPO-expressing recombinant VACV strains (EPO-VACVs) GLV-1h210, GLV-1h211, GLV-1h212 and GLV-1h213 were generated by replacing the lacZ expression cassette at the J2R locus with hEPO under the control of different vaccinia promoters p7.5, pSE, pSEL, pSL, respectively. Also, GLV-1h209 was generated, which is similar to GLV-1h210 but expresses a mutated non-functinal EPO (R103A). The EPO-VACV strains were characterized for their oncolytic efficacy in lung (A549) cancer cells in culture and tumor xenografts. Concomitantly, the effects of locally expressed hEPO in tumors on virus replication, host immune infiltration, tumor vascularization and tumor growth were also evaluated. As expected, EPO-VACVs enhanced red blood cell (RBC) formation in xenograft model. The number of RBCs and hemoglobin (Hb) levels were significantly increased in EPO-VACVs-treated mice compared to GLV-1h68-treated or untreated control mice. However, the mean size of RBC or Hb content per RBC remained normal. Furthermore, over-expression of hEPO did not significantly affect numbers of lymphocytes, monocytes, leucocytes or platelets in the peripheral blood stream. The expression of hEPO in colonized tumors of mice treated with EPO-VACVs was demonstrated by immunohistological staining. Interestingly, there were 9 - 10 hEPO isoforms detected either in tumors, cells, or supernatant, while 3-4 basic isoforms were missing in blood serum, where only six hEPO isoforms were found. Tumor-bearing mice after treatment with EPO-VACVs showed enhanced tumor regression compared to GLV-1h68. The virus titers in tumors in EPO-VACVs-treated mice were 3-4 fold higher compared to GLV-1h68-treated mice. Nevertheless, no significant difference in virus titers among EPO-VACVs was found. The blood vessels in tumors were significantly enlarged while the blood vessel density remained unchanged compared to the GLV-1h68 treated mice, indicating that hEPO did not affect endothelial cell proliferation in this model. Meanwhile, rhEPO (Epoetin alfa) alone or in combination with GLV-1h68 did not show any signs of enhanced tumor growth when compared to untreated controls and GLV-1h68 groups, while doses used were clinical relevant (500 U/kg). These findings suggested that hEPO did not promote angiogenesis or tumor growth in the A549 tumor xenograft model. Human EPO has been reported to function as an immune modulator. In this study, however, we did not find any involvement of hEPO in immune cytokine and chemokine expression or innate immune cell infiltration (leucocytes, B cells, macrophages and dendritic cells) into infected tumors. The degree of immune infiltration and cytokine expression was directly correlated to the number of virus particles. Increased virus replication, led to more recruited immune cells and secreted cytokines/chemokines. It was proposed that tumor regression was at least partially mediated through activation of innate immune mechanisms. In conclusion, the novel EPO-VACVs were shown to significantly increase the number of RBCs, Hb levels, and virus replication in tumors as well as to enhance tumor regression in the A549 tumor xenograft model. Moreover, locally expressed hEPO did not promote tumor angiogenesis, tumor growth, and immune infiltration but was shown to causing enlarged tumoral microvessels which facilitated virus spreading. It is conceivable that in a possible clinical application, anemic cancer patients could benefit from the EPO-VACVs, where they could serve as “wellness pills” to decrease anemic symptoms, while simultaneously destroying tumors.
N2  - Blutarmut stellt eine häufige Begleiterscheinung in Krebspatienten dar. Anämie beeinträchtigt die normale mentale und körperliche Funktionsfähigkeit. Menschliches Erythropoetin (hEPO), welches die Bildung roter Blutzellen reguliert, ist klinisch zur Behandlung von Krebs-induzierter Blutarmut zugelassen. Wenn es zur Behandlung von Anämie benutzt wird, verbessert es den Gesundheitszustand sowie Bestrahlungs- und Chemotherapie. Verschiedene klinische zeigten, dass rekombinantes hEPO (rhEPO) das Tumorwachstum anregen kann, was die Frage nach Sicherheit der Anwendung von rhEPO aufbringt. In anderen Studien hingegen, gab es keine Anzeichen für eine Tumorwachstum anregenden Wirkung oder für ein Eingreifen in krebsspezifische Signalwege. Verschiedene hEPO exprimierende rekombinante VACV Stämme (EPO-VACV) wurden hergestellt, GLV-1h210, GLV-1h211 und GLV-1h213, in welchen die lacZ Expressionskassette im J2R Lokus durch das hEPO Gen unter der Kontrolle von verschiedenen Promotoren, p7.5, pSE und pSL, ersetzt wurde. Ebenfalls wurde GLV-1h209 hergestellt, welches ähnlich zu GLV-1h210 ist, jedoch ein mutiertes und nicht-funktionelles EPO Protein (R103A) exprimiert. Alle EPO-VACV Stämme wurden bezüglich ihrer onkolytischen Funktion in Zellkulturexperimenten sowie in in vivo Tumormodellen charakterisiert. Die Expression von zwei Markergene war in Zellkultur sowie in Tumorxenograften für alle EPO-VACV vergleichbar mit der des parentalen GLV-1h68 Virus. Unterschiede in hEPO Transkription und Translation der EPO-VACV war deutlich abhängig von der Promotorstärke und stieg an von p7.5, über pSE und pSL zu pSEL 12 h nach Infektion von Zellen. Darüberhinaus hatte die Insertion von hEPO in das virale Genom keinen Einfluss auf Replikation oder Zytotoxizität aller EPO-VACV in A549 oder NCI-H1299 Zelllinien, obwohl zu frühen Zeitpunkten (24-48 hpi) die Replikation der EPO-VACV etwas höher war, als die des GLV-1h68 Virus. Die A549 Zellen war zugänglicher für virale Infektion durch alle untersuchten Viren als die NCI-H1299 Zellen. Von besonderem Interesse ist, dass hypoxische Bedingungen (2% O2) die Replikation und damit Expression des Markergens gusA, sowie Zytotoxizität für alle untersuchten VACV unabhängig von hEPO Expression verlangsamte. Alle EPO-VACV erhöhen die Bildung von roten Blutzellen (RBC) in Mausmodellen. Anzahl und RBCs sowie Hämoglobin (Hb) Level waren signifikant erhöht im Vergleich zu unbehandelten oder GLV-1h68 behandelten Mäusen. Die Durchschnittsgröße einer RBC sowie der Hämoglobinanteil hingegen waren unverändert. Darüberhinaus hatte die Expression von hEPO keinen signifikanten Einfluss auf Lymphozyten, Monozyten, Leukozyten oder Blutplättchen im peripheren Blut. Die Expression von hEPO in EPO-VACV kolonisierten Tumoren wurde durch immunohistologische Färbungen bestätigt. Interessanterweise konnten 9-10 EPO Isoformen in Tumoren, Zellen oder Zellüberständen gefunden werden, während im Blutserum 3-4 basische Isoformen fehlten und nur 6 Isoformen auftraten. Tumortragende Mäuse, die mit EPO-VACV behandelt wurden, wiesen im Vergleich zu GLV-1h68 behandelten Mäusen eine erhöhte Tumorregression auf. Ausserdem waren virale Titer in EPO-VACV behandleten Tumoren 3-4 fach höher also in denen, die mit GLV-1h68 behandelt wurden. Kein signifikanter Unterschied hingegen wurde zwischen viralen Titern der verschiedenen EPO-VACV in Tumoren gefunden. Tumorale Blutgefäße waren im Vergleich zu GLV-1h68 behandelten Mäusen deutlich vergrößert, wohingegen die Dichte an Blutgefäßen unverändert war, was andeuted, dass keine Proliferation von Endothelzellen angeregt wurde. Rekombinant hergestelltes Epoetin alfa in klinisch relevanten Dosen allein oder in Kombination mit GLV-1h68 hatte keinen Einfluss auf Verbesserung der Tumorregression verglichen mit unbehandelten oder GLV-1h68 behandelten Mäusen. Diese Ergbnisse legen nahe, dass weder Angiogenese noch Tumorwachstum durch hEPO im A549 Tumormodell angeregt wurde. In dieser Studie hingegen wurde kein Einfluss von hEPO im Bezug auf Zytokin- oder Chemokinexpression sowie Immunzellinfiltration in Tumore nachgewiesen. Das Ausmass an Immunzellinfiltratrion und Zytokinexpression konnte direkt mit der Anzahl an viralen Partikeln korreliert werden. Es wurde angenommen, dass Tumorregression zumindest teiweise durch eine Aktivierung des angeborenen Immunsystems bedingt ist. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass durch die neuartigen EPO-VACV die Bildung von RBC, die Level an Hb und die virale Replikation signifikant angeregt wurden sowie eine erhöhte Tumorregression im Xenograftmodell auftrat. Darüberhinaus leitete lokal exprimiertes hEPO keine Tumorangiogenese oder Tumorwachstum ein, aber führte zu einer Vergrößerung von Tumorblutgefäßen, was die virale Ausbreitung erleichtern könnte. Es ist vorstellbar, dass anämische Patienten von einer möglichen klinischen Anwendung der EPO-Viren profitieren würden.
KW  - Erythropoietin
KW  - Lungenkrebs
KW  - Anämie
KW  - onkolytische Virotherapie
KW  - erythropoietin
KW  - lung cancer
KW  - anemia
KW  - oncolytic therapy
KW  - Onkolyse
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-85383
ER  -