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Role of Peroxiredoxin 6 in human melanoma

Die Funktion von Peroxiredoxin 6 im humanen Melanom

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:20-opus-111465
  • Peroxiredoxin 6 (PRDX6) is a bifunctional enzyme comprising a peroxidase and a Ca2+-independent phospholipase (iPLA2) activity. This renders the enzyme capable of detoxifying reactive oxygen species (ROS) and of catalyzing the liberation of arachidonic acid (AA) from cellular membranes. Released AA can be further metabolized to bioactive lipids including eicosanoids, which are involved in inflammation, cell growth, differentiation, invasion and proliferation. Human melanoma cells are often characterized by imbalances in both ROS and lipidPeroxiredoxin 6 (PRDX6) is a bifunctional enzyme comprising a peroxidase and a Ca2+-independent phospholipase (iPLA2) activity. This renders the enzyme capable of detoxifying reactive oxygen species (ROS) and of catalyzing the liberation of arachidonic acid (AA) from cellular membranes. Released AA can be further metabolized to bioactive lipids including eicosanoids, which are involved in inflammation, cell growth, differentiation, invasion and proliferation. Human melanoma cells are often characterized by imbalances in both ROS and lipid levels, which can be generated by oncogenic signaling, altered metabolism or UV irradiation. In previous studies, a comparative proteome analysis of the Xiphophorus fish melanoma model revealed a strong upregulation of Prdx6 in benign and malignant lesions compared to healthy skin. As the Xiphophorus melanoma model displays in many respects molecular characteristics that are similar to human melanoma, I investigated the functional role of PRDX6 in human melanoma cells. The first part of the study deals with the regulation of PRDX6 in melanocytes and human melanoma cells. I could demonstrate that the protein level of PRDX6 was strongly enhanced by the induction of the EGFR orthologue Xmrk from the Xiphophorus fish as well as the human EGFR. The upregulation of PRDX6 was further shown to be mediated in a PI3K-dependent and ROS-independent manner. The main part of the thesis comprises the investigation of the functional role of PRDX6 in human melanoma cells as well as the analysis of the underlying mechanism. I could show that knockdown of PRDX6 enhanced the oxidative stress response and led to decreased proliferation of melanoma cells. This cell growth effect was mainly mediated by the iPLA2 activity of PRDX6. Under conditions of strongly enhanced oxidative stress, the peroxidase activity became also important for cellular proliferation. Furthermore, the anti-proliferative effect in cells with lowered PRDX6 levels was the result of reduced cellular AA content and the decrease in the activation of SRC family proteins. Similarly, supplementation with AA led to regeneration of SRC family kinase activity and to an improvement in the reduced proliferation after knockdown of PRDX6. Since AA can be further processed into the prostaglandin PGE2, which has a pro-tumorigenic function in some cancer types, I further examined whether this eicosanoid is involved in the proliferative function of PRDX6. In contrast to AA, PGE2 was not consistently required for melanoma proliferation. In summary, I could demonstrate that PRDX6 plays a major role in AA-dependent lipid signaling in melanoma cells and thereby regulates proliferation. Interestingly, the proliferation relevant iPLA2 activity can be pharmacologically targeted, and melanoma cell growth was clearly blocked by the inhibitor BEL. Thus, I could identify the phospholipase activity of PRDX6 as a new therapeutically interesting target for melanoma treatment.show moreshow less
  • Peroxiredoxin 6 (PRDX6) ist ein bifunktionales Enzym, welches neben seiner Peroxidase-Aktivität auch eine Ca2+-unabhängige Phospholipase-Aktivität besitzt. Aufgrund dieser beiden Aktivitäten ist das Enzym in der Lage, sowohl oxidativen Stress zu bekämpfen als auch die Freisetzung von Arachidonsäure aus zellulären Membranen zu katalysieren. Freie Arachidonsäure (AA) dient der Generierung von bioaktiven Lipiden wie zum Beispiel Eicosanoiden, welche an Entzündungsreaktionen, Zellwachstum, Differenzierung, Invasion und Proliferation beteiligt sind.Peroxiredoxin 6 (PRDX6) ist ein bifunktionales Enzym, welches neben seiner Peroxidase-Aktivität auch eine Ca2+-unabhängige Phospholipase-Aktivität besitzt. Aufgrund dieser beiden Aktivitäten ist das Enzym in der Lage, sowohl oxidativen Stress zu bekämpfen als auch die Freisetzung von Arachidonsäure aus zellulären Membranen zu katalysieren. Freie Arachidonsäure (AA) dient der Generierung von bioaktiven Lipiden wie zum Beispiel Eicosanoiden, welche an Entzündungsreaktionen, Zellwachstum, Differenzierung, Invasion und Proliferation beteiligt sind. Humane Melanomzellen zeichnen sich oft durch ein gestörtes Gleichgewicht reaktiver Sauerstoffspezies und zellulärer Lipide aus. Dieses Ungleichgewicht kann durch onkogene Signalgebung, einen veränderten Metabolismus oder UV-Bestrahlung hervorgerufen werden. Eine vorangegangene Proteomanalyse des Xiphophorus-Fisch-Melanommodells zeigte, dass im Vergleich zur gesunden Haut die Menge an PRDX6 in benignen und malignen Läsionen stark erhöht ist. Da das Xiphophorus-Melanommodell in vielerlei Hinsicht die molekulare Situation des humanen Melanoms wiederspiegelt, habe ich die funktionale Rolle von PRDX6 in humanen Melanomzellen untersucht. Der erste Teil der Studie beschäftigt sich mit der Regulierung von PRDX6 in Melanozyten und humanen Melanomzellen. Ich konnte nachweisen, dass die Menge an PRDX6 Protein durch die Induktion des EGFR Orthologs Xmrk aus Xiphophorus Fischen, sowie des humanen EGFR stark erhöht wurde. Auch konnte ich zeigen, dass die Heraufregulierung von PRDX6 von der Signalgebung der PI3 Kinase, aber nicht von reaktiven Sauerstoffspezies abhängig war. Der Hauptteil der vorliegenden Forschungsarbeit befasst sich mit der Ermittlung der funktionalen Rolle von PRDX6 in humanen Melanomzellen und der Analyse des zugrundeliegenden Mechanismus. Ich konnte nachweisen, dass ein Knockdown von PRDX6 die oxidative Stress-Antwort verstärkte und die Proliferation von Melanomzellen reduzierte. Der Effekt auf das zelluläre Wachstum wurde hierbei hauptsächlich durch die iPLA2-Aktivität von PRDX6 verursacht. Bei stark erhöhtem oxidativem Stress konnte auch eine Relevanz der Peroxidase-Aktivität für die zelluläre Proliferation nachgewiesen werden. Auch ging der anti-proliferative Effekt mit einer Abnahme zellulärer AA und der Reduktion aktiver Kinasen der SRC-Familie einher. Die Zugabe von AA zu Zellen mit PRDX6-Knockdown führte zur Regeneration der SRC-Kinase-Aktivität und konnte die Proliferation wieder verbessern. Da AA zum Prostaglandin PGE2 prozessiert werden kann, welches in einigen Krebsarten pro-tumorigene Funktionen erfüllt, untersuchte ich, ob dieses Eicosanoid auch für die proliferative Funktion von PRDX6 relevant ist. Im Gegensatz zu AA wies PGE2 jedoch keine kontinuierliche pro-proliferative Funktion auf. Zusammenfassend konnte ich zeigen, dass PRDX6 eine entscheidende Rolle im AA- Stoffwechsel von Melanomzellen spielt und hierdurch die Proliferation reguliert. Interessanterweise ist die proliferationsrelevante iPLA2-Aktivität pharmakologisch hemmbar, und auch das Wachstum der Melanomzellen wurde durch den Inhibitor BEL deutlich inhibiert. Mit der Phospholipase-Aktivität von PRDX6 konnte ich somit einen neuen therapeutisch nutzbaren Angriffspunkt für das Melanom identifizieren.show moreshow less

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Metadaten
Author: Alexandra Schmitt
URN:urn:nbn:de:bvb:20-opus-111465
Document Type:Doctoral Thesis
Granting Institution:Universität Würzburg, Fakultät für Biologie
Faculties:Fakultät für Biologie / Theodor-Boveri-Institut für Biowissenschaften
Referee:PD Dr. Svenja Meierjohann
Date of final exam:2015/03/11
Language:English
Year of Completion:2015
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 57 Biowissenschaften; Biologie / 570 Biowissenschaften; Biologie
GND Keyword:Melanom; Peroxiredoxin; Arachidonsäure; Prostaglandin E2
Tag:Arachidonsäure; Melanom; Melanomzellen; Peroxiredoxin 6; Prostaglandin E2
arachidonic acid; melanoma; melanoma cells; peroxiredoxin 6; prostaglandin E2
Release Date:2016/03/11
Licence (German):License LogoCC BY-NC-ND: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung, Nicht kommerziell, Keine Bearbeitung