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The mechanism of glucocorticoid induced murine thymocyte and peripheral T cell apoptosis

Der Mechanismus der Apoptose von Glukocorticoid-induzierten murinen Thymozyten und peripherischen T-Zellen

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:20-opus-17317
  • Glucocorticoids (GCs) are small lipophilic compounds that mediate a plethora of biological effects by binding to the intracellular glucocorticoid receptor (GR) which, in turn, translocates to the nucleus and directly or indirectly regulates gene transcription. GCs remain the cornerstone in the treatment for a number of hematological malignancies, including leukemia, lymphoma and myeloma. Extensive literature suggests that the efficacy of GCs stems from their ability to mediate apoptosis. Despite the enormous strides made in our understanding ofGlucocorticoids (GCs) are small lipophilic compounds that mediate a plethora of biological effects by binding to the intracellular glucocorticoid receptor (GR) which, in turn, translocates to the nucleus and directly or indirectly regulates gene transcription. GCs remain the cornerstone in the treatment for a number of hematological malignancies, including leukemia, lymphoma and myeloma. Extensive literature suggests that the efficacy of GCs stems from their ability to mediate apoptosis. Despite the enormous strides made in our understanding of regulated cell death, the exact mechanism by which GCs cause apoptosis is still unknown. The data obtained so far provide strong evidence that gene transactivation by the GR underlies the initiation phase of GC-induced thymocyte apoptosis. Furthermore, the multicatalytic proteasome, several members of the Bcl-2 family, changes in calcium flux as well as caspases have been identified as important players in the execution phase of GC-mediated cell death. However, the exact sequence of events in this process still remains elusive. A major problem of the current discussion arises from the fact that different cell types, such as thymocytes, peripheral T cells and lymphoma cells are compared without acknowledging their different characteristics and gene expression profiles. Although it is generally assumed that GCs induce apoptosis via a conserved mechanism, this is not supported by any data. In other words, it is possible that thymocytes, peripheral T cells and lymphoma cells may undergo cell death along different pathways. We therefore wondered whether a unique signal transduction pathway is engaged by GCs to initiate and execute cell death in all types of T lymphocytes or whether distinct pathways exist. Therefore, we compared the role of the proteasome, various caspases, the lysosomal compartment and other factors in GC-induced apoptosis of murine thymocytes and peripheral T cells as well as T-ALL lymphoma cells. Our findings show that the initiation phase of GC-induced apoptosis is similar irrespective of the differentiation state of the cell. Apoptosis in both thymocytes and peripheral T cells is mediated by the GR and depends on gene transcription. In contrast, the execution phase significantly differs between thymocyte and peripheral T cells in its requirement for a number of signal transduction components. Whilst in thymocytes, the proteasome, caspases 3, 8 and 9 as well as cathepsin B play an important role in GC-induced apoptosis, these factors are dispensable for the induction of cell death in peripheral T cells. In contrast, changes in the expression and intracellular location of Bcl-2 family members do not appear to contribute to GC-induced apoptosis in either cell type. Importantly, our observation that GC treatment of thymocytes leads to an activation of the lysosomal protease cathepsin B and that this is an essential step in the induction of cell death by GCs, is the first indication that a lysosomal amplification loop is involved in this process. Analysis of GC-induced apoptosis in several T-ALL cell lines further indicates that the signaling pathway induced by GCs in thymocytes but not in peripheral T cells is shared by all lymphoma cell-types analyzed. Given the therapeutic importance of high-dose GC-therapy for the treatment of hematological malignancies, this finding could potentially form a basis for new anti-cancer strategies in the future, which specifically target tumor cells whilst leaving peripheral T cells of patients untouched.show moreshow less
  • Glucocordicoide sind kleine lipophile Verbindungen, die viele biologische Effekte verursachen, wenn sie an den intrazellulären Glukokortikoidrezeptor (GR) binden. Dieser wandert wiederum in den Nucleus, um dort direkt oder indirekt die Transkription der Gene zu regulieren. Glukokortikoide sind der Grundstein in der Behandlung für eine Anzahl von hämatologischen bösartigen Erkrankungen, wie Leukämie, Lymphome und Myelome. In der Literatur wird beschrieben, dass Glukokortikoide über die Vermittlung von Apoptose wirken.die Wirkung. Trotz derGlucocordicoide sind kleine lipophile Verbindungen, die viele biologische Effekte verursachen, wenn sie an den intrazellulären Glukokortikoidrezeptor (GR) binden. Dieser wandert wiederum in den Nucleus, um dort direkt oder indirekt die Transkription der Gene zu regulieren. Glukokortikoide sind der Grundstein in der Behandlung für eine Anzahl von hämatologischen bösartigen Erkrankungen, wie Leukämie, Lymphome und Myelome. In der Literatur wird beschrieben, dass Glukokortikoide über die Vermittlung von Apoptose wirken.die Wirkung. Trotz der enormen Fortschritte im Verständnis des regulierten Zelltodes, ist der genaue Mechanismus, den Glukokortikoide bei der Apoptose vermitteln, unbekannt. Die Daten, die bis jetzt erzielt wurden, deuten stark darauf hin, dass Gentransaktivierung durch den GR für den Beginn der durch Glukokortikoide verursachten Thymozytenapoptose verantwortlich ist. Außerdem wurde gezeigt, dass das multikatalytische Proteasom, einige Mitglieder der BCL2-Familie, Änderungen im Kalziumfluss sowie Caspasen eine wichtige Rolle in der Durchführungsphase des durch Glukokortikoide vermittelten Zelltodes spielen Jedoch ist die genaue Reihenfolge dieses Prozesses bisher nicht bekannt. Ein Hauptschwierigkeit der gegenwärtigen Diskussion entsteht aus der Tatsache, dass unterschiedliche Zellarten, wie Thymozyten, reife T-Zellen und Lymphomzellen verglichen werden, ohne ihre unterschiedlichen Eigenschaften und Genexpressionsprofile zu beachten. Obwohl angenommen wird, dass Glukokortikoide Apoptose über einen konservierten Mechanismus, wird dies nicht durch irgendwelche Daten unterstützt. In anderen Worten, es ist möglich, dass Apoptose in Thymozyten, reifen T-Zellen und Lymphomzellen über unterschiedliche Signalwege vermittelt wid. Wir fragten uns daher, ob ein einzelner durch Glukokoritkoide eingeleiteter Signaltransduktionsweg dafür verantwortlich ist, dass Apoptose in allen T-Lamphozytenarten eingeleitet wird, oder ob noch andere Signalwege existieren. Daher verglichen wir die Rolle des Proteasomes, verschiedener Caspasen, des lysosomalen Kompartements und anderer Faktoren in der durch Glukokortikoide induzierten Apoptose in Mausthymozyten und pepripheren T-Zellen sowie T-ALL Lymphomzellen. Unsere Entdeckungen zeigen, dass die Anfangsphase der durch Glukokortikoide induzierten Apoptose unabhängig von der Differenzierungsstadien der Zelle ist. Apoptose wird sowohl in Thymozyten als auch in reifen T-Zellen durch den GR vermittelt und ist von der Gentranskription abhängig. Im Gegensatz dazu unterscheidet sich die Durchführungsphase erheblich in ihren Anforderungen für eine Anzahl von Signaltransduktionskomponenten zwischen Thymozyten und peripheren T-Zellen. Während in Thymozyten das Proteasom, die Caspasen 3, 8 und 9 sowie Cathepsin B eine wichtige Rolle in durch Glukokortikoide induzierten Zelltod spielen, sind diese Faktoren für die Induktion des Zell-Todes in peripheren T- Zellen entbehrlich. Im Gegensatz dazu scheinen Änderungen in der Expression und intrazellulären Lokalisation von Mitgliedern der Bcl-2 Familie nicht zum durch Glukokortikoide induzierten Zellltod beitzutragen, egal um welchen Zelltyp es sich handelt. Wir haben beobachtet, dass eine Behandlung von Thymozyten mit Glukokortikoiden zu einer Aktivierung der lysosomalen Protease Cathepsin B führt. Dies ist ein essentieller Schritt zur Einleitung von Apoptose durch Glukortikoide und zeigt zum ersten Mal, dass der lysosomale Amplifikationsloop in diesen Prozess involviert ist. Die Analyse des durch Glukokortikoide induzierten Zelltodes in verschiedenen T-ALL Zelllinien deutet darauf hin, dass die durch Glukokortikoide induzierten Signalwege in Thymozyten und allen Lymphonzelllinien aber nicht in peripheren T Zellen übereinstimmen. Da die hoch-dosierte Glukokortikoidbehandlung eine wichtige Rolle in der Behandlung von hematologischen bösartigen Erkrankungen spielt, können unsere Beobachtungen eine Grundlage für eine neue Anti-Krebs-Stragie bilden, die darauf ausgelegt ist, spezifisch Tumorzellen zu eliminieren aber reife T-Zellen unberührt lassen.show moreshow less

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Metadaten
Author: Dapeng Wang
URN:urn:nbn:de:bvb:20-opus-17317
Document Type:Doctoral Thesis
Granting Institution:Universität Würzburg, Fakultät für Biologie
Faculties:Medizinische Fakultät / Institut für Virologie und Immunbiologie
Date of final exam:2006/03/29
Language:English
Year of Completion:2006
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 57 Biowissenschaften; Biologie / 570 Biowissenschaften; Biologie
GND Keyword:T-Lymphozyt; Apoptosis; Glucocorticosteroide
Tag:Apoptose; Glukocorticioid; Mechanismus; T-zellen; Thymozyten
T cell; apoptosis; glucocorticoid; mechanism; thymocyte
Release Date:2006/03/31
Advisor:Prof. Holger Reichardt