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Nicotinamide N-methyltransferase (NNMT) is a new regulator of energy homeostasis. Its expression is increased in models of obesity and diabetes. An enhanced NNMT level is also caused by an adipose tissue-specific knockout of glucose transporter type 4 (GLUT4) in mice, whereas the overexpression of this glucose transporter reduced the NNMT expression. Furthermore, the knockdown of the enzyme prevents mice from diet-induced obesity (DIO) and the recently developed small molecule inhibitors for NNMT reverses the DIO. These previous findings demonstrated the exclusive role of NNMT in adipose tissue and further make it to a promising target in obesity treatment. However, the regulation mechanism of this methyltransferase is not yet clarified.
The first part of the thesis focus on the investigation whether pro-inflammatory signals are responsible for the enhanced NNMT expression in obese adipose tissue because a hallmark of this tissue is a low-level chronic inflammation. Indeed, the NNMT mRNA in our study was elevated in obese patients compared with the control group, whereas the GLUT4 mRNA expression does not differ between lean and obese humans. To analyze whether pro inflammatory signals, like interleukin (IL 6) and tumor necrosis factor α (TNF-α), regulate NNMT expression 3T3-L1 adipocytes were treated with these cytokines. However, IL 6, TNF α, and leptin, which is an alternative activator of the JAK/STAT pathway, did not affect the NNMT protein or mRNA level in differentiated 3T3-L1 adipocytes. The mRNA and protein levels were measured by quantitative polymerase chain reaction (qPCR) and western blotting.
In the second part of this study, 3T3-L1 adipocytes were cultivated with varying glucose concentrations to show whether NNMT expression depends on glucose availability. Further studies with activators and inhibitors of AMP-activated protein kinase (AMPK) and mechanistic target of rapamycin (mTOR) signaling pathways were used to elucidate the regulation mechanism of the enzyme.
The glucose deprivation of differentiated 3T3-L1 adipocytes led to a 2-fold increase in NNMT expression. This effect was confirmed by the inhibition of the glucose transports with phloretin as well as the inhibition of glycolysis with 2-deoxyglucose (2-DG). AMPK serves as an intracellular energy sensor and the pharmacological activation of it enhanced the NNMT expression. This increase was also caused by the inhibition of mTOR. Conversely, the activation of mTOR using MHY1485 prevented the effect of glucose deprivation on NNMT. Furthermore, the NNMT up-regulation was also blocked by the different autophagy inhibitors.
Taken together, NNMT plays a critical role in autophagy in adipocytes, because an inhibition of this process prevented the augmented NNMT expression during glucose starvation. Moreover, the effect on NNMT protein and mRNA level depends on AMPK and mTOR. However, pro-inflammatory signals did not affect the expression. Further in vivo studies have to clarify whether AMPK activation and mTOR inhibition as well as autophagy are responsible for the increased NNMT levels in obese adipose tissue. In future this methyltransferase emerges as an awesome therapeutic target for obesity.
Das Nebenschilddrüsenkarzinom ist eine sehr seltene Erkrankung mit einem hohen krankheitsspezifischen Überleben.
Die vorliegende Studie ist mit 83 Patienten die bisher größte multizentrische Studie zu dieser seltenen Tumorerkrankung in Deutschland.
Aufgrund der Seltenheit der Erkrankung finden sich bislang keine prospektiven Studien zum Nebenschilddrüsenkarzinom, sodass sich die bisherigen Handlungs- und Therapieempfehlungen auf retrospektive Studien, Reviews sowie auf Erfahrungen aus Einzelfallberichten beziehen.
Ziel dieser Arbeit war die Evaluation von diagnostischen Mitteln, Krankheitsverlauf und prognostischen Faktoren sowie die Gegenüberstellung der Erfolgsaussichten verschiedener Therapieverfahren des Nebenschilddrüsenkarzinoms.
Sterol O-Acyltransferasen (SOATs) spielen eine zentrale Rolle im Cholesterinstoffwechsel von Zellen, indem sie die Veresterung von freiem Cholesterin und Speicherung in Lipid droplets katalysieren. In Tumorzellen findet häufig eine Aktivierung alternativer Pfade des Energiestoffwechsels, unter anderem des Lipidstoffwechsels statt. Präklinische und klinische Daten unterstützen den Mechanismus der SOAT-Inhibierung als Therapiekonzept für bestimmte Tumore. Eine genaue Kenntnis sowohl dieser Inhibitoren als auch der Expression des Zielmoleküls ist Voraussetzung für eine klinische Anwendung.
Im ersten Teil dieser Arbeit wurde ein in-vitro SOAT-Aktivitätsassay etabliert und auf Grundlage dessen ein Vergleich der mittleren Hemmstärken ausgewählter SOAT-Inhibitoren gezogen. SOAT-transfizierte AD-293 Zellen sowie NCI-H295R Nebennieren-Zellen wurden mit dem fluoreszierenden 22-NBD-Cholesterin sowie den SOAT-Inhibitoren inkubiert und die Veresterung des Lipid-Analogons dann zunächst mikroskopisch und anschließend quantitativ mittels chromatographischer Auftrennung untersucht. Mitotane stellte sich mit einer IC50 von 1,3x10⁻⁶ M als schwächster SOAT-Inhibitor dar, gefolgt von Sandoz58-035 (IC50=1,4x10\(^{-8}\) M), ATR101 (IC50=3,1x10\(^{-9}\) M) und schließlich AZD3988 (IC50=8,8x10\(^{-10}\) M).
Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde die SOAT-Expression in Prostatektomiepräparaten von Hochrisiko Prostatakarzinom-Patienten mittels Immunhistochemie bestimmt. Eine starke SOAT1 Expression (SOAT H-Score 3) war sowohl in der univariaten als auch in der multivariaten Analyse hoch signifikant mit einem kürzeren biochemisch progressfreien Überleben der Patienten assoziiert unabhängig von etablierten Prognoseparametern [HR für den biochemischen Progress 2,33 (95%KI 1,48-3,68), p<0,001)]. Für SOAT2 war dies erwartungsgemäß nicht der Fall. SOAT1 scheint bei diesem bestimmten Kollektiv einen vielversprechenden Stellenwert als prognostischer Marker zu haben und könnte darüber hinaus zukünftig als Zielmolekül im Rahmen einer individualisierten Therapie des Prostatakarzinoms in Frage kommen.
Phäochromozytome und Paragangliome (PPGL) sind seltene, katecholaminproduzierendeTumore des chromaffinen Gewebes. Die Erkrankung ist durch die Überproduktion von Katecholaminen gekennzeichnet und kann lebensbedrohliche Folgen haben. Die dieser Arbeit zugrunde liegende Studie untersuchte die interindividuellen Unterschiede im Metabolitenprofil bei Patient*innen mit PPGL im Vergleich zu Kontrollen mittels Flüssigchromatographie-Massenspektrometrie und einem Targeted Metabolomic Ansatz. Targeted Metabolomics beschreibt die Messung und Quantifizierung von im Voraus definierten Metaboliten in einer Probe. Von den 188 gemessenen Metaboliten zeigten vier Metabolite eine signifikanten Veränderung zwischen den Gruppen (Histidin, Threonin, LysoPC a C28:0 und Summe der Hexosen). Für alle vier Metabolite wurde ein Zusammenhang mit Katecholaminen im Urin beziehungsweise Metanephrinen im Plasma nachgewiesen. Subgruppenanalysen zeigten weitere Hinweise auf geschlechts- und phänotypspezifische Unterschiede im Metabolitenprofil zwischen Patient*innen mit PPGL und Kontrollen.
Das Nebennierenkarzinom ist ein sehr selten auftretender Tumor. Mitotane ist derzeit das einzige zugelassene Medikament zur adjuvanten und palliativen Behandlung von betroffenen Patienten. Eine häufig beobachtete Nebenwirkung ist die Veränderung des Schilddrüsenstoffwechsels. Mithilfe des Nebennierenkarzinomregisters ENSAT konnten in die vorliegende Arbeit 129 Patienten eingeschlossen und deren Patientendaten retrospektiv ausgewertet werden. Somit konnte insbesondere die Frage des veränderten Schilddrüsenstoffwechsels in den Patientengruppen ohne Schilddrüsenmedikation und mit Medikation untersucht und ein möglicher Einfluss der Einnahme von Levothyroxin beantwortet werden. Bei der Auswertung der Patientendaten zeigte sich, dass eine isolierte fT4-Erniedrigung in beiden Patientengruppen sehr häufig auftritt (Gruppe ohne Schilddrüsen-Medikamente 60 %; Gruppe mit Schilddrüsenmedikamenten 57 %). Bei Auswertung der fT4-Werte war auffällig, dass Patienten mit einer erniedrigten fT4-Stoffwechsellage unter Mitotanetherapie, schon vor Therapiebeginn signifikant niedrigere Ausgangswerte aufwiesen (Patientengruppe mit Schilddrüsenmedikation 18,3 pmol/l vs. 15,65 pmol/l; Patientengruppe ohne Schilddrüsenmedikation 17,3 pmol/l vs. 14,75 pmol/l). Unter Mitotanetherapie konnte sowohl in den Gruppen mit erniedrigter fT4-Stoffwechsellage, als auch ohne isoliert erniedrigtes fT4 ein Absinken des fT4-Wertes beobachtet werden. Jedoch kam es nicht in jedem Fall zu einer Änderung des Schilddrüsenstoffwechsels mit der Stoffwechsellage „erniedrigtes fT4“. TSH und fT3 zeigten keine signifikante Veränderung in beiden Patientenkollektiven unter Mitotanetherapie. Da der Mitotanespiegel nur mit geringer, bzw. keiner Effektstärke mit dem fT4-Wert korrelierte, kann mithilfe der Höhe der Mitotaneplasmakonzentration keine definitive Vorhersage zur Entwicklung des fT4-Wertes gemacht werden. Mithilfe eines In-vitro-Experimentes konnte widerlegt werden, dass isoliert erniedrigtes fT4 aufgrund eines messtechnischen Fehlers im Labor entsteht. Eine durchgeführte, kontrollierte Levothyroxin-Gabe bei Patienten mit erniedrigter fT4-Stoffwechsellage zeigte, dass bei regelmäßiger Kontrolle der Schilddrüsenparameter und individueller Levothyroxin-Dosisanpassung eine Normalisierung des Schilddrüsenfunktionsstoffwechsels in 71 % erreicht werden konnte. Ein allgemeiner Behandlungsstandard konnte nicht erkannt werden, da der Bedarf an Levothyroxin sehr unterschiedlich war. Eine Anfangsdosis von 50 µg scheint empfehlenswert und sollte anschließend abhängig von den Laborwerten in den Verlaufskontrollen angepasst werden. Nach wie vor ist der Pathomechanismus, welcher zur isolierten fT4-Erniedrigung führt, nicht vollständig geklärt. Am wahrscheinlichsten erscheint eine Induktion von TBG durch Mitotane. Insgesamt zeigt diese Arbeit erstmals in einer großen Kohorte, wenn auch mit eingeschränkter Aussagekraft aufgrund der retrospektiven Erhebung, die Häufigkeit und Art und Weise der Veränderungen von Schilddrüsenfunktionstests unter einer Mitotanetherapie und ermöglicht so bei behandelnden Ärzten eine genauere Einschätzung der Relevanz dieser Nebenwirkung.
Hintergrund: Das Therapieansprechen von fortgeschrittenen Nebennierenrindenkarzinomen (ACC) unter den aktuellen Chemotherapieregimen ist nicht zufriedenstellend.Ebenfalls zeigte sich in klinischen Studien nur ein limitiertes Ansprechen auf Immuntherapien. Eine hohe Mutationslast (TMB) und das Vorhandensein einer spezifischen DNA Signatur sind charakteristisch für Tumore mit Mutationen in dem Gen MUTYH, welches die mutY-DNA-Glykosilase kodiert. Es wurde gezeigt, dass dies potentiell ein Ansprechen auf eine Immontherapie vorhersagen kann. Eine hohe Mutationslast in ein ACC Zellline konnte bis jetzt noch nicht gezeigt werden.
Methoden: Die JIL--2266 Zelllinie wurde etabliert aus einem primären ACC-Tumor. Diese wurde umfänglich charakterisiert und oxidativer Schaden, welcher durch eine dysfunktionelle mutY DNA Glykosilase verursacht wird, konnte gezeigt werden.
Ergebnis: Wir charakterisierten eine neue ACC Zelllinie JIL-2266, welche eine Defizienz in dem mutY DNA-Reperaturmechanismus aufweist. Die JIL-2266 Zellen weisen ein mit dem Primärtumor kongruentes STR-Profil auf. Die Zellen proliferieren mit einer Verdopplungszeit von 41 bis 13h. Die immunhisochemische Färbung zeigte eine Positivität für SF-1. In der Massenspektrometrie fand sich keine signifikante Steroidproduktion. Die JIL-2266 haben eine hemizygote Mutation in dem Tumorsuppressorgen TP53 und MUTYH. Exomsequenzierung zeigte 683 SNVs. Wir fanden erhöhten oxidativen DNA Schaden in der Zelllinie und im Primärtumor, verursacht durch eine gestörte mutY Glykosilase Funktion und eine Anhäufung von 8-Oxoguanin.
Zusammenfassung: Dieses Zellinie ist ein wertvolles ACC Modell mit einer hohen Mutationslast und ein Werkzeug um oxidativen DNA Schaden in der Nebenniere zu untersuchen.
Woodhouse-Sakati syndrome (WSS) is a rare multisystemic, autosomal recessive disease. The underlying cause of WSS are mutations of C2orf37 gene, which result in a truncated protein. Little is known about the function of C2orf37 (DDB1-CUL4A-associated factor 17, DCAF17) apart from it being part of the DDB1-CUL4-ROC1 E3 ubiquitin ligase complex, specifically binding directly to DDB1 and serving as a substrate recruiter for E3. There are two major isoforms of DCAF17: beta (65 kDa, 520 amino acids) and alpha (27 kDa, 240 amino acids), which is a C-terminal part of beta. The intracellular localization of the WSS protein is thought to be primarily the nucleolus. A murine ortholog protein was found to be expressed in all tissues with a relatively higher expression in the brain, liver, and skin.The aim of this work was to investigate DCAF17 in HeLa cells in more detail, in particular the redistribution of both WSS isoforms on the subcellular and -nuclear level as well as their chemical features. For these experiments, I developed, through recombinant expression and affinity purification, a specific polyclonal antibody against a WSS-epitope 493-520. Furthermore, three other specific polyclonal antibodies were obtained through affinity purification with help of commercially produced high-affinity epitope peptides.By means of these antibodies, I determined- through immunofluorescence and subcellular protein fractionation- that, apart from the redistribution of the WSS protein within the non-soluble = chromatin-bound nuclear fraction, a significant amount of both WSS isoforms is present in the soluble nuclear fraction. Indeed, treatment of purified nuclear envelopes with an increasing concentration of NaCl as well as urea confirmed a non-covalent binding of the WSS protein to the nuclear envelope with the detachment ofbeta-WSS at a lower NaCl concentration than alpha-WSS. In regard to the chromatin-bound WSS protein, I performed hydrolysis of nuclear and nucleolar extract with DNase and RNase. The results indicate that the WSS protein is bound to DNA but not RNA, with alpha-WSS being possibly located more abundantly in the nucleolus, whereas beta-WSS within other subnuclear departments. Furthermore, in all the above-mentioned experiments, a presence of an 80-kDa protein, which specifically reacted with the polyclonal high-affinity antibodies and showed similar redistribution and chemical features as alpha- and beta-WSS, was observed. In order to investigate whether this protein is a posttranslationally modified WSS isoform, I performed deglycosylation and dephosphorylation of nuclear extract, which showed no disappearance or change in abundance of the 80-kDa band on Western blot. While other ways of poststranslational modification cannot be excluded as the cause of occurrence of the 80-kDa protein, an existence of a third, yet undescribed, major isoform is also conceivable. Summarizing, this work contributed to a deeper characterization of the WSS protein, which can help future investigators in developing new experimental ideas to better understand the pathology of WSS.
Nach der Präparation von gewaschenen Thrombozyten, einem wichtigen Ausgangsmaterial für die experimentelle Forschung oder für die Transfusionsmedizin, tritt bekannterweise ein zunehmender Verlust der ADP-vermittelten Aggregationsfähigkeit ein. Die verminderte Funktionsfähigkeit von Thromboyzten nach dem Waschvorgang kann somit auch experimentelle Ergebnisse beeinflussten.
Allerdings sind die dafür verantwortlichen molekularen Mechanismen bisher nicht aufgeklärt, sodass in dieser Dissertationsarbeit molekulare sowie auch funktionelle Vorgänge untersucht wurden, die zum bekannten Phänomen des raschen Verlustes der ADP-vermittelten Aggregationsfähigkeit gewaschener Thrombozyten führen.
Die Wirkung von ADP wird über die drei purinergen Rezeptoren P2Y1, P2X1 und P2Y12 vermittelt wird. Daher wurde zunächst die ADP-induzierte Aggregationsfähigkeit alleine bzw. unter Kostimulation mit Epinephrin oder Serotonin - zwei Induktoren, deren Rezeptoren mit analogen Signalwegen wie die ADP-Rezeptoren P2Y1 bzw. P2Y12 gekoppelt sind - bestimmt. Um Hinweise zu erhalten, wie die Abnahme der ADP-vermittelten Reaktivität von gewaschenen Thrombozyten mit der purinergen Rezeptorexpression und -distribution sowie mit der nachgeschalteten Signalweiterleitung im Zusammenhang steht, wurde zudem die Expression purinerger Rezeptoren auf der Thrombozytenoberfläche bzw. die Konzentration von purinergen Rezeptoren im Zytosol gewaschener Thrombozyten mittels Durchflusszytometrie bzw. ELISA gemessen.
Es zeigte sich, dass die Funktion der den purinergen Rezeptoren nachgeschalteten Signalwege während der Lagerungszeit zunehmend beeinträchtigt wird, aber zumindest teilweise erhalten bleibt, wie anhand von Effekten durch Kostimulation mit den Induktoren Epinephrin und Serotonin gezeigt werden konnte. Die Distribution der Rezeptoren zwischen der Thrombozytenoberfläche und den intrazellulären Kompartimenten unterliegt komplexen Prozessen, die induktorabhängig reguliert sind. Eine initiale Zunahme der Expression von ADP-Rezeptoren während der Lagerung von gewaschenen Thrombozyten geht dabei nicht einher mit der Aufrechterhaltung der ADP-induzierten Aggregation.
In der Schlussfolgerung ist die fortschreitende Degeneration der ADP-vermittelten Aggregation - neben einem Rückgang der Rezeptorexpression nach mehr als einer Stunde Lagerungszeit - vor allem auf einen funktionellen Verlust der purinergen Rezeptoren zurückzuführen.
Über die klinische Präsentation von Knochenmetastasen (KM) und ihre Komplikationen, sog. Skeletal-related events (SRE), beim medullären Schilddrüsenkarzinom (MTC) ist aktuell wenig bekannt. Es ist Ziel dieser multizentrischen Studie, klinische und morphologische Eigenschaften von KM beim MTC zu beschreiben und die prognostische Rolle der Morphologie der KM herauszuarbeiten. Außerdem wird die Rolle der antiresorptiven Therapie (ART) sowie der tumorspezifischen Behandlung mit Tyrosinkinase-Inhibitoren (TKI) untersucht.
Insgesamt wurden 114 Patienten mit einem MTC und KM, welche zwischen 1973 und 2016 an vier deutschen Kliniken mit Schwerpunktversorgung diagnostiziert wurden, in die Analyse eingeschlossen.
Zeit-bis-Event Analysen wurden mittels Kaplan-Meier Kurve dargestellt und Gruppen mit dem Log-Rank Test verglichen. Risikofaktoren wurden mit Cox Regression identifiziert.
KM wurden im Median 2,1 Jahre nach der Erstdiagnose MTC diagnostiziert und traten in 79 % der Fälle multifokal auf. Die häufigste Lokalisation war die Wirbelsäule (86 %), gefolgt von der Hüfte (60 %). Die Morphologie der KM war in 32 % osteolytisch, in 25 % osteoblastisch und in 22 % wurde eine gemischte Morphologie beschrieben (unbekannt: 21 %).
Innerhalb einer medianen Beobachtungszeit von 26,6 Monaten nach der Erstdiagnose KM trat in 47 % der Fälle mindestens ein SRE auf (Knochenbestrahlung 50 %, pathologische Frakturen 32 %). Davon waren 42 % bei Patienten mit osteoytischen und 17 % bei osteoblastischen KM zu finden (P = 0,047). Osteolytische Metastasen (HR 3,85, 95 % KI 1,52-9,77, P = 0,005) waren mit einem schlechterem Gesamtüberleben assoziiert. Bei Patienten, die präventiv eine ART erhielten, traten signifikant weniger SREs auf als bei unbehandelten Patienten (P = 0,04). In einer Subanalyse der 10 Patienten, die vor dem Auftreten eines SREs einen TKI erhalten hatten, waren signifikant weniger SREs zu verzeichnen (p= 0,013).
Die Studie zeigt eine Assoziation zwischen osteolytischen KM und einer schlechteren Prognose. ART sowie TKI könnten eine protektive Rolle zur Vorbeugung von knochenbezogenen Ereignissen haben. Prospektive Studien sind notwendig, um diese möglichen Zusammenhänge zu prüfen.
Das anaplastische Schilddrüsenkarzinom ist eine seltene Erkrankung mit schlechter Prognose. Standardtherapieempfehlungen sind nicht etabliert.
Das Ziel dieser Arbeit war eine multizentrische Datenbank für seltene maligne Schilddrüsen- und Nebenschilddrüsentumoren in Deutschland zu entwerfen und in einem zweiten Schritt sowohl die klinische Präsentation, gegenwärtig eingesetzte Therapieregime und das Überleben des anaplastischen Schilddrüsenkarzinoms in Deutschland zu beschreiben, als auch klinische und therapieassoziierte Faktoren zu identifizieren, welche mit besserer Prognose verbunden waren.
Insgesamt wurden 129 Patienten mit anaplastischem Schilddrüsenkarzinom, die zwischen 2000 und 2018 an fünf deutschen Kliniken mit Schwerpunktversorgung diagnostiziert wurden, in die Analyse eingeschlossen. Das krankheitsspezifische Überleben (KSÜ) wurde mit Kaplan-Meier-Kurven und dem log-rank-Test verglichen; Risikofaktoren wurden mit Cox-Regression identifiziert.
Retrospektiv betrug das 6-Monats-, 1-Jahres- und 5-Jahres KSÜ 33, 23 und 5%. Das 6-Monats-KSÜ betrug 70, 52 und 22% für Stadium IVA, B und C. 26% der Patienten überleben ein Jahr und länger. In einer multivariaten Analyse des KSÜ zeigten sich Alter ≥70 Jahre, die lokal inkomplette Resektion, das Fehlen eines differenzierten Tumoranteils und das Vorhandensein von Fernmetastasen bei Erstdiagnose als signifikant mit längerem Überleben assoziiert. Bezüglich therapieassoziierter Faktoren zeigten sich in einer univariaten Analyse die lokale Strahlentherapie ≥40 Gy im Stadium IVB (p=0,020) sowie ebendiese und jegliche Form der medikamentösen Therapie in Stadium IVC (p=0,028 und <0,0001) signifikant mit längerem Überleben assoziiert. Ein multimodales Therapieregime war signifikant mit einem Überlebensvorteil in Stadium IVB und IVC (IVC: HR 0,1; 95%-KI 0,04-0,27; p<0,0001) verbunden.
Die Prognose des anaplastischen Schilddrüsenkarzinoms ist weiterhin schlecht. Die gefundenen Assoziationen von Therapieregimen mit verlängertem KSÜ liefern eine Rationale für deren Einsatz in der Standardbehandlung dieser Patienten. Multizentrische Forschungsstrukturen sollten weiter angestrebt werden um die Therapie des anaplastischen Schilddrüsenkarzinoms zu verbessern.