University, Diss., 2007--Giessen.

Tierärztl. Hochsch., Diss., 2003--Hannover.

Tierärztl. Hochsch., Diss., 2003--Hannover.

MC ist eine seltene, lebensbedrohliche Erkrankung mit einer bisher unvollständig verstandenen Pathogenese. Die zugrundeliegenden ACTH-produzierenden Adenome beherbergen in 35-62% somatische Mutationen imUSP8 Gen. Die aktivierenden Mutationen machen USP8 hyperaktiv und verhindern damit den Abbau von Zielproteinen. Ziel dieser Studie war es, den Einfluss von USP8-Mutationen auf Proteine, die in MC dereguliert sind, zu identifizieren. Zudem wird untersucht, ob es Zusammenhänge der klinischen Daten bei Patienten mit bekanntem Mutationsstatus gibt. Für die Analyse der klinischen Daten wurden Patienten eingeschlossen, die sich zwischen 1997 und 2016 einer transsphenoidalen Operation in der Uniklinik Hamburg, Würzburg oder Erlangen unterzogen haben. Die Daten wurden von 125 unterschiedlichen Patienten mit 127 corticotropen Tumoren ausgewertet (34 USP8 mutiert, 93 USP8 WT). Von dem obengenannten Patientenkollektiv der ACTH-produzierenden Tumore für die Auswertung der klinischen Daten, lagen uns insgesamt Proben von 78 dieser Tumore zur immunhistochemischen Färbung vor. Zudem wurde weitere Proben von Hypophysenadenomen und normalen Hypophysen als Vergleichsgruppe gefärbt und untersucht. Insgesamt wurden 111 Hypophysenadenome sowie 5 normale Hypophysen untersucht. Die bereits mit MC assoziierten deregulierten Proteine (USP8, EGFR, P27/Kip1, Cyclin E, CRHR1,AVPR1b, TR4, HSP90, CREB, pCREB, PKA) wurden immunhistochemisch untersucht. Während bei den USP8 mutierten Tumoren die Patienten zu 100% weiblich waren, ergab die relative Häufigkeit der Frauen bei den WT Tumoren nur 62%.Die Patienten mit USP8 Mutation waren bei der ED des MC im Schnitt 10 Jahre jünger als die vom WT Der basale präoperative Cortisolspiegel zeigte sich signifikant höher in mutierten Tumoren und die ACTH-Spiegel ergaben ähnliche Werte bei WT und mutierten Hypophysenadenomen. Die Tumorgröße war signifikant kleiner in den USP8mutierten Adenomen. Während die Invasivitätsrate der Tumore sich ähnlich zeigte, lag bei den WT Adenomen signifikant häufiger eine subtotale Resektion des Tumors vor als bei den mutierten Tumoren vor. Die Rezidivrate ergab keinen signifikanten Unterschied. Während die meisten der mittels Immunhistochemie untersuchten Proteine keinen Unterschied in der Expression zwischen USP8 mutierten und WT Tumoren zeigten, war der Zellzyklusinhibitor p27/Kip1 signifikant reduziert in mutierten Tumoren Im Gegensatz dazu, zeigte sich das Chaperon HSP90 im Nukleus stärker exprimiert und die Phosphorylierung des Transkriptionsfaktor CREB war erhöht in mutierten Tumoren im Vergleich zum WT .Das lässt vermuten, dass p27/Kip1, HSP90 und pCREB direkte oder indirekte Zielproteine von USP8 sind und daher potenzielle Ziele für therapeutische Ansätze bei Patienten mit MC sein könnten. / MC is a rare, life-threatening disease with a previously incompletely understood pathogenesis. The underlying ACTH-producing adenomas harbor 35-62% somatic mutations in the USP8 gene. The activating mutations make USP8 hyperactive and thus prevent the degradation of target proteins. The aim of this study was to identify the impact of USP8 mutations on proteins that are deregulated in MC. It also investigates whether there are links between clinical data in patients with known mutation status. For the analysis of the clinical data, patients who underwent transsphenoidal surgery at the University Hospital Hamburg, Würzburg or Erlangen between 1997 and 2016 were included. The data were evaluated from 125 different patients with 127 corticotropic tumors (34 USP8 mutated, 93 USP8 WT). From the above-mentioned patient collective of ACTH-producing tumors for the evaluation of the clinical data, we had a total of samples of 78 of these tumors for immunohistochemical staining. In addition, further samples of pituitary adenomas and normal pituitary glands were dyed and examined as a comparison group. A total of 111 pituitary adenomas and 5 normal pituitary glands were examined. The deregulated proteins already associated with MC (USP8, EGFR, P27/Kip1, Cyclin E, CRHR1,AVPR1b, TR4, HSP90, CREB, pCREB, PKA) were investigated immunohistochemically. While in THE USP8 mutated tumors, the patients were 100% female, the relative frequency of women in the WT tumors yielded only 62%. Patients with USP8 mutation were on average 10 years younger in THE MC's ED than those of WT The basal preoperative cortisol levels were significantly higher in mutated tumors, and ACTH levels showed similar levels in WT and mutated pituitary denomas. The tumor size was significantly smaller in the USP8 mutated adenomas. While the invasive rate of the tumors was similar, the WT adenomas were significantly more likely to have subtotal resection of the tumor than the mutant Tumors. The recurrence rate did not show a significant difference. While most of the proteins studied using immunohistochemistry showed no difference in expression between USP8 mutated and WT tumors, the cell cycle inhibitor p27/Kip1 was significantly reduced in mutated tumors. In contrast, the chaperone HSP90 was more strongly expressed in the nucleus and the phosphorylation of the transcription factor CREB was increased in mutated tumors compared to WT . This suggests that p27/Kip1, HSP90 and pCREB are direct or indirect target proteins of USP8 and could therefore be potential targets for therapeutic approaches in patients with MC.

Adrenal Cushing’s Syndrome (CS) is a rare but life-threatening disease and therefore it is of great importance to understand the pathogenesis leading to adrenal CS. It is well accepted that Protein Kinase A (PKA) signalling mediates steroid secretion in adrenocortical cells. PKA is an inactive heterotetramer, consisting of two catalytic and two regulatory subunits. Upon cAMP binding to the regulatory subunits, the catalytic subunits are released and are able to phosphorylate their target proteins. Recently, activating somatic mutations affecting the catalytic subunit a of PKA have been identified in a sub-population of cortisol-producing adenomas (CPAs) associated with overt CS. Interestingly, the PKA regulatory subunit IIb has long been known to have significantly lower protein levels in a sub-group of CPAs compared to other adrenocortical tumours. Yet, it is unknown, why these CPAs lack the regulatory subunit IIb, neither are any functional consequences nor are the underlying regulation mechanisms leading to reduced RIIb levels known. The results obtained in this thesis show a clear connection between Ca mutations and reduced RIIb protein levels in CPAs but not in other adrenocortical tumours. Furthermore, a specific pattern of PKA subunit expression in the different zones of the normal adrenal gland is demonstrated. In addition, a Ca L206R mutation-mediated degradation of RIIb was observed in adrenocortical cells in vitro. RIIb degradation was found to be mediated by caspases and by performing mutagenesis experiments of the regulatory subunits IIb and Ia, S114 phosphorylation of RIIb was identified to make RIIb susceptible for degradation. LC-MS/MS revealed RIIb interaction partners to differ in the presence of either Ca WT and Ca L206R. These newly identified interaction partners are possibly involved in targeting RIIb to subcellular compartments or bringing it into spatial proximity of degrading enzymes. Furthermore, reducing RIIb protein levels in an in vitro system were shown to correlate with increased cortisol secretion also in the absence of PRKACA mutations. The inhibiting role of RIIb in cortisol secretion demonstrates a new function of this regulatory PKA subunit, improving the understanding of the complex regulation of PKA as key regulator in many cells. / Das adrenale Cushing Syndrom, ausgelöst durch ein Kortisol-sekretierendes Nebennierenadenom (CPA), ist eine potentiell letale Erkrankung mit einer geringen Inzidenz. Schon lange ist bekannt, dass der Proteinkinase A (PKA)-Signalweg maßgeblich die Sekretion von Steroidhormonen in der Nebenniere reguliert. In ihrer inaktiven Form ist die PKA ein Heterotetramer aus zwei katalytischen und zwei regulatorischen Untereinheiten, welches über die Bindung des second messengers cAMP und die daraus resultierende Konformationsänderung aktiviert wird. Kürzlich wurden in etwa 40 % der CPAs, somatische Mutationen in der katalytischen Untereinheit a (Ca) der PKA identifiziert. Diese Mutation verhindert die Bindung der regulatorischen Untereinheiten, was zu einer konstitutiven Aktivierung des PKA-Signalwegs führt. Unabhängig davon war bereits einige Jahre zuvor erkannt worden, dass in einem Teil der CPAs die regulatorische Untereinheit IIb (RIIb) der PKA in geringerem Maße exprimiert wird. Ein Zusammenhang zwischen dieser verringerten Proteinmenge an RIIb und den Mutationen in Ca war bisher nicht bekannt. In dieser Dissertation konnte gezeigt werden, dass zwischen den Mutationen in Ca und der verringerten Proteinmenge von RIIb in CPAs, jedoch nicht in anderen Tumorentitäten der Nebenniere, ein klarer Zusammenhang besteht. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass auch die Zonen der normalen Nebenniere ein spezifisches Muster der Proteinkinase A Untereinheiten exprimieren. Zusätzlich konnten in in vitro Versuchen Caspasen identifiziert werden, die maßgeblich am Abbau von RIIb beteiligt sind. Durch Mutagenese-Experimente und den Austausch der Inhibitory-Sequenzen der regulatorischen Untereinheiten RIa und RIIb, konnte die Phosphorylierung von Ser114 an RIIb als essentiell für den Abbau identifiziert werden. Darüber hinaus wurden mittels LC-MS/MS neue RIIb Interaktionspartner in Zellen der Nebennierenrinde identifiziert, die sich in der An-oder Abwesenheit der Ca L206R Mutante unterscheiden. Ferner konnte für RIIb eine inhibierende Rolle, speziell in der Kortisol-Sekretion von Nebennierenrindenzellen, gezeigt werden. Dies stellt eine bislang unbekannte Funktion von RIIb dar, die das Verständnis der komplexen Regulierung von PKA als Schlüsselregulator in vielen Zellen verbessert.

Protein kinase A (PKA) is the main effector of cyclic-adenosine monophosphate (cAMP) and plays an important role in steroidogenesis and proliferation of adrenal cells. In a previous study we found two mutations (L206R, 199_200insW) in the main catalytic subunit of protein kinase A (PKA C) to be responsible for cortisol-producing adrenocortical adenomas (CPAs). These mutations interfere with the formation of a stable holoenzyme, thus causing constitutive PKA activation. More recently, we identified additional mutations affecting PKA C in CPAs associated with overt Cushing syndrome: S213R+insIILR, 200_201insV, W197R, d244 248+E249Q, E32V. This study reports a functional characterization of those PKA Cmutations linked to CPAs of Cushing’s patients. All analyzed mutations except for E32V showed a reduced interaction with at least one tested regulatory (R) subunit. Interestingly the results of the activity differed among the mutants and between the assays employed. For three mutants (L206R, 199_200insW, S213R+insIILR), the results showed enhanced translocation to the nucleus. This was also observed in CRISPR/Cas9 generated PRKACA L206R mutated HEK293T cells. The enhanced nuclear translocation of this mutants could be due to the lack of R subunit binding, but also other mechanisms could be at play. Additionally, I used an algorithm, which predicted an effect of the mutation on substrate specificity for four mutants (L206R, 199_200insW, 200_201insV, d244 248+E249Q). This was proven using phosphoproteomics for three mutants (L206R, 200_201insV, d244 248+E249Q). In PRKACA L206R mutated CPAs this change in substrate specificity also caused hyperphosphorylation of H1.4 on serine 36, which has been reported to be implicated in mitosis. Due to these observations, I hypothesized, that there are several mechanisms of action of PRKACA mutations leading to increased cortisol secretion and cell proliferation in adrenal cells: interference with the formation of a stable holoenzyme, altered subcellular localization and a change in substrate specificity. My data indicate that some PKA C mutants might act via just one, others by a combination of these mechanisms. Altogether, these findings indicate that several mechanisms contribute to the development of CPAs caused by PRKACA mutations. Moreover, these findings provide a highly illustrative example of how alterations in a protein kinase can cause a human disease. / Proteinkinase A (PKA) ist der Haupteffektor von cyclischem Adenosinmonophosphat (cAMP) und spielt eine wichtige Rolle bei der Synthese von Steroiden und der Proliferation von Nebennierenzellen. In einer vorangegangenen Studie fanden wir zwei Mutationen (L206R, 199_200insW) der wichtigsten katalytischen Untereinheit von PKA (PKA C), die für Kortisol sekretierende Nebennierenrindenadenome (CPAs) verantwortlich sind. Diese Mutationen stören die Bildung eines stabilen Holoenzyms und verursachen somit eine dauerhafte PKA Aktivierung. Vor Kurzem fanden wir weitere Mutationen der PKA C in CPAs von Patienten mit Cushing Syndrom: S213R+insIILR, 200_201insV, W197R, d244 248+E249Q, E32V. In dieser Arbeit wurde eine funktionelle Charakterisierung dieser PKA C Mutanten, die im Zusammenhang mit CPAs von Cushing Patienten stehen, durchgeführt. Alle PKA Mutanten, mit Ausnahme von E32V, zeigten eine reduzierte Interaktion mit mindestens einer getesteten regulatorischen (R) Untereinheit. Interessanterweise hatten die Mutanten unterschiedliche Effekte auf die Aktivität der Kinase. Zusätzlich hatte die Analysemethode ebenfalls Einfluss auf die Aktivität der Mutanten. Für drei Mutanten (L206R, 199_200insW, S213R+insIILR) zeigten die Ergebnisse eine verstärkte Translokation der C Untereinheit in den Zellkern. Dies wurde auch in HEK293T Zellen bestätigt, in deren PRKACA Gen mittels CRISPR/Cas9 die L206R Mutation eingeführt wurde. Diese erhöhte Translokation kann durch die fehlende Bindung zur R Untereinheit erklärt werden, aber auch andere Mechanismen könnten eine Rolle spielen. Außerdem zeigten die Ergebnisse eine Veränderung der Substratspezifität, die für vier Mutanten durch einen Algorithmus vorausberechnet wurde (L206R, 199_200insW, 200_201insV, d244-248+E249Q). Für drei dieser Mutanten (L206R, 200_201insV, d244 248+E249Q) wurde dieses Ergebnis mittels Phosphoproteomics nachgewiesen. Diese Änderung der Substratspezifität verursacht in PRKACA L206R mutierten CPAs auch eine Hyperphosphorylierung von H1.4 an Serin 36, welches eine wichtige Rolle in der Zellteilung spielt. Meine Ergebnisse weisen darauf hin, dass es mehrere Wirkungsmechanismen von PRKACA Mutationen gibt, die zu einer erhöhten Sekretion von Kortisol und Zellproliferation in Nebennierenzellen führen: Störung der Bildung eines stabilen Holoenzyms, Änderung der subzellulären Lokalisation und eine Veränderung der Substratspezifität. Meine Ergebnisse weisen darauf hin, dass einige PKA C-Mutanten durch nur einen, andere durch eine Kombination dieser Mechanismen wirken. Insgesamt zeigen diese Ergebnisse, dass PRKACA Mutationen durch mehrere Mechanismen zur Entwicklung von CPAs beitragen. Darüber hinaus liefern diese Ergebnisse ein anschauliches Beispiel dafür, wie Mutationen in einer Proteinkinase eine menschliche Krankheit verursachen können.

Morbus Cushing ist die häufigste Ursache für endogenes Cushing-Syndrom und führt auf Grund eines kortikotropen Hypophysenadenoms zu einem Glucocorticoid Überschuss und wiederum zu einer hohen Morbidität und Mortalität. Die Ursache hierfür sind unter anderem somatische Mutationen in den Deubiquitinasen USP8 und USP48. Das Ziel dieser Arbeit war es mittels der CRISPR/Cas9-Methode, die Mutationen USP8 und USP48 in Zelllinien zu etablieren und diese für Cushing-Syndrom Analysen zu verwenden. Hierfür wurden in dieser Arbeit gRNAs für USP8 und USP48 designt, welche anschließend in die humane embryonale Zelllinie HEK293AD Zellen transfiziert wurden. Diese Zellen wurden zu monoklonalen Zellen vereinzelt. Ziel war einen Knock-out von USP8 bzw. USP48 zu generieren. Es konnte ein erfolgreicher Zellklon generiert werden mit einem Knock-out von USP48. Ebenfalls konnte ein Genomediting von USP8 in Exon 20 durchgeführt werden. Zusammenfassend konnte die CRISPR/Cas9 Methode für ein M. Cushing-Zellmodells etabliert und eine gute Ausgangsbasis für weitere Experimente (z.B. ein gezielter Knock-in von USP8- und USP48- Mutationen) generiert werden. / Cushing disease (CD) is the most common reason for endogenous Cushing syndrome (CS). It is caused by corticotrope adenoma of the pituitary resulting in hypercortisolism that is associated with high morbidity and mortality. One of the underlying reasons are the activating mutations of the deubiquitinase USP8 and USP48. The objective of this work was to establish the USP8 and USP48 mutations in cell lines by the CRISPR/Cas9 method in order to use them for further CS analyses. Therefore, we designed gRNAs against USP8 and USP48 which were transfected into the human embryonal cell line of HEK293AD cells. Those cells were separated to generate monoclonal cell lines entailing the knock-out of either USP8 or USP48. We successfully provided a cell clone with a knock-out of USP48. Furthermore, we were able to edit the genome of USP8 in exon 20. In summary we were able to establish the CRISPR/Cas9 method for a CD cell model and provided a good baseline for further experiments (i.e., creating a knock-in of USP8 and USP48 mutations).

Glucocorticoids are well known for altering bone structure and elevating fracture risk. Nevertheless, there are very few reports on pelvic ring fractures, compared to other bones, especially with a predominantly ligamentous insufficiency, resulting in a rotationally unstable pelvic girdle.We report a 39-year-old premenopausal woman suffering from an atraumatic symphysiolysis and disruption of the left sacroiliac joint. She presented with external rotational pelvic instability and immobilization. Prior to the injury, she received high-dose glucocorticoids for a tentative diagnosis of rheumatoid arthritis over two months. This diagnosis was not confirmed. Other causes leading to the unstable pelvic girdle were excluded by several laboratory and radiological examinations. Elevated basal cortisol and adrenocorticotropic hormone levels were measured and subsequent corticotropin-releasing hormone stimulation, dexamethasone suppression test, and petrosal sinus sampling verified the diagnosis of adrenocorticotropic hormonedependent Cushing’s disease. The combination of adrenocorticotropic hormone-dependent Cushing’s disease and the additional application of exogenous glucocorticoids is the most probable cause of a rare atraumatic rotational pelvic instability in a premenopausal patient. To the authors’ knowledge, this case presents the first description of a rotationally unstable pelvic ring fracture involving a predominantly ligamentous insufficiency in the context of combined exogenous and endogenous glucocorticoid elevation.

Der niedrig dosierte Dexamethason-Suppressionstest (LDDST) wird als Screeningverfahren in der Diagnostik des Cushing-Syndroms angewendet. Allerdings können Faktoren wie die variable Resorption, sowie ein gesteigerter Metabolismus von Dexamethason die Testergebnisse beeinflussen und zu falsch positiven Resultaten führen. Ein falsch positives Testresultat wird hierbei insbesondere bei adipösen Patienten häufiger beobachtet. In der vorliegenden Arbeit wurde daher der Einfluss des Körpergewichts auf das Ergebnis des Dexamethason-Suppressionstestes (DST) untersucht. Hierzu wurden hospitalisierte Patienten und ein aus gesunden Probanden bestehendes Kontrollkollektiv rekrutiert und diese einem regulären LDDST unterzogen. Es konnte gezeigt werden, dass übergewichtige Menschen im Rahmen des DST signifikant niedrigere Dexamethasonwerte erreichen als normalgewichtige Personen. Es ist daher davon auszugehen, dass Unterschiede im Body-Mass-Index (BMI) Einfluss auf die Resorptionsrate und den Metabolismus von Dexamethason nehmen und daraus resultierend die Serum-Dexamethasonspiegel wesentlich verringern können. Diese Prozesse scheinen allerdings keinen nachhaltigen Einfluss auf die Cortisolsuppression im DST zu haben, da die Cortisolwerte nach Dexamethasongabe zwischen adipösen und nicht adipösen Testpersonen nicht signifikant differierten. Diese Ergebnisse belegen, dass ein Zusammenhang zwischen BMI-Unterschieden und der Dexamethasonkinetik im LDDST besteht. Die erniedrigten Dexamethasonspiegel bei übergewichtigen Patienten scheinen hierbei insbesondere durch das wesentlich höhere Verteilungsvolumen und durch Unterschiede im hepatogenen Metabolismus bedingt zu sein. Trotz der erniedrigten Dexamethasonwerte bleibt die Feed-Back-Sensitivität der Hypothalamus-Hypophysen-Nebennieren-Achse (HHNA) auch bei Adipositas erhalten, weshalb der LDDST als zuverlässiges Screeningverfahren bei adipösen Patienten mit Verdacht auf Cushing-Syndrom einzustufen ist.

Glucocorticoids are well known for altering bone structure and elevating fracture risk. Nevertheless, there are very few reports on pelvic ring fractures, compared to other bones, especially with a predominantly ligamentous insufficiency, resulting in a rotationally unstable pelvic girdle.We report a 39-year-old premenopausal woman suffering from an atraumatic symphysiolysis and disruption of the left sacroiliac joint. She presented with external rotational pelvic instability and immobilization. Prior to the injury, she received high-dose glucocorticoids for a tentative diagnosis of rheumatoid arthritis over two months. This diagnosis was not confirmed. Other causes leading to the unstable pelvic girdle were excluded by several laboratory and radiological examinations. Elevated basal cortisol and adrenocorticotropic hormone levels were measured and subsequent corticotropin-releasing hormone stimulation, dexamethasone suppression test, and petrosal sinus sampling verified the diagnosis of adrenocorticotropic hormonedependent Cushing’s disease. The combination of adrenocorticotropic hormone-dependent Cushing’s disease and the additional application of exogenous glucocorticoids is the most probable cause of a rare atraumatic rotational pelvic instability in a premenopausal patient. To the authors’ knowledge, this case presents the first description of a rotationally unstable pelvic ring fracture involving a predominantly ligamentous insufficiency in the context of combined exogenous and endogenous glucocorticoid elevation.