Das Klasse II Tumorsuppressor-Gen H-REV107-1, ist in normalen Geweben ubiquitär exprimiert, zeigt jedoch häufig Expressionsverluste, vorzugsweise in Tumoren des Brustgewebes, des Ovars und der Lunge. Das H-REV107-1 Protein wirkt in vitro und in vivo als Wachstumssuppressor. Um den Mechanismus der H-REV107-1 bedingten Wachstumshemmung zu verstehen, haben wir mit Hilfe des LexA-basierten Hefe-2-Hybrid Systems interagierende Proteine identifiziert. Diese Suche wurde mit einem H-REV107-1 Deletionskonstrukt durchgeführt, dem die Membran-bindende Domäne fehlte. Diese Analyse lieferte eine Vielzahl von potentiellen Interaktionspartnern, darunter der Retinsäure Rezeptor RARG, das Calcium-bindende Proteine S100A6, der Translations-Elongationsfaktor ETF und das weitgehend unbekannte Protein p14.5 Die Bindungen des H-REV107-1 Proteins an die beiden potentiellen Kandidaten, den Transkriptionsfactor PC4 und die regulatorische Untereinheit der Protein Phosphatase 2A (PR65), wurden genauer untersucht. Wir haben dabei einen Proteinkomplex aus H-REV107-1, PC4 und STAT1 (Signal Transducer and Activator of Transcription 1) identifiziert, der vermutlich eine Rolle in der IFNgamma - abhängigen Wachstumshemmung in Ovarialkarzinom Zellen spielt. Da sich die Expression des H-REV107-1 Gens durch IFNgamma über den Transkriptionsfaktor IRF-1 stimulieren läßt, und in verschiedenen Zelllinien sowohl zur Hemmung des Wachstums, als auch zur Apoptose führt, vermuteten wir verschiedene Mechanismen der Wachstumshemmung durch den IFNgamma-Signalweg und H-REV107-1. Weitere Analysen der H-REV107-1 - vermittelten Apoptose zeigten, daß die Interaktion zwischen H-REV107-1 und PR65 eine wichtige Rolle in diesem Prozeß spielt. Um die Proteindomäne zu identifizieren, welche für die direkte Wechselwirkung von H-REV107-1 mit PR65 verantwortlich ist, wurden H-REV107-1 Mutanten generiert und mittels Co-Immunpräzipitation getestet. Die Prolin-reiche Sequenz am N-Terminus des H-REV107-1 Proteins konnte als verantwortliche Domäne für die Interaktion bestimmt werden. Die funktionelle Analyse dieser Interaktion zeigte die Hemmung der Protein Phosphatase 2A (PP2A) Aktivität in Ovarialkarzinom Zellen durch H-REV107-1. Der Einsatz der Mutanten im Phosphatase-Aktivitätstest zeigte, daß die selbe Domäne, die die Interaktion vermittelt, auch für die Hemmung der Phosphatase 2A verantwortlich ist. Diese Fakten deuteten auf eine wichtige Rolle der Phosphatase 2A in Ovarialkarzinom Zellen hin, weil sowohl die Verwendung des PP2A Inhibitors (Okadainsäure), als auch die Transfektion der Zellen mit einem H-REV107-1 - Expressionsplasmid zur Apoptose führten. Damit konnten wir zeigen, daß PP2A für das Überleben der Ovarialkarzinomzellen notwendig ist, und die Reaktivierung des H-REV107-1 Proteins durch IFNgamma zur Hemmung der Phosphatase und damit zur Apoptose führt. / The H-REV107-1 class II tumor suppressor gene is ubiquitously expressed in normal tissues and down-regulated in human breast, ovarian and lung tumours. H-REV107-1 has the capacity to suppress growth of tumour cells in vitro and in vivo. To understand the mechanism of H-REV107-1 mediated growth suppression I performed a search for H-REV107-1 interacting proteins using a LexA-based yeast two-hybrid system. I screened a human kidney cDNA library with a truncated form of the H-REV107-1 as a bait. This analysis revealed numerous potential interaction partners. Among them the retinoic acid receptor gamma (RARG), the calcium-binding protein S100A6, the translation termination factor ETF1, and the potential translational inhibitor protein P14.5. The interaction of H-REV107-1 with the transcriptional co-activator PC4 and with the regulatory subunit A of protein phosphatase 2A (PR65) was analysed in detail. H-REV107-1 binds ectopically expressed and endogenous PC4. In addition, a multiprotein complex between H-REV107-1, PC4 and the signal transducer and activator of transcription 1 (STAT1) was demonstrated. This complex is likely to be involved in IFNgamma-mediated growth suppression of ovarian carcinoma cells. Endogenous H-REV107-1 can be induced after application of IFNgamma through the IRF-1 transcription factor. This up-regulation of H-REV107-1 leads either to growth suppression via a G1 arrest or to apoptosis depending on the cell line, suggesting different mechanisms of IFNgamma-, and H-REV107-1- mediated growth suppression. Further investigation of the mechanism of H-REV107-1-dependent apoptosis revealed an important role of the interaction between H-REV107-1 and the PR65 protein. The use of several H-REV107-1 mutant proteins generated after disruption of the highly conserved domains identified the proline-rich N-terminal domain responsible for the interaction with PR65 in Co-immunoprecipitation studies. Functional investigation of the H-REV107-1 - PR65 interaction demonstrated that wild-type H-REV107-1 is able to inhibit PP2A activity, however a mutant protein lacking the N-terminal domain was devoid of this function. We sought to identify the functional relevance of the PP2A activity in ovarian carcinoma cells with normally have suppressed the H-REV107-1 gene. Treatment of OVCAR-3 cells with the PP2A inhibitor Okadaic acid and transient transfection of the cells with wild-type H-REV107-1 resulted in the activation of caspase-9, suggesting a role for PP2A in the survival of ovarian carcinoma cells. We suggest, that the down-regulation of H-REV107-1 in ovarian carcinomas is a prerequisite for the PP2A-dependent activation of yet unknown signalling pathways mediating tumour cell survival. Reactivation of H-REV107-1 gene expression via IFNgamma leads to the inhibition of PP2A activity and tumour cell death.

Das Gen H-rev107 wurde mit einer subtraktiven cDNS-Bibliothek zwischen H-ras-transformierten und H-ras-resistenten Fibroblasten isoliert. Es wurde als ein Klasse II Tumorsuppressorgen bezeichnet, dessen Expression die H-ras-induzierte maligne Transformation unterdrückt. Weitere Untersuchungen zeigten die Existenz einer Genfamilie mit dem Gen H-rev107-1 auf Chromosom 11q11-12 und H-rev107-2/TIG3/RARRES3 auf 11q23. Die Induzierbarkeit in epithelialen Zellen durch Interferon-gamma (H-rev107-1) und Retinoide (H-rev107-2) legten eine Beteiligung der Expression beider Gene bei der Regulation der Hämatopoese nahe. In der vorliegenden Arbeit wurde mittels RT-PCR in 8/15 Patientenproben (10 AML, 5 ALL) eine Expression von H-rev107-2 gefunden. H-rev107-2 wurde durch IFN-gamma in 14/14 Proben und durch all-trans Retinsäure (ATRA) in 5/15 Proben induziert. In Zelllinien maligner hämatopoetischer Erkrankungen konnte mit RT-PCR und Northern-Blot-Analysen bei CEM eine deutliche, bei Raji und HL-60 eine schwache Expression und bei NB-4, U937, K562 und Jurkat keine Expression von H-rev107-2 nachgewiesen werden. In allen 7 Zelllinien konnte H-rev107-2 durch IFN-gamma induziert werden. Die Induzierbarkeit durch ATRA und IFN-alpha war Zelllinien abhängig. Die stärkste Induktion durch ATRA erfolgte bei der akuten Promyelozytenleukämie-Zelllinie NB-4. Eine Induktionskinetik erbrachte eine H-rev107-2-Expression frühestens nach 4 h Inkubation mit IFN-gamma oder ATRA. Die Inhibition des MAPK-Signalwegs durch den MEK-Inhibitor PD098059 und des Signaltransduktors JAK2 durch AG490 hatte bei den myeloischen Zelllinien weder Einfluss auf die H-rev107-2-Expression noch auf die H-rev107-2-Induktion durch IFN-gamma oder ATRA. Die Expression von H-rev107-1 konnte bei U937, CEM und K562 gezeigt werden, wogegen die RT-PCR-Analysen bei NB-4, HL-60, Raji und Jurkat sowie bei 8 Patientenproben (6 AML, 2 ALL) keine H-rev107-2-Transkripte nachwiesen. Eine schwache Induktion von H-rev107-1 konnte nur bei den Zelllinien NB-4 durch ATRA und IFN-gamma und bei K562 durch IFN-gamma und IFN-alpha erzielt werden. Zusammenfassend legen die Ergebnisse dieser Arbeit eine Beteiligung von H-rev107-2/TIG3/RARRES3 bei der Regulation der Hämatopoese als ein mögliches Interferon- und ATRA-Target nahe. / The H-rev107 gene has been isolated by cDNA subtraction from a cell culture model of H-ras transformed fibroblasts. It was characterized as a class II tumor suppressor gene confering resistance to H-ras induced transformation. Further investigation has demonstrated the presence of a human gene family with H-rev107-1 localized on chromosome 11q11-12 and H-rev107-2/TIG3/RARRES3 on 11q23. Inducibility of the genes in epithelial cells by interferon-gamma (H-rev107-1) and retinoids (H-rev107-2) has suggested that expression of the H-rev107 genes might be relevant in hematopoesis. In the present study RT-PCR analysis revealed an expression of H-rev107-2 in 8/15 samples of leukaemic blasts derived from patients suffering from acute leukaemias (10 AML, 5 ALL). H-rev107-2 was induced upon incubation with IFN-gamma ?in 14/14 samples and with ATRA in 5/15 samples. In cell lines derived from myeloid and lymphoid tumors an expression of H-rev107-2 was found in CEM (strong), Raji and HL-60 (both weak), whereas in NB-4, U937, K562 and Jurkat no H-rev107-2 transcripts were detected by RT-PCR and Northern Blot analysis. In all cell lines H-rev107-2 could be strongly induced by IFN-gamma. Inducibility of H-rev107-2 upon treatment with IFN-alpha or ATRA was dependent on the type of cell line. In contrast to the weak effect seen in the myeloblastic cell line HL-60 a strong induction of H-rev107-2 by ATRA occurred in the acute promyelocytic leukaemia cell line NB-4. Transcripts of H-rev107-2 in NB-4 were detected at the earliest after 4 h incubation with ATRA or IFN-gamma. Inhibition of the MAPK-pathway by the MEK-inhibitor PD089059 or the signal transducer JAK2 by AG490 had neither influence on the H-rev107-2 expression nor on the IFN-gamma- and ATRA-dependent H-rev107-2 induction. H-rev107-1 expression was detectable in U937, CEM and K562, whereas RT-PCR analysis of the other cell lines and of 8 samples of primary leukaemic blasts (6 AML, 2 ALL) revealed no H-rev107-1 expression. An induction of H-rev107-1 occurred exclusively in NB-4 by ATRA and IFN-gamma and in K562 by IFN-gamma and IFN-alpha? to a weak extend. In conclusion, this work revealed a likely involvement of the class II tumor suppressor gene H-rev107-2/TIG3/RARRES3 in the regulation of hematopoesis being a potential IFN and ATRA target.

Die Entstehung und Progression maligner Tumoren ist ein mehrstufiger Prozeß, der auf einer Vielzahl genetischer Alterationen beruht. Essentielle Schritte sind die Aktivierung von Proto-Onkogenen und die Inaktivierung von Tumor-Suppressorgenen. Infolge dessen können die Zellen unabhängig von externen Wachstumssignalen ungebremst proliferieren, die Apoptose wird gehemmt, die Angiogenese wird aktiviert, und es kommt schließlich zur Metastasierung. Zu den bekanntesten Proto-Onkogenen, die in humanen Tumoren aktiviert werden, gehören die RAS Gene. Sie sind in einer Vielzahl von Tumoren mutiert und führen zu einer Stimulation der Proliferation. Um den Einfluß aktivierter RAS Onkogene auf die Regulation der Genexpression zu untersuchen wurden Genexpressionsprofile in Zellkultur-Modellen und humanen Tumoren erstellt. In einem Fibroblasten- und einem Epithelzell-basierten System konnten mehrere hundert, RAS-abhängig differenziell exprimierte Genen identifiziert werden. Aufgrund der bekannten Funktionen ihrer Genprodukte spielen sie eine wichtige Rolle im Verlust der Zellzyklus-Kontrolle, der Kontrolle der Signalübertragung, in der Angiogenese-Induktion sowie in der Invasion und damit Metastasierung. Die Zusammenhänge zwischen der Aktivierung bestimmter Signalkaskaden wie z.B. Raf-Mek-Erk oder PI-3K und der Expression von definierten Genmustern wurden hergestellt. Weiterhin konnte mit Hilfe von Microarray Analysen eine Vielzahl potentieller Tumormarker und Zielgene für therapeutische Intervention im Ovarialkarzinom identifiziert werden. Die Rolle der KlasseII Tumorsuppressor Gene Caveolin-1 und H-REV107-1 in humanen Ovarialkarzinomen wurde detailliert untersucht und ihre Rolle in der Regulation des Zellüberlebens nachgewiesen. Caveolin-1, ein negativer Regulator der RAS-abhängigen Signalübertragung, wird in über 80% der untersuchten humanen Ovarialkarzinome gehemmt. Hierbei spielen epigenetische Mechanismen eine Rolle, die jedoch nicht Caveolin-1 selbst, sondern einen unbekannten Regulator des Caveolin-1 Gens betreffen. Das H-REV107-1 Gen, ein Wachstumsregulator mit unbekannter Funktion wird in ca. 50% der untersuchten Ovarialkarzinome nicht mehr exprimiert. Ähnlich wie bei Caveolin-1, führt eine gezielte Expression des Gens in Tumorzellen zur Apoptose. Die Suche nach Interaktionspartnern des H-REV107-1 Gens führte zur Identifizierung der ubiquitär exprimierten Phosphatase2A (PP2A). Die Bindung zwischen H-REV107-1 und PP2A wurde weiter charakterisiert und ihre Rolle in der H-REV107-1 vermittelten Apoptose analysiert. / Development and progression of human tumours is a multistep process depending on numerous genetic alterations. Essentiell steps herein are the mutational activation of oncogenes and the inactivation of tumour suppressor genes. As a result of these alterations, the cells acquire the potential of unlimited growth independent of external growth factor signals, apoptosis is diminished, angiogenesis is stimulated and finally metastasis can occur. Among the best known proto-oncogenes, mutated in a number of human tumours, are the RAS genes. To investigate the role of RAS oncogenes in transformation-related transcriptional alterations, expressionsprofiling was performed from cell culture models and human tumours. Several hundred genes were identified to be de-regulated in a RAS-dependent manner in a fibroblast and an epithelial cell-based model. The protein products encoded by these genes play important roles in the loss of cell cycle control, control of signal transduction, angiogenesis induction as well as invasion and metastasis. Groups of de-regulated genes could be assigned to distinct signaling pathways such as the Raf-Mek-Erk or the PI-3 kinase dependent pathways. In addition, a number of potential tumour markers and potential target structures for therapeutic intervention were identified in ovarian carcinomas with the help of microarray studies. The role of the class II tumor suppressor genes Caveolin-1 and H-REV107-1 in human ovarian carcinomas was further investigated and their role in the regulation of cell survival was demonstrated. Caveolin-1, a negative regulator of RAS-dependent signal transduction, is supressed in more than 80% of the ovarian carcinomas analysed. This suppression is mediated by epigenetic mechanisms which due not target Caveolin-1 itself but an unknown regulator of the Caveolin-1 gene. The H-Rev107-1 gene, a growth regulator with unknown function, is no longer expressed in nearly 50% of the ovarian carcinomas analysed. Similar to Caveolin-1, also re-expression of H-REV107-1 results in apoptosis in the tumour cells. The search for proteins interacting with H-REV107-1 led to the identification of the ubiquitously expressed phosphatase 2A (PP2A). The interaction between H-REV107-1 and PP2A was further characterised and its role in the H-REV107-1 mediated apoptosis investigated.

H-REV107-1 wird in normalen Geweben ubiquitär exprimiert, während die Expression in humanen Mamma-, Ovarial-, und Lungentumoren unterdrückt ist. H-REV107-1 hemmt das Tumorwachstum in vitro und in vivo. Die Expression und Regulation des H-REV107-1 Gens wurde in verschiedenen, humanen Zelllinien untersucht. In Tumor Zelllinien wird die H-REV107-1 Expression durch IFNgamma induziert Eine Korrelation der H-REV107-1 und der IRF1 Expression nach Induktion mit IFNgamma wurde gezeigt. H-rev107-1 konnte nach konditionaler IRF1 Expression, Proteinsynthese-unabhängig, nachgewiesen werden und ist ein direktes Zielgen von IRF1. Die H-rev107-1 Expression ließ sich durch Unterdrückung des MEK/ERK Signalwegs mit dem MEK1 Inhibitor PD98059 aktivieren. Dies bedeutet, dass H-REV107-1 durch mindestens zwei verschiedene Signalwege, IFNgamma und MEK/ERK, reguliert wird. Der in vitro amplifizierte H-REV107-1 Promoter enthält keine TATA-Box, sondern ein Initiator Element sowie, in dem für eine TATA-Box definierten Abstand, eine ATF2 Bindungsstelle. Die Inkubation von transient transfizierten Zellen mit TNF alpha, cAMP und IFN gamma steigerte die Luciferase Aktivität. Mit Hilfe von Deletions- und Mutationskonstrukten wurden die regulatorischen Bereiche des Promoters bestimmt. Eine Mutation der cRel-Bindungsstelle, potentiell über NFkappaB reguliert, resultierte in einer Luciferase Aktivität von nur 9% des Wildtyp Promoters. Die Mutation der CREB/ATF2 Bindungsstelle reduzierte die Luciferase Aktivität auf 37%. Die Ko-Transfektion eines NFkappaB Suppressor reduzierte die Luciferase Aktivität um 53%. Diese Ergebnisse legen nahe, dass NFkappaB und ATF2 die H-REV107-1 Expression positiv regulieren. In einem EMSA wurde die Bindung von ATF2 an die CREB/ATF-2 Bindungsstelle gezeigt. Die Ergebnisse lassen vermuten, dass H-REV107-1 durch eine IFNgamma induzierte, möglicherweise PKR vermittelte, Signalkette von den Faktoren IRF1 und ATF2 direkt, sowie von NFkappaB indirekt, reguliert wird. / The H-REV107-1 class II tumor suppressor gene is ubiquitously expressed in normal tissues and down regulated in human breast, ovarian and lung tumors. H-REV107-1 has the capacity to suppress growth of tumor cells in vitro and in vivo. H-REV107-1 is up regulated after treatment with IFN gamma. A NIH3T3 cell line harboring an estrogen inducible IRF.1/hER fusion protein showed a protein synthesis independent up regulation of H-rev107-1 expression after induction of IRF-1. H-rev107-1 is a direct target of IRF-1. Inhibition of the MEK/ERK pathway, using the MEK1 inhibitor PD 98059, leads to a restored expression of H-rev107-1. Therefore, H-REV107-1 can be a target of the MEK/ERK-pathway. Thus, H-REV107-1 is regulated by at least two different pathways. To understand the regulatory mechanisms of the expression of the H-REV107-1 gene, the putative promoter region was analyzed in silico. The sequence was amplified and cloned. Induction of the promoter constructs with TNF alpha, cAMP and IFN gamma increased the luciferase activity. Several deletions constructs and constructs with putative transcription factor binding sites mutated were used to narrow down the important regulatory elements of the promoter. The mutations of a cRel binding site and a CREB/ATF-2 binding site decreased the luciferase activity by 91% and 63%, respectively. Co transfection of the full length promoter construct with a repressor of NFkappaB activation, reduced the luciferase activity to 47%. As a result of the investigation H-REV107-1 is directly regulated by IRF-1 and probably indirectly regulated by NFkappaB and the MEK/ERK signaling pathway. In an Electro Mobility Shift Assay (EMSA), the binding of ATF-2 to the CREB oligonucleotid was demonstrated by the use of a specific antibody. The ATF.2 binding site in the posititon –30 bp - 23 bp of the human, TATA-less H-REV107-1 promoter replaces the TATA-like element, which can be found in the H-rev107-1 promoter of rat and mouse.