1 / Rongrong Zhang

Die evolutionär konservierten morphogenen Signalwege Wnt/β-Catenin und Hedgehog (Hh) spielen vor allem in der Embryogenese, Zelldifferenzierung und Kanzerogenese eine große Rolle. Es ist bekannt, dass es zwischen Komponenten der beiden Signalkaskaden zu verschiedensten Wechselwirkungen und Hintergrundreaktionen in unterschiedlichsten Organismen und Geweben kommt. Ziel dieser Arbeit war die Aufklärung einzelner mole- kularer, transkriptioneller Prozesse hinter diesen Kreuzreaktionen in primären Hepatozyten und dem Hepatozellulären Karzinom. Dafür sind die beiden Signalwege durch verschiedenste Einflüsse, wie dem Einsatz von siRNAs, transgenen Mausmodellen und rekombinanten Proteinen gegen einzelne Faktoren der Hedgehog, aber auch der Wnt/β-Catenin Kaskade in ihrer Genexpression verändert und die Reaktionen der Signalwegskomponenten mittels der quantitativen Real-Time-PCR untersucht worden. Neben dem Organismus Maus haben einzelne vergleichende Experimente auch auf der humanen Ebene zum Erkenntnisgewinn beigetragen. Durch die Einflussnahme auf den Hedgehog Signalweg in murinen Hepatozyten wird deutlich, dass die Antworten auf die einzelnen Veränderungen in den Signalkaskaden sehr vielschichtig und umfangreich sind. Abhängig vom induzierten bzw. reprimierten Gen, aber auch vom gelenkten Signalweg variieren die Genexpressionen auf unterschiedlichste, und zum Teil gegenläufige Weise. Ferner wird deutlich, dass es zu Unterschieden in der Genantwort bezüglich der verschiedenen Organismen Maus und Mensch, aber auch zu Variationen der Interaktionen in den diversen Gewebe bzw. Zelltypen kommt.

Das Ansprechen primärer Rektumkarzinome auf eine präoperative Radiochemotherapie ist äußerst heterogen. Resistente Karzinome stellen aufgrund der schlechteren Prognose ein großes klinisches Problem dar. Ziel ist daher eine Individualisierung der Therapie und die Identifikation neuer therapeutischer Angriffspunkte, um resistente Tumoren für die Therapie zu sensibilisieren. In vorangegangenen Studien konnte gezeigt werden, dass zwischen Respondern und Nonrespondern TCF4, ein Transkriptionsfaktor des Wnt/β-Catenin-Signalwegs, differentiell exprimiert ist. Zudem führt die Herunterregulation von TCF4 in kolorektalen Karzinomzelllinien zu einer Radiotherapiesensibilisierung. Um zu untersuchen, ob es sich um eine TCF4-spezifische Beobachtung handelt oder ob der Wnt/β-Catenin-Signalweg Radiotherapieresistenz vermittelt, wurde dieser Signalweg in den Zelllinien SW480, SW837, LS1034 und RPE inhibiert. Anschließend wurde die Radiotherapieresistenz der Zellen untersucht. Die Inhibition des Wnt/β-Catenin-Signalwegs mittels siRNA gegen β-Catenin führte zu einer signifikanten Radiotherapiesensibilisierung von SW480, SW837 und LS1034. Die Behandlung von kolorektalen Karzinomzelllinien und der Normalzelllinie RPE mit dem kleinmolekularen Wnt/β-Catenin-Signalweg-Inhibitor XAV939 führte zum Teil zu einer Radiotherapiesensibilisierung. Insgesamt scheint der Wnt/β-Catenin-Signalweg eine entscheidende Rolle in der Entstehung der Radio(chemo)resistenz zu spielen und stellt somit ein potentielles therapeutisches Ziel für zukünftige Therapieansätze des Rektumkarzinoms dar. Zudem wurde dem Wnt/β-Catenin-Signalweg eine weitere biologische Bedeutung zugeordnet. Ziel zukünftiger Bemühungen ist die weitere Validierung dieser Ergebnisse, die Aufdeckung der zugrunde liegenden Mechanismen und die Übertragung in ein in-vivo-Modell.

Die evolutionär konservierten morphogenen Signalwege Wnt/β-Catenin und Hedgehog (Hh) spielen vor allem in der Embryogenese, Zelldifferenzierung und Kanzerogenese eine große Rolle. Es ist bekannt, dass es zwischen Komponenten der beiden Signalkaskaden zu verschiedensten Wechselwirkungen und Hintergrundreaktionen in unterschiedlichsten Organismen und Geweben kommt. Ziel dieser Arbeit war die Aufklärung einzelner mole- kularer, transkriptioneller Prozesse hinter diesen Kreuzreaktionen in primären Hepatozyten und dem Hepatozellulären Karzinom. Dafür sind die beiden Signalwege durch verschiedenste Einflüsse, wie dem Einsatz von siRNAs, transgenen Mausmodellen und rekombinanten Proteinen gegen einzelne Faktoren der Hedgehog, aber auch der Wnt/β-Catenin Kaskade in ihrer Genexpression verändert und die Reaktionen der Signalwegskomponenten mittels der quantitativen Real-Time-PCR untersucht worden. Neben dem Organismus Maus haben einzelne vergleichende Experimente auch auf der humanen Ebene zum Erkenntnisgewinn beigetragen. Durch die Einflussnahme auf den Hedgehog Signalweg in murinen Hepatozyten wird deutlich, dass die Antworten auf die einzelnen Veränderungen in den Signalkaskaden sehr vielschichtig und umfangreich sind. Abhängig vom induzierten bzw. reprimierten Gen, aber auch vom gelenkten Signalweg variieren die Genexpressionen auf unterschiedlichste, und zum Teil gegenläufige Weise. Ferner wird deutlich, dass es zu Unterschieden in der Genantwort bezüglich der verschiedenen Organismen Maus und Mensch, aber auch zu Variationen der Interaktionen in den diversen Gewebe bzw. Zelltypen kommt.

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第23383号 / 医博第4752号 / 新制||医||1052(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 河本 宏, 教授 髙折 晃史, 教授 金子 新 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

Background: The Wnt/β-catenin signalling pathway is activated in arrhythmogenic heart diseases such as myocardial infarction and heart failure, but it is unclear if the pathway regulates cardiac ion channels and thus may play a role in arrhythmogenesis. Previous PCR array screening from our lab showed that the transcript level of the T-type calcium channel gene Cacna1g was reduced in primary culture of neonatal rat ventricular myocytes (NRVMs) after activation of Wnt/β-catenin signalling with Wnt3a protein (100 ng/ml) or a small molecule activator of the pathway, CHIR (3 µM) (n=3, p<0.01). In this study, we examined the effects of Wnt/β-catenin signalling on T-type calcium channels (Caᴠ3.1), which play a key role in the pacemaker function of the sinoatrial node (SAN). Results: RT-qPCR and western blot demonstrated dose-dependent reductions in Cacna1g mRNA (n=7, p<0.01) and Cav3.1 protein (n=4, p<0.01) in NRVMs after treatment with CHIR (3 μM). There was also a decrease in Cacna1g mRNA in human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (hiPSC-CMs) after treatment with CHIR (5 μM) (n=4; p<0.001). Patch-clamp recording demonstrated reduced T-type calcium current (ICa,T) in NRVMs after Wnt3a treatment (3 μg/ml) (n=5, p<0.05). In isolated mouse SAN tissue, perfusion with an ICa,T blocker, ML-218 (30 µM), led to dose-dependent reductions in spontaneous beating rate (n=4, p<0.0001) indicating a critical role of ICa,T in SAN pacemaking. In adult rats, activation of Wnt/β-catenin signalling through the application of CHIR in a poloxamer gel to the SAN region did not alter the in vivo heart rate in electrocardiogram (ECG) (n=8, p=0.12). However, ex vivo culture of SAN tissue from the in vivo experiments revealed a reduction intrinsic beating rate in the CHIR treated group (n=7) compared to the control (DMSO) (n=8) (p<0.05). Summary: Wnt/β-catenin signalling inhibits T-type Ca²⁺ current in cardiomyocytes by, at least partly, reduced Cacna1g mRNA and Cav3.1 protein. Activation of Wnt/β-catenin signalling reduces the intrinsic heart rate likely by inhibition of T-type Ca²⁺ current in SAN pacemaker cells.

One of the most common plasticizers used in the production of plastic are phthalates. These chemicals have been associated with many adverse effects including developmental and reproductive anomalies. Early developmental processes targeted by chemicals can have long-lasting effects on individuals. The focus of this study was on investigating the effects of a phthalate monoester mixture on two evolutionarily conserved processes, Wnt/β-catenin signaling and apoptosis, both of which play an important role during development. Focus was also given on the mixture’s effect in metabolic rate. The phthalate mixture used is part of mixture G, a mixture which additionally contains triclosan and three perfluoroalkyl acids. The components of Mixture G were identified in a Swedish pregnancy cohort (SELMA) and were inversely associated with birth weight. The experiments were conducted in zebrafish embryos. Wnt signaling was analyzed in a transgenic zebrafish line, which had the EGFP gene linked to β-catenin regulated promoters, by measuring the fluorescence in the caudal fin. Apoptosis was analyzed through the acridine orange assay and metabolic rate through the transformation of resazurin to resorufin in presence of NADH/NADPH. The results showed a downregulation of Wnt signaling in zebrafish at two days post-fertilization (2 dpf), at a water concentration 100 times higher than the geometric mean serum concentration (100x hsc) of the mothers in the SELMA cohort. An upregulation of apoptosis was found at 1 dpf, at 60x hsc and 100x hsc. An effect on metabolic rate was observed at 100x hsc at 5 dpf. The results indicate that phthalates can disrupt Wnt signaling, induce apoptosis and influence metabolic rate, which along with the various reproductive effects they can induce warrants cause for concern not only for zebrafish embryos but for human fetuses as well.

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During C. elegans embryogenesis, the DD, DA, and DB motor neurons arise from left and right lineages, move towards the midline and intercalate into a single tract to form the ventral nerve cord (VNC). Recently, the non-canonical Wnt-planar cell polarity was shown to regulate cell intercalation during VNC assembly. Disruption of this pathway causes DD neurons to shift anteriorly along the anterior-posterior (AP)-axis. Here, we investigated the role of the canonical Wnt-β-catenin pathway in positioning neurons in the VNC. Mutations in canonical Wnt pathway components, including bar-1/β-catenin and pop-1/TCF, cause the anterior displacement of DD2 towards DD1. In contrast, disruption of the β-catenin destruction complex gene pry-1/Axin results in the posterior displacement of DD1 towards DD2. In order to determine where and when defects occur, we used fluorescent time-lapse imaging to follow DD, DA and RIG neuroblasts during embryogenesis. In wild-type, we found that RIGL and DA2 intercalate between DD1 and DD2 via T1-type cell neighbor exchanges. Dorsal-ventral (DV) constriction of the DD1 and DD2 cell junction results in these cells meeting at a central vertex, which then resolves when the RIGL and DA2 cell junction expands along the AP axis. The resolution of the central vertex results in the spatial displacement of DD1 and DD2 along the AP axis. However, in Wnt-β-catenin mutants, central vertex resolution defects result in decreased spacing between DD1 and DD2 that persist into adulthood.

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