Würzburg, Univ., Diss., 2004. / Erscheinungsjahr an der Haupttitelstelle: 2004

Berlin, Freie Universiẗat, Diss., 2004. / Dateiformat: zip, Dateien im PDF-Format.

Univ., FB Chemie, Diss., 2001--Marburg

SUMMARY GABP is a heterodymeric member of Ets-family transcription factors. It consists of two subunits – GABPa which contains DNA binding domain and GABPb, which provides transcriptional activation domain and nuclear localization signal. GABPa/b complex is essential for transcriptional activation of multiple lineage-restricted and housekeeping genes, several viral genes, and in some cases might function as transcriptional repressor. Large variety of data indicates involvement of GABP in the complex regulation of cell growth, specified by quiescence, stimulation/proliferation, apoptosis and senescence. Expression level of GABPa subunit is rapidly increased when resting cells enter S-phase, and GABPa/b complex is critical to promote the continuity of the cell cycle. Conditional inactivation of GABPa expression in mouse embryonic fibroblasts results in a complete block of proliferation and acquisition of senescence-like phenotype. However, the influence of GABP on the other cell growth determinant – the apoptosis – remains largely obscure. Therefore we aimed to investigate the influence of GABPa/b expression level on the cell growth in vitro. Using siRNA approach we achieved efficient but only transient down-regulation of GABPa expression which precluded further cell growth studies. Persistent increase of the expression of GABPb subunit only resulted in a positive effect on the cell growth speed. Simultaneous conditional overexpression of both GABPa and GABPb subunits though, strongly reduced the growth of the affected cell cultures in reversible and in expression level dependent manner. Interestingly, GABPa/b overexpressing cells did show neither cell cycle arrest nor massive induction of apoptosis. However, more detailed analyses revealed that dampened apoptotic processes were taking place in GABPa/b−overexpressing cells, starting with a prominent activation of caspase-12. Interestingly, activation of downstream effector caspases was rather suppressed explaining a weak increase of apoptotic cells in GABPa/b overexpressing cultures. This effect suggests that the activation of caspase-12 by elevated amounts of exogenous GABPa/b reflects the normal physiological mechanism of caspase-12 regulation. / ZUSAMMENFASSUNG GABP ist ein heterodimerisches Mitglied aus der Familie der Ets- Transkriptionsfaktoren. Es besteht aus zwei Untereinheiten – GABPa, welche die DNA-Bindedomäne enthält, sowie GABPb, welche sowohl die Transkriptions-Aktvierungsdomäne als auch das Kernimportsignal umfasst. GABPa/b ist für die Transkriptions-Aktivierung mehrerer differenzierungstypischer als auch sog. Housekeeping Gene, sowie einiger viraler Gene essentiell und kann, in einigen Fällen, auch als Transkriptionsrepressor fungieren. Eine Vielzahl von Daten deutet darauf hin, dass GABP in der komplexen Kontrolle des Wachstums von Zellen ein wichtige Rolle zukommt. Dies zeigt sich z. B. im Einfluss von GABP auf zelluläre Vorgänge wie der Stimulation/Proliferation, Apoptose und Seneszenz. So steigt z. B. der Spiegel der GABPa Untereinheit rapide an, nachdem ruhende Zellen die G0-Phase verlassen und in die S-Phase eintreten. Der aus beiden Untereinheiten gebildete Komplex ist dann für die Progression der Zellen durch den gesamten Zellzyklus von entscheidender Bedeutung. Die Unterdrückung der Expression der GABPa Untereinheit in embryonalen Mausfibroblasten hingegen führt zu einem vollkommenen Proliferations-Stopp dieser Zellen und induziert in diesen einen Seneszenz-artigen Phänotyp. Andererseits ist über den Einfluss von GABP auf andere wichtige das Zellwachstums beeinflussende Faktoren wie z. B. der Apoptose bislang noch recht wenig bekannt. Daher lag es im Fokus dieser vorliegenden Arbeit, den Einfluss der GABPa/b-Spiegels auf das Zellwachstum in vitro näher zu untersuchen. Mithilfe von siRNA-Ansätzen gelang uns die effiziente Herunterregulierung von GABPa. Diese war jedoch nur von vorübergehender Natur, so dass weitere Studien zum Zellwachstum nicht möglich waren. Die stabile Überexpression der GABPb Untereinheit führte dagegen nur zu einem Anstieg der Zellwachstumsgeschwindigkeit. Wurden jedoch sowohl beide Untereinheit gleichzeitig überexprimiert, so resultierte dies in einer deutlichen, Expressionsspiegel-abhängigen und reversiblen Wachstumshemmung der Zellen. Bemerkenswerterweise zeigte die GABPa/b-überexprimierende Zellpopulation weder einen erhöhten Anteil an G0-Phase noch war eine deutlich ausgeprägte Zunahme der Apoptose-Rate zu verzeichnen. In weiteren Experimenten konnte dennoch eine leichte Erhöhung der Apoptose-Rate in den überexprimierenden Zellen gezeigt werden, was sich durch die deutliche Aktivierung von Caspase-12 belegen ließ. Die Aktivierung von Effektor-Caspasen der Caspase-12 schien allerdings nicht zu erfolgen, was den nur schwach ausgeprägten Charakter der Apoptose zu erklären vermag. Diese Beobachtungen suggerieren, dass die Aktivierung der Caspase-12 durch erhöhte Mengen von exogenem GABPa/b den normalen physiologischen Mechanismus der Caspase-12 Regulation widerspiegelt.

Erlangen-Nürnberg, Univ., Diss., 2010.

Regensburg, Univ., Diss., 2008.

Univ., Diss., 2009--Würzburg.

Universiẗat, Diss., 2002--Frankfurt (Main).

The Myb-MuvB (MMB) complex plays an essential role in the time-dependent transcriptional activation of mitotic genes. Recently, our laboratory identified a novel crosstalk between the MMB-complex and YAP, the transcriptional coactivator of the Hippo pathway, to coregulate a subset of mitotic genes (Pattschull et al., 2019). Several genetic studies have shown that the Hippo-YAP pathway is essential to drive cardiomyocyte proliferation during cardiac development (von Gise et al., 2012; Heallen et al., 2011; Xin et al., 2011). However, the exact mechanisms of how YAP activates proliferation of cardiomyocytes is not known. This doctoral thesis addresses the physiological role of the MMB-Hippo crosstalk within the heart and characterizes the YAP-B-MYB interaction with the overall aim to identify a potent inhibitor of YAP. The results reported in this thesis indicate that complete loss of the MMB scaffold protein LIN9 in heart progenitor cells results in thinning of ventricular walls, reduced cardiomyocyte proliferation and early embryonic lethality. Moreover, genetic experiments using mice deficient in SAV1, a core component of the Hippo pathway, and LIN9-deficient mice revealed that the correct function of the MMB complex is critical for proliferation of cardiomyocytes due to Hippo-deficiency. Whole genome transcriptome profiling as well as genome wide binding studies identified a subset of Hippo-regulated cell cycle genes as direct targets of MMB. By proximity ligation assay (PLA), YAP and B-MYB were discovered to interact in embryonal cardiomyocytes. Biochemical approaches, such as co-immunoprecipitation assays, GST-pulldown assays, and µSPOT-based peptide arrays were employed to characterize the YAP-B-MYB interaction. Here, a PY motif within the N-terminus of B-MYB was found to directly interact with the YAP WW-domains. Consequently, the YAP WW-domains were important for the ability of YAP to drive proliferation in cardiomyocytes and to activate MMB target genes in differentiated C2C12 cells. The biochemical information obtained from the interaction studies was utilized to develop a novel competitive inhibitor of YAP called MY-COMP (Myb-YAP competition). In MY-COMP, the protein fragment of B-MYB containing the YAP binding domain is fused to a nuclear localization signal. Co-immunoprecipitation studies as well as PLA revealed that the YAP-B-MYB interaction is robustly blocked by expression of MY-COMP. Adenoviral overexpression of MY-COMP in embryonal cardiomyocytes suppressed entry into mitosis and blocked the pro-proliferative function of YAP. Strikingly, characterization of the cellular phenotype showed that ectopic expression of MY-COMP led to growth defects, nuclear abnormalities and polyploidization in HeLa cells. Taken together, the results of this thesis reveal the mechanism of the crosstalk between the Hippo signaling pathway and the MMB complex in the heart and form the basis for interference with the oncogenic activity of the Hippo coactivator YAP. / Der Myb-MuvB Komplex spielt eine essenzielle Rolle in der transkriptionellen Aktivierung von Zellzyklusgenen. Unser Labor hat kürzlich einen bis dahin unbekannten Mechanismus zwischen dem MMB-Komplex und Hippo-YAP Signalweg, der zur Aktivierung von Mitosegenen beiträgt, identifiziert. Der Hippo-YAP Signalweg ist beteiligt an der Gewebehomöostase und am Wachstum von Organen. So reguliert der Hippo-YAP Signalweg zum Beispiel während der Herzentwicklung die Proliferation von Herzmuskelzellen. Der exakte Mechanismus wie YAP die Zellteilung von Kardiomyozyten aktiviert, ist jedoch bisher nicht bekannt. In der vorliegenden Doktorarbeit wird das Zusammenspiel zwischen dem Hippo-Signalweg und dem MMB-Komplex im Herzen untersucht. Außerdem wird die Interaktion zwischen YAP und B-MYB biochemisch charakterisiert, um einen Inhibitor zu entwickeln, der die Aktivität von YAP vermindert. Die Ergebnisse dieser Doktorarbeit zeigen, dass der Verlust der zentralen Untereinheit des MMB-Komplexes, LIN9, in Vorläuferzellen der Kardiomyozyten zu einer Reduktion der Herzwand sowie zu einer niedrigeren Proliferationsrate von Herzmuskelzellen und einer erhöhten Embryonalsterblichkeit führt. Außerdem wurde in genetischen Experimenten mit Hippo- und LIN9-defizienten Mäusen gezeigt, dass der MMB-Komplex wichtig für die Aktivierung der Proliferation in Hippo-defizienten Kardiomyozyten ist. Eine globale Analyse der Transkription und Chromatinbindung von YAP und LIN9 im Herzen zeigte, dass eine Untergruppe von Zellzyklusgenen, die nach Inaktivierung des Hippo-Signalwegs vermehrt exprimiert werden, gleichzeitig den MMB-Komplex am Promoter gebunden haben. Durch Interaktionsstudien konnte gezeigt werden, dass YAP und B-MYB in embryonalen Kardiomyozyten miteinander interagieren. Die Bindung der beiden Transkriptionsfaktoren wurde durch Co-Immunpräzipitation, GST-Pulldown-Analysen und Peptid-Arrays biochemisch untersucht. Dabei wurde gezeigt, dass ein PY-Motiv im N-terminus von B-MYB direkt an die WW-Domänen von YAP bindet. Im Umkehrschluss wurde festgestellt, dass die WW-Domänen von YAP essenziell sind, um sowohl die Proliferation in Herzmuskelzellen als auch die Expression von Mitosegenen in differenzierten C2C12 Zellen zu aktivieren. Letztendlich wurden die Ergebnisse der Interaktionsstudie genutzt, um einen neuartigen kompetitiven Inhibitor von YAP zu entwickeln. Für MY-COMP (Myb-YAP Competition) wurde der Proteinabschnitt von B-MYB, der die YAP Bindedomäne enthält, mit einer Kernlokalisierungssequenz fusioniert. Bindestudien zeigten, dass MY-COMP die Interaktion zwischen YAP und B-MYB effektiv blockiert. Eine durch Adenoviren vermittelte Überexpression von MY-COMP in embryonalen Herzmuskelzellen resultierte in einer verminderten Anzahl von mitotischen Zellen. Somit wird durch Expression von MY-COMP, die proliferative Fähigkeit von YAP vermindert. Interessanterweise wurden in HeLa Zellen, die mit MY-COMP behandelt wurden, vermehrt Abnormalitäten der Zellkerne, polyploide Zellen sowie ein Wachstumsdefizit beobachtet. Zusammengefasst verdeutlichen die Ergebnisse dieser Doktorarbeit die Bedeutung des Zusammenspiels zwischen dem MMB-Komplex und dem Hippo-YAP-Signalweg für die Herzentwicklung und bilden die Grundlage, für die effektive Inhibierung der onkogenen Eigenschaften des Hippo-Coaktivators YAP.

Chemotherapeutika, deren Wirkung am MSC von Zellen ansetzen, gehören zum Standardrepertoire der onkologischen Therapie in zahlreichen Malignomen. In der Uroonkologie hat insbesondere das Erstarken von Docetaxel-basierten Therapien im metastasierten Prostatakarzinom den Fokus erneut auf den MSC gerichtet. Diesbezüglich wurden aber sowohl schützende, als auch tumortreibende Teilfunktionen des MSCs in verschiedenen Tumorentitäten gezeigt und pleiotrope Effekte einzelner Gene des MSCs näher untersucht. Die vorliegende Arbeit untersucht daher eine mögliche Rolle von bub1b in der Tumorentstehung und in der Modulation der Ansprechbarkeit gegenüber Docetaxel. Da die Heterozygotie im Gen bub1b in den existierenden Mausmodellen jedoch nur zu alters-assoziierten Tumorerkrankungen führt, wurden in Rahmen dieser Arbeit bub1b heterozygote Tiere mit p53 defizienten Tieren verpaart. Eben diese Tiere wurden hinsichtlich ihres Überlebens sowie der Art der aufgetretenen Tumorentitäten untersucht. Zusätzlich wurden Proliferations- und Zellzyklusanalysen insbesondere unter Docetaxelstress an MEFs, die aus diesem Mausmodell gewonnen wurden, durchgeführt. In Sektionsstudien des Mausmodells wurde gezeigt, dass bei gleichzeitigem Vorliegen von Heterozygotie von bub1b und Homozygotie von p53 eine Verschiebung des Tumor- Phänotyps der p53 defizienten Tiere (Sarkome und Lymphome) erfolgte. Tiere des Genotyps bub1b het / p53 hom wiesen einen signifikant geringeren Anteil von Sarkomen im Vergleich zu den Lymphomen auf. Zusätzlich nahm bei den Lymphomen der Anteil von disseminierten Lymphomen gegenüber den thymoidalen Lymphomen zu. Aus diesen Ergebnissen kann geschlossen werden, dass eine Heterozygotie für bub1b die Entwicklung bestimmter Tumorentitäten (disseminierte Lymphome) begünstigt, während andere Tumorentitäten (z.B. Sarkome) durch den Verlust eines bub1b Allels eher verhindert werden. Die molekularen Ursachen für diesen Befund sind zurzeit noch unklar. In einem zweiten Teil dieser Arbeit wurde unter Verwendung von Zellkulturen muriner embryonaler Fibroblasten (MEFs), die mittels des vorhandenen Mausmodells etabliert wurden, gezeigt, dass MEFs der Genotypen bub1b wt / p53 hom, wie auch bub1b het / p53 hom im Vergleich zur Kontrollgruppe normal proliferieren und einen weitgehend normalen Zellzyklus aufweisen. Die zytostatische Wirkung des „Spindelcheckpoint Aktivators“ Docetaxel ist in MEFs mit einer Heterozygotie für bub1b reduziert, während MEFs der Genotypen bub1b wt / p53 hom, wie auch bub1b het / p53 hom sensitiver auf Docetaxel reagieren. Aus diesen Ergebnissen kann eine geringe Effektivität von Docetaxel als zytostatisches Therapeutikum in der Tumortherapie von bub1b heterozygoten Zellen abgeleitet werden. Bei gleichzeitigen Defekten im Gen p53 könnten sich bub1b heterozygote Zellen allerdings sensitiv gegenüber einer Therapie verhalten. In MEFs aller drei Genotypen konnte zudem gezeigt werden, dass die Aktivierung des MSCs durch Docetaxel unvollständig bzw. defekt ist. Dieser Defekt im MSC führt, wie bereits erwähnt, zu einem starken zytostatischen Effekt, aber auch zu einer signifikanten Steigerung der Anzahl und zur Persistenz von polyploiden Zellen in den Zellkulturen der MEFs mit dem Genotyp bub1b het / p53 hom. Aus diesen Ergebnissen kann geschlossen werden, dass eine Defizienz für p53 und eine Heterozygotie für bub1b einen additiven Effekt in der Entwicklung von polyploiden Zellen besitzen und somit die Entwicklung von Tumorvorstufen begünstigen. Ob diese Effekte auch in nativen Tumoren unter Docetaxel-Behandlung eine Rolle spielen und sich bub1b und p53 als mögliche Prädiktoren einer Docetaxel-Therapie im Menschen evaluieren lassen, müssten weiterführende Analysen zeigen, die den Verlauf einer Tumortherapie mit Hilfe eines Spindelgiftes abbilden. / Chemotherapeutica whose effect begin at the mitotic spindle checkpoint (MSC) cells belong to the standard repertoire of oncological therapy concerning numerous tumors. In the field of urooncology, especially the increase of Docetaxel based therapies in prostate cancer has again focused our attention on MSC. Regarding this, not only protective but also cancerous partial functions of the MSC in different tumor entities were shown and pleiotrophic effects of single genes of the MSC were investigated more closely. Therefore, the doctoral presented looks into a possible role of bub 1b in the development of tumors and in the modulation of acceptability of Docetaxel. As the heterozygoty in the gene bub1b in the existing mouse models only leads to cancer diseases related to age, bub1b heterozygote animals were paired with p53 ones. It were these animals which were examined regarding their survival as well as the type of the cancer entities appearing. Additionally, proliferation and the analyses of cell cycles under stress of Docetaxel at murine embryonic fibroblasts (MEFs) won from this mouse model were made. In the sectional studies of the mouse model it was shown that when heterozygoty of bub1b and homozygoty of p53 exist at the same time the result is a shift of the cancer phenotype of the p53 deficient animals (sarcomas und lymphomas). Animals of the gene type bub1b het/p53 showed a significantly smaller amount of sarcomas compared with lymphomas. And concerning the lymphomas the share of the disseminated lymphomas compared with the thymoidal lymphomas increased. From these results it can be concluded that a heterozygoty for bub1b favours the development of certain tumor entities (disseminated lymphomas) whereas other tumor entities (e.g. sarkomas) can rather be avoided by the loss of a bub allels. At the moment the molecular reasons for this diagnosis are still unclarified. In a second part of the doctoral it was shown that by making use of cell cultures of MEFs established by means of the existing mouse model, MEFs of the gene types bub1b/p53 hom as well as bub1b het/p53 compared with the control group proliferate normally and show a largely normal cell cycle. The zytostatic effect of the "spindle checkpoint aktivator" Docetaxel is reduced in the MEFs with a heterozygoty for bub1b whereas MEFs of the gene types bub 1b wt/p53 and bub1b het/p.53 hom react more sensitively to Docetaxel. From these findings it can be said that Docetaxel has little effectiveness as a zytostatic medicine in the cancer therapy of bub1b heterozygotic cells. Bub1b heterozygote cells, however, being defective in the gene p53 at the same time could respond sensitively to a therapy. Furthermore, in the MEFs of all the three gene types it could be shown that the activating of the MSC by Docetaxel is incomplete ordeficient. This defect in the MSC not only leads, as mentioned before, to a strongly zytostatic effect but also to a significant increase in the number and persistence of polyploid cells in the cell cultures of the MEFs with the gene type bub1b het/p53 hom. These results demonstrate that a deficiency for p53 and a heterozygoty for bub1b have a additive effect in the development of polyploid cells and therefore favour the development of the early stages of cancer. Whether these effects play a role in the native tumors treated with Docetaxel and whether bub1b and p53 can be evaluated as a possibility for human treatment with Docetaxel must be shown in further analyses which illustrate the course of a tumor therapy by means of a poison of the spindle apparat.