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Das Prostatakarzinom (PCa) ist die am häufigsten diagnostizierte Krebsneuerkrankung bei Männern in Deutschland sowie die dritthäufigste Ursache krebsbedingter Sterbefälle. Die Therapiemöglichkeiten für das PCa sind sehr beschränkt und mit erheblichen Nebenwirkungen verbunden. Daher wurden in dieser Arbeit neue Therapieansätze verfolgt: zum einen wurde das Phytoöstrogen Tectorigenin (TG) und zum anderen der Histon-Deacetylase-Inhibitor (HDI) Valproinsäure (VPA) auf die jeweilige Wirksamkeit gegen das PCa untersucht. Das Phytoöstrogen Tectorigenin wird aus dem Gesamtextrakt von Belamcanda chinensis-Rhizomen isoliert. Dieser Gesamtextrakt wurde zunächst in PCa-Zellen in vitro getestet. Sowohl in den humanen PCa-Zellen LNCaP als auch in den murinen PCa-Zellen 2E, die aus dem Prostatatumor einer Maus des TRAMP-(transgenic adenocarcinoma of mouse prostate) Mausmodells neu etabliert wurden, konnte eine Inhibition der Zellproliferation sowie eine Veränderung der Expression ausgewählter PCa-relevanter Gene detektiert werden. Anschließend wurde eine Microarray-Analyse durchgeführt, bei der einige differentiell exprimierte Gene nach der Behandlung der humanen LNCaP-Zellen mit Tectorigenin identifiziert werden konnten. Neben einer Reihe von Androgen-induzierten Genen traten u.a. der IGF-IR (insulin-like growth factor I receptor) und PSA (prostate specific antigen) auf. In vivo-Studien in TRAMP-Mäusen konnten zudem eine langsamere Progression des PCa nach Behandlung mit Tectorigenin zeigen. In den in vivo-Studien an subkutanen LNCaP-Tumoren im Nacktmaus-Modell konnte sowohl ein vermindertes Tumorgewicht als auch eine verminderte Tumorgröße nach der Behandlung der Mäuse mit Tectorigenin beobachtet werden. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde die Wirkung des HDI VPA auf PCa-Zellen untersucht. Funktionell konnte eine erhöhte Acetylierung des Histons 3 an Lysin 9 sowie eine Verringerung der Zellproliferation, -migration und -invasion nach der Behandlung der primären PCa-Zellen 2E mit VPA gezeigt werden. Molekular konnten einige differentielle Genexpressionen nach der Behandlung der 2E-Zellen mit VPA detektiert werden. Es konnte z.B. eine Abnahme der Androgenrezeptor-Expression, eine Zunahme der Expression des proapoptotischen Proteins Bim sowie eine Verringerung der Expression von Foxo1 und Gsk3β gezeigt werden. Weiterhin wurde eine Deregulation von Zellzyklus- und Angiogenese-relevanten Genen wie z.B. Cdkn1a, Cdk4, Vegfa und Hif1α beobachtet. Des Weiteren wurden Kandidatengene aus einer früheren Microarray-Analyse untersucht. Für alle sieben untersuchten Kandidatengene wurde die differentielle Genexpression nach der Behandlung der 2E-Zellen mit VPA sowohl konzentrations- als auch zeitabhängig mittels quantitativer real time PCR bestätigt. Für die verstärkt exprimierten Gene konnte ein Zusammenhang mit einer erhöhten Acetylierung des Promotorbereichs der jeweiligen Gene nach VPA-Behandlung dargestellt werden. Das Kandidatengen Cyclin D2 wurde für weiterführende Untersuchungen ausgewählt. Als einziges Mitglied der D-Typ-Cycline lag Cyclin D2 nach VPA-Behandlung verstärkt exprimiert vor. Diese Re-Expression konnte auch durch die Behandlung mit HDIs verschiedener Wirkstoffklassen hervorgerufen werden. Die Untersuchung der PCa-Zelllinien PC-3, DU145 und LNCaP nach VPA-Behandlung zeigte ebenfalls, wie bei den primären PCa-Zellen 2E, eine Re-Expression von Cyclin D2 sowie eine Inhibition der Proliferation. Nicht-maligne Zelllinien, die bereits eine hohe Basalexpression von Cyclin D2 aufweisen, veränderten durch VPA die Cyclin D2-Expression nicht und auch der Effekt auf die Zellproliferation war nur moderat vorhanden. Die Verringerung der Cyclin D2-Expression mittels siRNA in den murinen Fibroblastenzellen NIH/3T3 führte zu einem Anstieg der Zellproliferation. Dass Cyclin D2 im PCa einen Tumorsuppresor darstellt, zeigt auch die immunhistochemische Analyse von humanen PCa-Gewebeschnitten, bei der keine Expression von Cyclin D2 im PCa-Gewebe nachgewiesen werden konnte. In gesundem Prostatagewebe hingegen wurde Cyclin D2 in den proliferierenden Zellen exprimiert. Im Gegensatz dazu wurde Cyclin D1 im PCa-Gewebe stärker exprimiert als im gesunden Prostatagewebe. Schließlich wurden in vivo-Studien an TRAMP-Mäusen mit VPA-Gabe über das Trinkwasser durchgeführt. Es wurden drei verschiedene Versuchsgruppen untersucht. In der Überlebensstudie, welche VPA präventiv ab einem Alter von sechs Wochen erhielt, konnte ein höheres Überlebensalter, ein geringerer Tumoranteil sowie ein geringeres Tumorgewicht verzeichnet werden. Nach präventiver Gabe von VPA ab einem Alter von sechs Wochen bis zu einem Alter von 30 Wochen konnte kein Unterschied zwischen der VPA- und der Kontrollgruppe detektiert werden. In der Überlebensstudie nach therapeutischer Gabe von VPA ab einem Alter von 16 Wochen konnte ein höheres Überlebensalter und ein geringerer Tumoranteil, jedoch kein Unterschied im Tumorgewicht gezeigt werden.

Cardiovascular diseases are the leading cause of death in humans throughout the world and “congenital heart defects” (CHDs) are the major cause of infant mortality and morbidity. GATA4 is one of the most critical and intensely studied cardiac transcription factor. It is important for proliferation of cardiomyocytes as well as their survival and adaptive response. The focus of the following thesis was to identify GATA4 mediators and cofactors in cardiac growth. The first part focused on cyclin D2 (CycD2), a growth inducible cell cycle protein. We identified Ccnd2 (gene encoding CycD2) as a direct transcriptional target of GATA4 in postnatal cardiomyocytes and Ccnd2 cardiomyocyte specific overexpression in Gata4 heterozygote mice was able to rescue their heart size and function. We further uncovered a novel regulatory loop between GATA4 and CycD2. CycD2 enhanced GATA4 activation of its target promoters. GATA4 was able to physically interact with CycD2 and its cyclin dependent kinase CDK4 suggesting that GATA4 recruits CycD2/CDK4 to its target promoters. Together, our data uncover a role of CycD2 in the developing and postnatal heart and provide novel insight for the potential of targeting the cell cycle in cardiac therapy. The second part of the project focused on KLF13, a cell specific cofactor of GATA4. KLF13 is a member of the Krϋppel-like transcription factors that are important regulators of cell proliferation and differentiation. Klf13 is highly enriched in the developing heart where it is found in both myocardial and endocardial cells. To determine its role in the mammalian heart, we deleted the Klf13 gene in transgenic mice. Klf13-/- mice were born at 50% reduced frequency and presented with variable cardiac phenotypes. Epithelial-mesenchymal transformation (EMT) was affected in these mice and reduced cell proliferation was evident in the AV cushion. These data uncover a role for a new class of transcription factors in heart formation and point to KLF13 as a regulator of endocardial cell proliferation and a potential CHD causing gene. Future discovery of more cardiac regulators and understanding the molecular basis of CHDs is essential for preventions of these defects and possible development of therapeutic approaches for myocardial repair.

Cardiovascular diseases are the leading cause of death in humans throughout the world and “congenital heart defects” (CHDs) are the major cause of infant mortality and morbidity. GATA4 is one of the most critical and intensely studied cardiac transcription factor. It is important for proliferation of cardiomyocytes as well as their survival and adaptive response. The focus of the following thesis was to identify GATA4 mediators and cofactors in cardiac growth. The first part focused on cyclin D2 (CycD2), a growth inducible cell cycle protein. We identified Ccnd2 (gene encoding CycD2) as a direct transcriptional target of GATA4 in postnatal cardiomyocytes and Ccnd2 cardiomyocyte specific overexpression in Gata4 heterozygote mice was able to rescue their heart size and function. We further uncovered a novel regulatory loop between GATA4 and CycD2. CycD2 enhanced GATA4 activation of its target promoters. GATA4 was able to physically interact with CycD2 and its cyclin dependent kinase CDK4 suggesting that GATA4 recruits CycD2/CDK4 to its target promoters. Together, our data uncover a role of CycD2 in the developing and postnatal heart and provide novel insight for the potential of targeting the cell cycle in cardiac therapy. The second part of the project focused on KLF13, a cell specific cofactor of GATA4. KLF13 is a member of the Krϋppel-like transcription factors that are important regulators of cell proliferation and differentiation. Klf13 is highly enriched in the developing heart where it is found in both myocardial and endocardial cells. To determine its role in the mammalian heart, we deleted the Klf13 gene in transgenic mice. Klf13-/- mice were born at 50% reduced frequency and presented with variable cardiac phenotypes. Epithelial-mesenchymal transformation (EMT) was affected in these mice and reduced cell proliferation was evident in the AV cushion. These data uncover a role for a new class of transcription factors in heart formation and point to KLF13 as a regulator of endocardial cell proliferation and a potential CHD causing gene. Future discovery of more cardiac regulators and understanding the molecular basis of CHDs is essential for preventions of these defects and possible development of therapeutic approaches for myocardial repair.

Cardiovascular diseases are the leading cause of death in humans throughout the world and “congenital heart defects” (CHDs) are the major cause of infant mortality and morbidity. GATA4 is one of the most critical and intensely studied cardiac transcription factor. It is important for proliferation of cardiomyocytes as well as their survival and adaptive response. The focus of the following thesis was to identify GATA4 mediators and cofactors in cardiac growth. The first part focused on cyclin D2 (CycD2), a growth inducible cell cycle protein. We identified Ccnd2 (gene encoding CycD2) as a direct transcriptional target of GATA4 in postnatal cardiomyocytes and Ccnd2 cardiomyocyte specific overexpression in Gata4 heterozygote mice was able to rescue their heart size and function. We further uncovered a novel regulatory loop between GATA4 and CycD2. CycD2 enhanced GATA4 activation of its target promoters. GATA4 was able to physically interact with CycD2 and its cyclin dependent kinase CDK4 suggesting that GATA4 recruits CycD2/CDK4 to its target promoters. Together, our data uncover a role of CycD2 in the developing and postnatal heart and provide novel insight for the potential of targeting the cell cycle in cardiac therapy. The second part of the project focused on KLF13, a cell specific cofactor of GATA4. KLF13 is a member of the Krϋppel-like transcription factors that are important regulators of cell proliferation and differentiation. Klf13 is highly enriched in the developing heart where it is found in both myocardial and endocardial cells. To determine its role in the mammalian heart, we deleted the Klf13 gene in transgenic mice. Klf13-/- mice were born at 50% reduced frequency and presented with variable cardiac phenotypes. Epithelial-mesenchymal transformation (EMT) was affected in these mice and reduced cell proliferation was evident in the AV cushion. These data uncover a role for a new class of transcription factors in heart formation and point to KLF13 as a regulator of endocardial cell proliferation and a potential CHD causing gene. Future discovery of more cardiac regulators and understanding the molecular basis of CHDs is essential for preventions of these defects and possible development of therapeutic approaches for myocardial repair.