Background: Highly infiltrative growth and resistance to radiation as well as chemotherapy contribute to a poor prognosis of glioblastoma. To improve the survival of patients with glioblastoma, further research to uncover the complex signaling network is essential. Due to the central role of the signaling adaptor lamellipodin in nervous system development and cell migration, a function of lamellipodin in glioblastoma is conceivable. However, the specific function of lamellipodin in the invasion and radioresistance of glioblastoma is so far entirely unknown. Therefore, the present work investigates the invasion and radioresistance of glioblastoma cells and the underlying signaling mechanism under the influence of lamellipodin. Material and Methods: Expression of lamellipodin was evaluated in human astrocytes and nine glioblastoma cell lines by Western blot analysis. Localization of lamellipodin in glioblastoma cells was analyzed by applying immunofluorescence staining. The effects of lamellipodin silencing by siRNA on the glioblastoma characteristics invasion, survival, and residual DNA double strand breaks (DSB) upon X-ray irradiation, proliferation, apoptosis, and senescence were investigated. Alterations in molecular signaling were analyzed by phosphoproteome analysis upon control and lamellipodin depletion combined with/-out X-ray irradiation in A172 cells. Colony formation assays were performed after single and double knockdown of lamellipodin and the affected proteins to connect latter findings to clonogenic survival. Direct lamellipodin binding partners were explored using mass spectrometry analysis. Validation of protein-protein interaction was determined by immunoprecipitation and proximity ligation assay. Clonogenic survival assay was performed after triple knockdown of lamellipodin, previous proteins identified by phosphoproteome, and the direct interaction partner of lamellipodin. Hierarchical analysis was performed by analyzing the expression and phosphorylation of the determined proteins by immunoblot. Results: Lamellipodin was shown to be expressed and phosphorylated in varying amounts in the glioblastoma cell culture panel, with a preferential localization in membrane protrusions and the cytoplasm. The siRNA-specific depletion of lamellipodin tremendously decreased glioblastoma invasion and proliferation while exerting no impact on apoptosis or senescence. Moreover, seven of the nine studied glioblastoma cell lines were radiosensitized by lamellipodin silencing without affecting the number of residual DNA double strand breaks, while its overexpression improved radiation survival. Mechanistically, the loss of lamellipodin impaired the phosphorylation of nine proteins (EIF2A, EGFR, FOS, MKK6, NFKBIA, PRKAA2, RSK2, SRC, and TAK1), which are mostly implicated in the EGFR-MAPK signaling. The combinational silencing of lamellipodin and the relevant proteins achieved overall radiosensitization in A172 and U343MG cells. Furthermore, mass spectrometric analysis of lamellipodin immunoprecipitates demonstrated that the lamellipodin interactome alters in response to X ray irradiation conditions. RICTOR was confirmed as a direct linker of lamellipodin to the EGFR-MAPK signaling by immunoprecipitation and proximity ligation assay. In addition, triple depletion of lamellipodin, RICTOR, and EGFR resulted in similar degrees of radiosensitization as reported for lamellipodin knockdown, highlighting their superimposable role in glioblastoma radiation response. In line, lamellipodin silencing increased EGFR expression and phosphorylation, while lamellipodin phosphorylation was decreased upon EGFR deficiency. Conclusion: The results uncover the crucial function of lamellipodin for invasion, proliferation, and radiosensitivity of glioblastoma cells. Based on molecular analyses, lamellipodin was discovered as a determinant of EGFR signaling by interacting with RICTOR. Based on these data, the complexity of the signaling networks conducting radiation survival is broadened by adding the adaptor protein lamellipodin. / Hintergrund: Ein stark infiltrierendes Wachstum und Resistenzen gegenüber Bestrahlung und Chemotherapie tragen zu einer schlechten Prognose des Glioblastoms bei. Um die Therapie des Glioblastoms zu verbessern, ist die weitere Erforschung des komplexen Signalnetzwerkes notwendig. Aufgrund der essentiellen Rolle des Signaladaptors Lamellipodin für die Entwicklung des Nervensystems und der Migration von Zellen ist eine Funktion von Lamellipodin im Glioblastom vorstellbar. Die spezifische Funktion von Lamellipodin in der Invasion und Strahlenresistenz des Glioblastoms ist allerdings bisher völlig unbekannt. Die vorliegende Arbeit untersucht daher die Invasion und Strahlenresistenz von Glioblastomzellen sowie den zugrundliegenden molekularen Mechanismus im Hinblick auf Lamellipodin. Material und Methoden: Die Expression von Lamellipodin wurde in humanen Astrozyten und neun Glioblastom-Zelllinien mittels Western Blot Analyse untersucht. Die Lokalisierung von Lamellipodin in Glioblastomzellen wurde mit Immunfluoreszenzfärbung analysiert. Die Auswirkungen eines Lamellipodin-Knockdown mittels siRNA auf die Glioblastom-Eigenschaften Invasion, Überleben und residuale DNA-Doppelstrangbrüche (DSB) bei Röntgenbestrahlung, Proliferation, Apoptose und Seneszenz wurden untersucht. Veränderungen in molekularen Signalwegen wurden durch Phosphoproteomanalyse nach Kontroll- und Lamellipodin-Knockdown in Kombination mit und ohne Röntgenbestrahlung in A172 Zellen analysiert. Koloniebildungsassays wurden nach einfachem und doppeltem Knockdown von Lamellipodin und den betroffenen Proteinen durchgeführt, um letztere Ergebnisse mit dem klonogenen Überleben in Verbindung zu bringen. Direkte Lamellipodin-Bindungspartner wurden mittels massenspektrometrischer Analyse untersucht. Die Validierung der Protein-Protein-Interaktion wurde durch Immunpräzipitation und Proximity Ligation Assay bestimmt. Ein klonogenes Überlebensassay wurde nach dreifachem Knockdown von Lamellipodin, durch das Phosphoproteom identifizierten Proteinen und dem direkten Interaktionspartner von Lamellipodin durchgeführt. Die hierarchische Analyse erfolgte durch Analyse der Expression und Phosphorylierung der ermittelten Proteine mittels Immunblot. Ergebnisse: Die Expression und Phosphorylierung von Lamellipodin war unterschiedlich in den Glioblastomzelllinien. Die siRNA-vermittelte Deletion von Lamellipodin verringerte die Invasion und Proliferation von Glioblastomzellen enorm, während die Reduktion von Lamellipodin keine Auswirkungen auf Apoptose oder Seneszenz hatte. Darüber hinaus wurden sieben der neun untersuchten Glioblastomzelllinien durch das Ausschalten von Lamellipodin radiosensibilisiert, ohne dass sich dies auf die Anzahl der residualen DNA-Doppelstrangbrüche auswirkte, während die Überexpression von Lamellipodin das Überleben nach Bestrahlung verbesserte. Mechanistisch beeinträchtigte der Verlust von Lamellipodin die Phosphorylierung von neun Proteinen (EIF2A, EGFR, FOS, MKK6, NFKBIA, PRKAA2, RSK2, SRC und TAK1), die hauptsächlich an der EGFR-MAPK-Signalübertragung beteiligt sind. Die kombinierte Ausschaltung von Lamellipodin und den relevanten Proteinen führte zu einer allgemeinen Radiosensibilisierung in den Zelllinien A172 und U343MG. Darüber hinaus zeigte die massenspektrometrische Analyse von Lamellipodin-Immunpräzipitaten, dass sich das Lamellipodin-Interaktom als Reaktion auf Röntgenbestrahlung verändert. RICTOR wurde durch Immunpräzipitation und Proximity Ligation Assay als direktes Bindeglied von Lamellipodin zum EGFR-MAPK-Signalweg identifiziert. Darüber hinaus führte die dreifache Deletion von Lamellipodin, RICTOR und EGFR zu einem ähnlichen Grad an Radiosensibilisierung wie der Knockdown von Lamellipodin, was ihre gemeinsame Rolle bei der Strahlenreaktion von Glioblastomen unterstreicht. Darüber hinaus erhöhte die Ausschaltung von Lamellipodin die EGFR-Expression und -Phosphorylierung, während die Lamellipodin-Phosphorylierung bei EGFR-Mangel verringert wurde. Schlussfolgerung: Die Ergebnisse decken die entscheidende Funktion von Lamellipodin für die Invasion, Proliferation und Radiosensitivität von Glioblastomzellen auf. Basierend auf molekularen Analysen wurde Lamellipodin als eine Determinante der EGFR-Signalübertragung durch Interaktion mit RICTOR identifiziert. Auf der Grundlage dieser Daten wird die Komplexität des Signalnetzwerks, welches das Überleben durch Strahlung reguliert, durch das Adaptorprotein Lamellipodin erweitert.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:80696 |
| Date | 19 September 2022 |
| Creators | Moritz, Stefanie |
| Contributors | Cordes, Nils, Wielockx, Ben, Technische Universität Dresden |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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