Untersuchungen zur Modulation der Hitzeschockprotein 70 (Hsp70)-Expression und Identifizierung Hsp70-assoziierter Moleküle auf der Zellmembran

URN to cite this document:: urn:nbn:de:bvb:355-opus-3902
DOI to cite this document:: 10.5283/epub.10211

Gehrmann, Mathias

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Date of publication of this fulltext: 20 Jul 2004 15:35

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Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	19 July 2004
Referee:	Eggehard (Prof. Dr.) Holler
Date of exam:	15 June 2004
Institutions:	Biology, Preclinical Medicine > Institut für Biophysik und physikalische Biochemie > Alumni or Retired > Prof. Dr. Eggehard Holler
Keywords:	Bestrahlung , Hitzeschock-Proteine , Cytostatikum , Onkologie , Hämatologie , Membranexpression , Natürliche Killerzelle , Tumortherapie , Heat Shock Protein , Irradiation , Cytostatica , Membrane-expression , Natural Killer Cell
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 570 Life sciences
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	10211

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Abstract (German)

Abstract (German)

Erst seit kurzer Zeit ist bekannt, dass das Hitzeschockprotein 70 (Hsp70) auf der Zelloberfläche von Tumorzellen exprimiert wird. Ich konnte in meiner Doktorarbeit zeigen, dass die Oberflächenexpression von Hsp70 nicht nur auf Tumorzellenkulturzelllinien beschränkt ist, sondern auch auf Tumorbiopsiematerial und bei hämatologischen Erkrankungen auftritt. Exemplarisch wurden Daten des Screeningprogramms mit Melanomen gezeigt. Auf Zellen von gesunden Geweben oder auf PBL gesunder Spender konnte keine Hsp70-Oberflächenexpression detektiert werden. Diese Befunde lassen die Aussage zu, dass es sich bei der Hsp70-Membranexpression um ein Tumor-spezifisches Merkmal handelt. Weiterhin untersuchte ich, ob sich die Hsp70-Membranexpression durch anti-neoplastische Reagenzien oder durch eine subletale -Bestrahlung modifizieren läßt. Ich konnte feststellen, dass speziell Tubulin-interagierende Zytostatika wie z.B. Paclitaxel oder Vincristin die Hsp70-Expression sowohl im Zytoplasma als auch auf der Membran steigern können. Im Gegensatz dazu wurde die Hsp70-Expression durch DNA-interagierende Reagenzien (z.B. Ifosfamid oder Cytarabin) weder im Zytoplasma noch auf der Zellmembran beeinflusst.
Weiterhin konnte ich feststellen, dass durch subletale -Bestrahlung die Hsp70-Membranexpression in Tumorzellen gesteigert werden konnte, die initial eine schwache Expression aufwiesen, wohingegen die Expression von initial stark exprimierenden Zellen nicht beeinflußt wird. Darüber hinaus konnte ich zeigen, dass Hsp70 zusammen mit dem Regulator- und Adapter-Protein Bag-4, sowohl im Zytoplasma, wie auch auf der Zellmembran interagiert. Die Zellmembranexpression von Hsp70 und Bag-4 erscheint nach Stresseinwirkung (Bestrahlung) einer Koregulation zu unterliegen. Erste experimentelle Hinweise meiner Arbeit deuten darauf hin, dass Hsp70 und Bag-4 in der Zellmembran in Caveolae organisiert sind. Eine Koexpression der Proteine mit Caveolin-1 und Rab-4 konnte von mir nachgewiesen werden.
Darüber hinaus gelang es mir nachzuweisen, dass Hsp70/Bag-4-positive Tumorzellen resistenter gegenüber Bestrahlungs-induzierte Effekte sind, wie z.B. dem G2/M-Arrest, der zu einer Proliferationshemmung führt. Zum anderen werden diese gegen konventionelle Therapien resistenten Tumore sehr gut von NK-Zellen erkannt, da Membran-ständiges Hsp70 als Erkennungs- und Zielstruktur fungiert.

Translation of the abstract (English)

Just for a short time it is known that Heat Shock Protein 70 (Hsp70) is expressed on the cell surface of tumor cells. During my Ph.D. I could show that the Hsp70 cell surface expression is not limited to tumor cell lines but also occurs on biopsies from tumor patients and on cells of patients suffering from hematological malignancies. Exemplary data from a screening program of melanoma were shown. On cells from healthy tissues or on PBL from healthy donors no Hsp70 membrane expression could be detected. These findings made me conclude that the Hsp70 membrane expression is a tumor-specific feature. Further on, I investigated whether the Hsp70 membrane expression could be modified by anti-neoplastic agents or -irradiation. I managed to detect that especially tubulin-interacting agents, e.g. Paclitaxel or Vincristin, increase the Hsp70-expression not only in the cytoplasm but on the cell membrane. In the opposite the Hsp70 expression neither in the cytoplasm, nor on the membrane was influenced by DNA-interacting agents (e.g. Ifosfamid or Cytarabin).
Beyond, I detected an increase of the Hsp70 membrane expression on tumor cells with initially low expression induced by sublethal -irradiation. However, the expression of initially high expressing cells was not influenced by -irradiation. Further on I showed that Hsp70 is interacting with the regulator and adapter protein Bag-4, both in the cytoplasm and on the cell membrane. The membrane expression of Hsp70 and Bag-4 was co-regulated following stress (irradiation). Further experimental data pointed out that Hsp70 and Bag-4 are organized in caveolae in the cell membrane. Co-expression of Hsp70/Bag-4 with Caveolin-1 and Rab-4 could be proved.
Additionally, I verified that Hsp70/Bag-4-positive tumor cells are more resistant to radiation-induced effects, e.g. G2/M arrest inhibiting proliferation, than negative ones. Although resistant against conventional therapies, high expressing tumor cells are targets for NK cells because membrane-bound Hsp70 functions as recognition and target structure.

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