| License: Publishing license for publications excluding print on demand (2MB) |
- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-opus-8688
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.10611
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 16 December 2007 |
| Referee: | Stephan (Prof. Dr.) Schneuwly |
| Date of exam: | 18 September 2007 |
| Institutions: | Biology, Preclinical Medicine > Institut für Zoologie > Entwicklungsbiologie (Prof. Dr. Stephan Schneuwly) |
| Keywords: | Melanom , Transforming Growth Factor beta , Proliferation , Regulation , Fibroblastenwachstumsfaktor , Signaltransduktion , Invasion <Biologie> , BMP , malignant melanoma , BMP , TGF beta , angiogenesis , cell invasion |
| Dewey Decimal Classification: | 600 Technology > 610 Medical sciences Medicine |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 10611 |
Abstract (German)
Im Rahmen dieser Dissertation sollte die Funktion der BMP/ TGF-beta Signalkaskade bei der Entstehung und Progression des malignen Melanoms weiter aufgeklärt werden, um zum besseren Verständnis dieser Erkrankung beizutragen. In normalen Melanozyten fungiert TGF-beta als negativer Regulator der Proliferation. Melanomzellen hingegen zeigen, in Abhängigkeit von der Tumorprogression, zunehmende ...
Abstract (German)
Im Rahmen dieser Dissertation sollte die Funktion der BMP/ TGF-beta Signalkaskade bei der Entstehung und Progression des malignen Melanoms weiter aufgeklärt werden, um zum besseren Verständnis dieser Erkrankung beizutragen.
In normalen Melanozyten fungiert TGF-beta als negativer Regulator der Proliferation. Melanomzellen hingegen zeigen, in Abhängigkeit von der Tumorprogression, zunehmende Resistenz gegenüber anti-proliferativen Effekten. Sie produzieren und sezernieren sogar selbst TGF-beta 1, 2 und 3, welche zur Degradation der extrazellulären Matrix, verbessertem Überleben und einem aggressiveren Phänotyp beitragen. Es war lange unklar, wie Melanomzellen den anti-proliferativen Effekten durch TGF-beta entgehen können, bis Reed und Kollegen die Funktion des Ko-Repressors Ski im Melanom aufklärten (Reed et al. 2001). Ski bindet und inhibiert die Signaltransduktionsmoleküle Smad 2, 3 und 4 und verhindert dadurch, zusammen mit zusätzlichen Faktoren, die Transkription von TGF-beta Zielgenen. Expressionsanalysen unserer Melanomzelllinien ergaben jedoch, dass diese Zellen kein Ski exprimieren, obwohl sie resistent gegenüber der Proliferationskontrolle durch TGF-beta sind. Dieses Ergebnis veranlasste uns die TGF-beta Signalkaskade genauer zu untersuchen. Es sollten die Mechanismen und potentielle neue Faktoren, die an der Inhibition der Proliferation beteiligt sind, analysiert werden.
Inaktivierende Mutationen im TGF-beta Rezeptor, die eine Rolle in anderen Krebsarten spielen, konnten durch Sequenzierung ausgeschlossen werden. Es zeigte sich jedoch, dass das Ski-homologe Protein Sno von allen analysierten Melanomzellen stark exprimiert wird. Analysen ergaben, dass Sno, ebenso wie Ski, vor anti-proliferativen Einflüssen durch TGF-beta schützt und als Ko-Repressor des TGF-beta Signalweges im Melanom fungiert. Die Expression der beiden Ko-Repressoren Ski und Sno wird unseren Analysen zufolge durch das Protein MIA aktiviert. MIA ist an der Metastasierung von Melanomzellen beteiligt indem es die Anhaftung der Zellen an extrazelluläre Matrixkomponenten verhindert. Des weiteren induziert MIA die Expression von Melanom-assoziierten Genen. Im Rahmen dieser Arbeit konnte nun gezeigt werden, dass MIA auch an der Regulation der TGF-beta Signalkaskade beteiligt ist. Durch Induktion der Expression von Ski und Sno wird die Transkription von TGF-beta Zielgenen verhindert und ein Schutz vor anti-proliferativen Effekten erreicht.
Die Funktion von TGF-beta als autokriner Stimulator ist seit langem bekannt. Die bislang unbekannte Rolle von BMPs, Mitgliedern der TGF-beta Familie, bei der Melanomentstehung und Progression sollte im Rahmen dieser Arbeit detailliert untersucht werden. Die Expressionanalyse von BMP-2- -15 zeigte, dass ein Großteil der BMPs von Melanomzellen exprimiert wird. Umfangreiche Analysen zur Regulation der BMP-4 Expression ergaben, dass der BMP-4 Promotor negativ durch AP-2 alpha und positiv durch Ets-1 reguliert wird. Für BMP-7 lässt sich ein ähnlicher Mechanismus vermuten, der jedoch noch weiter untersucht werden muss.
Funktionelle Untersuchungen ergaben, dass BMPs sowohl als autokrine Stimulatoren für die Melanomzellen selbst, als auch als parakrine Stimulatoren für Zellen der Tumorumgebung fungieren. Sie induzieren autokrin die Migrations- und Invasionsfähigkeit der Tumorzellen, sowie deren Fähigkeit zur �vasculogenic mimicry�. Die Analyse von parakrinen Effekten beschränkte sich in dieser Arbeit auf die Endothelzellen des Tumorstromas, der Einfluss auf andere Zelltypen (Fibroblasten, Keratinozyten, Immunzellen) muss in weiteren Studien analysiert werden. Dabei zeigte sich, dass sezernierte BMPs zum einen als chemoattraktive Substanzen, aber auch als Aktivatoren der Tubenbildung in vitro für Endothelzellen fungieren. In vivo Daten aus Nacktmausversuchen konnten diese Ergebnisse bestätigen. Dazu wurden Melanomzellklone, die durch antisense BMP-4 Transfektion bzw. durch Überexpression des BMP Inhibitors Chordin eine verminderte BMP Expression und Aktivität aufweisen, subkutan in Nacktmäuse injiziert. Tumore, die aus Zellen mit verminderter BMP Aktivität entstanden sind, wiesen eine verringerte Anzahl an Gefäßstrukturen auf.
Zusätzlich zur Funktionsanalyse wurden einige BMPs auf ihre Eignung als molekulare Marker untersucht. Dabei wurde BMP-7 als potentieller, neuer prognostischer Marker für rezidivfreies Überleben bei Melanompatienten identifiziert.
Neben der Analyse von Expression und Funktion sollte auch das Zusammenspiel von BMPs mit dem Wachstumsfaktor FGF-2 untersucht werden. FGF-2 ist ein wichtiger Faktor, der zu einem transformierten Phänotyp bei Melanozyten, zum verbesserten Überleben und zur verstärkten Proliferation bei Melanomzellen beiträgt. Unsere Untersuchungen konnten zeigen, dass FGF-2 über die Aktivierung des Transkriptionsfaktors Ets-1, die Expression und Aktivität von BMPs induzieren kann.
Im Rahmen dieser Arbeit konnte somit aufgeklärt werden, dass eine neue Molekülgruppe, die bone morphogenetic proteins, durch autokrine und parakrine Effekte zur Tumorprogression beitragen und damit interessante Angriffspunkte für die Tumortherapie darstellen könnten.
Translation of the abstract (English)
The goal of this dissertation was to analyze the role of the BMP/ TGF-beta signaling cascade during development and progression of malignant melanoma, to contribute to a better understanding of this disease. It is known that TGF-beta is a negative regulator of proliferation in normal melanocytes. Melanoma cells, however, show increasing resistance to TGF-beta mediated anti-proliferative ...
Translation of the abstract (English)
The goal of this dissertation was to analyze the role of the BMP/ TGF-beta signaling cascade during development and progression of malignant melanoma, to contribute to a better understanding of this disease.
It is known that TGF-beta is a negative regulator of proliferation in normal melanocytes. Melanoma cells, however, show increasing resistance to TGF-beta mediated anti-proliferative influences depending on tumor progression. They even produce and secrete substantial amounts of TGF-beta 1, 2 and 3 which contribute to extracellular matrix degradation, increased survival and a more aggressive phenotype. It was not clear how melanoma cells can escape TGF-beta mediated anti-proliferative stimuli until Reed and colleagues (Reed et al., 2001) discovered the function of the transcriptional co-repressor Ski. Ski binds to the signal transduction molecules Smad 2, 3 and 4, inhibits their function and therefore the transcription of TGF beta target genes. However, the melanoma cell lines we analyzed did not express the co-repressor Ski, but all showed resistance to proliferation control by TGF-beta. These findings prompted us to analyze the TGF-beta signaling cascade in melanoma more closely. Sequencing of the TGF-beta receptor ruled out inactivating mutations which were reported for other types of cancer, but we detected strong expression of the Ski homologous protein Sno, which also prevents melanoma cells from TGF-beta mediated anti-proliferative stimuli. Moreover, our analyses revealed that the protein MIA (melanoma inhibitory activity) activates the expression of Ski and Sno. MIA plays an important role during the process of metastasis and for the regulation of melanoma associated genes. Now we were able to show that MIA also takes part in the regulation of the TGF-beta signaling cascade, by regulating the expression of Ski and Sno and therefore preventing melanoma cells from anti-proliferative effects.
The second part of the dissertation deals with the, so far unknown, role of bone morphogenetic proteins, members of the TGF-beta superfamily. Expression analyses revealed the expression of the majority of BMPs (BMP-2-15) in different melanoma cell lines and tissues. Analyses of the BMP-4 promoter showed that the expression of BMP-4 is positively regulated by Ets-1 and negatively regulated by AP-2. Additional functional analyses showed autocrine stimuli on the melanoma cells themselves as well as paracrine effects on the tumor microenvironment. BMPs enhance the migration and invasion capacity of the tumor cells as well as their ability for vasculogenic mimicry. Moreover, BMPs act as chemo-attractants and as activators of tube formation for endothelial cells. In vivo data confirmed these results.
Beside the functional analyses we tested some BMPs for their suitability as molecular markers. During this screen we identified BMP-7 as new potential prognostic marker for recurrence free survival of melanoma patients.
In summary the role of bone morphogenetic proteins in melanoma was analyzed and revealed that BMPs contribute to tumor progression in an autocrine as well as a paracrine manner and that BMPs might be interesting targets for tumor therapy.
Metadata last modified: 26 Nov 2020 12:39
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