| License: Publishing license for publications excluding print on demand (5MB) |
- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-313448
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.31344
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication | ||||
| Number of Pages: | 129 | ||||
| Date: | 8 February 2016 | ||||
| Referee: | Prof. Dr. Anja-Katrin Bosserhoff | ||||
| Date of exam: | 6 February 2015 | ||||
| Institutions: | Medicine > Lehrstuhl für Pathologie | ||||
| Classification: |
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| Keywords: | malignant melanoma, miRNA, mikroRNA, Argonaut, AGO2, miRNA-Prozessierung | ||||
| Dewey Decimal Classification: | 500 Science > 500 Natural sciences & mathematics | ||||
| Status: | Published | ||||
| Refereed: | Yes, this version has been refereed | ||||
| Created at the University of Regensburg: | Yes | ||||
| Item ID: | 31344 |
Abstract (German)
Das maligne Melanom ist eine bösartige Krebserkrankung der pigmentbildenden Zellen der Haut, den Melanozyten. Die Krankheit ist nahezu immer heilbar wenn der Primärtumor frühzeitig erkannt und vollständig entfernt wird. Das rasche Erkennen des Tumors ist wichtig, da das Melanom bereits in einem frühen Stadium zur Metastasierung neigt. Eine derzeit zugelassene Behandlungsmethode für Patienten mit ...
Abstract (German)
Das maligne Melanom ist eine bösartige Krebserkrankung der pigmentbildenden Zellen der Haut, den Melanozyten. Die Krankheit ist nahezu immer heilbar wenn der Primärtumor frühzeitig erkannt und vollständig entfernt wird. Das rasche Erkennen des Tumors ist wichtig, da das Melanom bereits in einem frühen Stadium zur Metastasierung neigt. Eine derzeit zugelassene Behandlungsmethode für Patienten mit einem metastasierenden Melanom in Kombination mit einer aktivierenden BRAF Mutation stellt der selektive Inhibitor Vemurafenib dar. Dieser inhibiert das aktivierte Onkogen BRAF(V600E), welches in ca. 50 % aller Melanom-Patienten vorhanden ist und führt dadurch die Tumorzelle in Seneszenz. Allerdings entwickeln Melanom-Patienten mit zunehmender Behandlungsdauer Resistenzen gegen Vemurafenib. Diese Resistenzen und die Eigenschaft des Melanoms, eine hohe Toleranz gegenüber klassischen Chemo- oder Strahlentherapien zu besitzen, unterstreichen die Notwendigkeit für alternative Behandlungsmethoden für Melanom-Patienten.
MikroRNAs (miRNAs) könnten einen Angriffspunkt für eine solche Behandlungsmethode darstellen, da sie durch die Regulation der Proteinexpression viele wichtige Funktionen, wie beispielsweise die Proliferation, die Differenzierung und den Metabolismus einer Zelle, steuern. MiRNAs werden transkribiert und anschließend über eine Enzymkaskade bis zur maturen miRNA prozessiert. Eine Proteinfamilie nimmt dabei eine Schlüsselfunktion ein: die Familie der Argonaut (AGO) Proteine. Diese Proteine binden die Duplex aus der maturen miRNA und der zu inhibierenden messenger RNA (mRNA) des miRNA-Zielgens. Im Menschen gehören vier verschiedene AGO Proteine (AGO1-4) dieser Proteinfamilie an. Jedoch ist nur AGO2 in der Lage, die mRNA direkt hydrolytisch zu spalten. Die AGO Proteine 1, 3 und 4 können ebenfalls die Translation des Zielproteins inhibieren, jedoch nicht durch eine direkte Degradation des Gentranskripts.
Im ersten Abschnitt dieser Dissertation konnte erstmalig eine deutliche Reduktion aller AGO Proteine im Melanom im Vergleich zu Melanozyten nachgewiesen werden. Dabei zeigte sich, dass das AGO2 Protein stärker reprimiert wird als die übrigen AGO Proteine. Es konnte zudem festgestellt werden, dass es sich bei der AGO2 Reduktion um ein für das Melanom spezifisches Phänomen handelt, da in anderen Tumorarten keine differenzielle AGO2 Expression nachgewiesen werden konnte.
Resultierend aus den primären Ergebnissen, der melanomspezifischen AGO2 Reduktion, beschäftigte sich der zweite Teil dieser Arbeit mit den Konsequenzen dieses Phänomens für die miRNA Prozessierung und deren Einfluss auf die Zelle. Dabei zeigte sich, dass die AGO2 Reduktion für eine erhebliche Verminderung der si- und miRNA Effektivität verantwortlich ist. Mit Hilfe von cDNA-Array Analysen konnte zudem nachgewiesen werden, dass die AGO2 Modulation im Melanom eine sehr große Anzahl an Proteinen beeinflusst, die in vielen wichtigen Zellprozessen involviert sind. Zudem konnte auch eine phänotypische Veränderung in der Migrationsfähigkeit von Melanomzellen aufgrund der AGO2 Reduktion festgestellt werden.
Der dritte Teil spiegelt die Suche nach der Ursache der AGO2 Reduktion wieder. Die Änderung der AGO2 Proteinmenge ist nur durch direkte Proteinanalysen zu detektieren, nicht jedoch durch Analysen der Genexpression, was auf einen post-transkriptionellen Regulationsmechanismus hindeutet. Nach dem experimentellen Ausschluss des Proteasom-Systems als AGO2-modulierendes System in Melanomzellen konnte der Nachweis einer AGO2 Reduktion durch miRNAs erbracht werden.
Seit ihrer Entdeckung 1993 ist der Erkenntnisstand über miRNAs und deren vielseitiges Regulationsnetzwerk in der Zelle erheblich gewachsen. Seitdem sind miRNAs gewiss auch für einen Einsatz in der Therapie von Krankheiten von großem Interesse. Beispielsweise wird bei der miRNA Replacement Therapie eine tumor-suppressor-miRNA, welche einen Funktionsverlust in der Krebszelle aufweist, durch eine therapeutische miRNA ersetzt. Dieser Therapieansatz ist jedoch vollständig abhängig von einer funktionellen miRNA Prozessierung und somit auch von den AGO Proteinen. Die im Rahmen dieser Arbeit gewonnen Erkenntnisse über die spezifische AGO2 Reduktion im Melanom können daher dazu beitragen die Effektivität der miRNA Replacement Therapie für das maligne Melanom zu steigern.
Translation of the abstract (English)
Malignant melanoma is a malignant cancer of the pigment forming cells of the skin, the melanocytes. Based on the melanoma trait of metastasizing at very early tumor stages, the complete surgical removal of the primary tumor before metastasis occurs is the only effective treatment today. An approved treatment for metastatic melanoma in combination with an activating BRAF mutation is the selective ...
Translation of the abstract (English)
Malignant melanoma is a malignant cancer of the pigment forming cells of the skin, the melanocytes. Based on the melanoma trait of metastasizing at very early tumor stages, the complete surgical removal of the primary tumor before metastasis occurs is the only effective treatment today. An approved treatment for metastatic melanoma in combination with an activating BRAF mutation is the selective BRAF(V600E) inhibitor Vemurafenib. This BRAF mutation is present in 50 % of all melanomas. During the therapy all melanoma patients develop resistance against Vemurafinib. This fact in combination with the high tolerance of melanoma cells against chemo- and radiotherapies highlights the neccessity of new treatment modalities for melanoma patients.
MicroRNAs (miRNAs) could potentially represent a target for melanoma treatment because of their ability to modulate protein expression and therefore control processes as diverse as proliferation, differentiation and metabolism of the cell. MiRNAs are processed by a multi enzyme cascade after transcription to become the mature miRNA. One protein family acts as a key player in miRNA processing: the Argonaute (AGO) proteins. They are able to bind the duplex of mature miRNA and the target mRNA for repression of protein translation. The family of human AGO proteins consists of four members (AGO1-4), which are all responsible for translational repression, but only AGO2 is able to hydrolytically cleave the target gene transcript.
The first part of this thesis demonstrated for the first time a strong and significant reduction of all AGO proteins in melanoma as compared to melanocytes. However, this reduction is not evenly distributed among the four AGO proteins with AGO2 showing the strongest reduction. Interestingly, this was not observed in other types of cancer, hinting to a molecular process unique to melanoma.
Based on the primary results that a melanoma-specific AGO2 reduction was found, the second section of this thesis is devoted to the consequences of this phenomen for miRNA processing and its influence on the cell. It was found that the lower AGO2 amount is responsible for a significant reduction of the siRNA and miRNAs effectiveness. With the help of a cDNA array analysis it was also found that the AGO2 modulation in melanoma affects a very large number of proteins which are involved in many important cellular processes. This is also reflected in the phenotypic alteration of the migratory potential of melanoma cells coinciding with the AGO2 reduction.
The third part of this thesis is devoted to identifying the cause of the AGO2 reduction in melanoma. The AGO reduction was only detectable by protein analysis, whereas gene expression analysis did not show any alterations, indicating a post-transcriptional regulatory mechanism. After the exclusion of the proteasome as AGO2 modulating system, it was demonstrated that miRNAs are responsible for the AGO2 reduction in melanoma cells.
Since their discovery in 1993, the knowledge of miRNAs and their versatile regulatory network in the cell has grown considerably. Since then, miRNAs are also of great interest for uses in the treatment of various diseases. Thus, tumor suppressor miRNAs showing a loss-of-function in cancer can be “replaced” by a therapy involving the re-introduction of miRNAs into diseased tissues, thereby reactivating pathways that drive a therapeutic response. The results of this work, namely the strong reduction of AGO2 and the corresponding consequences in melanoma, will potentially help to increase the effectiveness of the miRNA replacement therapy strategy.
Metadata last modified: 26 Nov 2020 00:23
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