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- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-325403
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 8 October 2015 |
| Referee: | Prof. Dr. Gunter Meister |
| Date of exam: | 2 October 2015 |
| Institutions: | Biology, Preclinical Medicine > Institut für Biochemie, Genetik und Mikrobiologie > Lehrstuhl für Biochemie I > Prof. Dr. Gunter Meister |
| Keywords: | glioblastoma, stem cells, Argonaute, TNRC6 proteins, nuclear transport |
| 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: | 32540 |
Abstract (English)
Small non-coding RNAs like microRNAs (miRNAs) are important regulators of gene expression. miRNAs bind to a member of the Argonaute (Ago) protein family and guide them to partially complementary sequences on target messenger RNAs (mRNAs). Argonaute-miRNA complexes silence target mRNAs by inducing translational repression and mRNA decay. To mediate these effects, Argonaute proteins interact with a ...
Abstract (English)
Small non-coding RNAs like microRNAs (miRNAs) are important regulators of gene expression. miRNAs bind to a member of the Argonaute (Ago) protein family and guide them to partially complementary sequences on target messenger RNAs (mRNAs). Argonaute-miRNA complexes silence target mRNAs by inducing translational repression and mRNA decay. To mediate these effects, Argonaute proteins interact with a member of the TNRC6 protein family, which recruit deadenylase and decapping complexes to the mRNA.
Post-transcriptional gene regulation by miRNAs has been implicated in central processes like differentiation, development and cell proliferation. Consequently, miRNAs also play important roles in diseases including cancer. In cancer, miRNAs can regulate both tumor suppressors and oncogenes. To get deeper insights into the role of miRNAs in cancer, we analyzed the role of miRNAs in cancer stem cells. Cancer stem cells are an undifferentiated subpopulation of cancer cells with properties of normal tissue stem cells including self-renewal and multipotency. Interestingly, it is thought that cancer stem cells drive tumor growth, contribute significantly to therapy resistance and cause tumor recurrence after therapy. We therefore isolated cancer stem cells and non cancer stem cells from Glioblastoma multiforme, an highly malignant brain tumor, which is thought to be driven by a cancer stem cell population. We analyzed miRNA expression between cancer stem cells and their non stem cell counterpart and identified miRNAs including miR-9, miR-9* and miR-17 to be preferentially expressed in glioblastoma stem cells. Inhibition of these miRNAs led to significantly reduced tumor growth in vitro, decreased the cancer stem cell pool and stimulated cell differentiation. To further characterize the function of miR-9*, we identified target genes including the putative transcription factor Calmodulin-binding transcription activator 1 (CAMTA1). CAMTA1 was validated as novel tumor suppressor in Glioblastoma multiforme, as overexpression of CAMTA1 led to strongly reduced tumor growth in vitro and in vivo and CAMTA1 expression correlated with patient survival. As CAMTA1 is a putative transcription factor, we further characterized potential CAMTA1 regulated genes. We identified the anti-proliferative cardiac hormone natriuretic peptide A (NPPA), which might at least in part mediate the tumor suppressive effects of CAMTA1. Therefore, these findings provide deep insights into novel players in Glioblastoma multiforme and cancer stem cell biology and could provide a basis for therapeutic strategies.
Although miRNAs, Ago and TNRC6 proteins are expected to function in the cytoplasm by regulating mRNAs, they have also been identified in the cell nucleus. However, whereas the post-transcriptional mechanisms in the cytoplasm are well understood, not much is known on their nuclear functions. Furthermore, it is totally unknown how they reach the nucleus to fulfill their nuclear functions. To better understand these processes, we characterized nuclear transport pathways of Ago and TNRC6 proteins. We show that Ago and TNRC6 proteins mainly localize to the cytoplasm but can be also identified in the nucleus of human cells. We provide direct evidence for nuclear import of Ago proteins and show that both Ago and TNRC6 shuttle between the nucleus and cytoplasm. We suggest that Ago proteins are imported by multiple redundant importins and show that TNRC6 proteins are imported via Impb. Therefore, both protein families are imported via different import routes. Nuclear export of both Ago and TNRC6 proteins was dependent on Crm1. Finally, we show that both protein families can regulate each others import by a cytoplasmic retention mechanism. In this mechanism, Ago-TNRC6 interaction prevents nuclear import, whereas free Ago and TNRC6 pools can be imported into the nucleus. We further provide evidence that Ago prevents the nuclear import of TNRC6 proteins by masking nuclear localization signals in TNRC6. We therefore suggest that nuclear import balances cytoplasmic Ago-TNRC6 levels, a mechanism that might be important for cytoplasmic miRNA-mediated gene silencing as well as possible nuclear Ago and TNRC6 functions.
Translation of the abstract (German)
Kleine nicht-codierende RNAs wie microRNAs (miRNAs) sind wichtige Regulatoren der Genexpression. miRNAs binden ein Mitglied der Argonaute (Ago) Proteinfamilie und steuern diese zu teilweise komplementären Sequenzen in Ziel-messenger RNAs (mRNAs). Durch Induktion von Translations-Inhibition und mRNA-Abbau legen Argonaute-miRNA Komplexe diese Ziel-mRNAs still. Um diese Effekte zu vermitteln, ...
Translation of the abstract (German)
Kleine nicht-codierende RNAs wie microRNAs (miRNAs) sind wichtige Regulatoren der Genexpression. miRNAs binden ein Mitglied der Argonaute (Ago) Proteinfamilie und steuern diese zu teilweise komplementären Sequenzen in Ziel-messenger RNAs (mRNAs). Durch Induktion von Translations-Inhibition und mRNA-Abbau legen Argonaute-miRNA Komplexe diese Ziel-mRNAs still. Um diese Effekte zu vermitteln, interagieren Argonaute Proteine mit einem Mitglied der TNRC6 Proteinfamilie, welche Deadenylase und Decapping Komplexe an die mRNA rekrutieren.
Post-transkriptionelle Genregulation durch miRNAs spielt eine wichtige Rolle in zentralen Prozessen wie Differenzierung, Entwicklung und Zellproliferation. Konsequenterweise übernehmen miRNAs auch wichtige Rollen in Krankheitsprozessen, wie zum Beispiel Krebs. miRNAs regulieren in Krebsprozessen sowohl Tumorsuppressoren als auch Onkogene. Um Einblicke in die Rolle von miRNAs in Krebs zu bekommen, haben wir die Funktion von miRNAs in Krebs-Stammzellen untersucht. Krebs-Stammzellen sind eine undifferenzierte Subpopulation von Krebszellen, welche Eigenschaften normaler Stammzellen besitzen, wie zum Beispiel self-renewal und multipotency. Es wird davon ausgegangen, dass Krebs-Stammzellen das Tumorwachstum beeinflussen, resistent gegen Chemotherapien sind und das Wiederanwachsen von Tumoren nach Therapie indizieren können. Wir haben deshalb Krebs-Stammzellen und nicht-Krebs-Stammzellen aus Glioblastoma multiforme isoliert, einem hoch-malignen Gehirntumor. Wir haben miRNA Expression in beiden Subpopulationen analysiert und gefunden, dass miR-9, miR-9* und miR-17 vorwiegend in Krebs-Stammzellen exprimiert sind. Eine Inhibition dieser miRNAs hat zu signifikant reduziertem Tumorwachstum in vitro geführt, den Krebs-Stammzell-Pool reduziert und Differenzierung stimuliert. Um die Funktion von miR-9* weiter zu charakterisieren, haben wir Ziel-mRNAs identifiziert, unter anderem den möglichen Transkriptionsfaktor Calmodulin-binding transcription activator 1 (CAMTA1). CAMTA1 wurde als neuer Tumorsuppressor in Glioblastoma multiforme validiert und zeigte bei Überexpression deutlich reduziertes Tumorwachstum in vitro und in vivo. CAMTA1 Expression korrelierte zudem mit der Überlebensdauer von Glioblastoma multiforme Patienten. Da CAMTA1 ein möglicher Transkriptionsfaktor ist, haben wir weiterhin mögliche Zielgene von CAMTA1 identifiziert. Wir haben das anti-proliferative Hormon natriuretic peptide A (NPPA) gefunden, welches zumindest teilweise die tumorsuppressiven Effekte von CAMTA1 erklären könnte. Deshalb haben die vorliegenden Ergebnisse tiefe Einblicke in neue wichtige Faktoren geliefert, welche Glioblastoma multiforme und Krebs-Stammzellen beeinflussen und deshalb neue therapeutische Strategien ermöglichen könnten.
Obwohl miRNAs, Ago und TNRC6 Proteine im Zytoplasma funktionieren, wurden sie ebenfalls im Zellkern identifiziert. Wohingegen die zytoplasmatischen Funktionen gut untersucht sind, ist nicht viel bekannt, wie beide Proteinfamilien im Zellkern funktionieren. Außerdem ist unbekannt, wie Ago und TNRC6 in den Zellkern transportiert werden, um dort mögliche Kernfunktionen zu erfüllen. Um diese Prozesse besser zu verstehen, haben wir Kerntransportprozesse von Ago und TNRC6 untersucht. Wir können zeigen, dass Ago und TNRC6 Proteine hauptsächlich im Zytoplasma lokalisieren, aber auch im Zellkern von humanen Zellen gefunden werden können. Wir liefern direkte Einblicke in den Kernimportprozess von Ago Proteinen und zeigen, dass beide Proteinfamilien, Ago und TNRC6, zwischen Kern und Zytoplasma shutteln können. Wir schlagen vor, dass Ago Proteine mittels eines redundanten Importwegs transportiert werden und zeigen dass TNRC6 Proteine durch Impb in den Zellkern transportiert werden. Deshalb nehmen beide Proteinfamilien getrennte Import-Wege. Der Export von Ago und TNRC6 aus dem Zellkern war abhängig vom Exportfaktor Crm1. Zuletzt liefern unsere Experimente Hinweise darauf, dass beide Proteinfamilien den Kernimport des jeweils anderen Bindepartners durch einen zytoplasmatischen Retentionsmechanismus regulieren können. In diesem Mechanismus verhindert Ago-TNRC6 Interaktion den Import in den Kern, wohingegen freie Ago und TNRC6 Pools in den Kern transportiert werden können. Des Weiteren weisen unsere Daten darauf hin, dass Ago den Kernimport von TNRC6 verhindert, indem es eine Kernlokalisierungssequenz auf TNRC6 maskiert. Deshalb schlagen wir vor, dass Kernimport zytoplasmatische Ago und TNRC6 Levels balanciert und dieser Mechanismus wichtig für die zytoplasmatische und nukleäre miRNA-vermittelte Genregulation ist.
Metadata last modified: 25 Nov 2020 15:36
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