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PRAS40 and TSC2 regulate apoptosis during early development of embryoid bodies via mTOR

Christiane Fuchs

Art der Arbeit

Dissertation

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Lebenswissenschaften

Betreuer*in

Markus Hengstschläger

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DOI

10.25365/thesis.15549

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-30445.41978.953761-8

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Zurzeit sind chemotherapeutische oder operative Therapie bei Krebs die häufigsten Behandlungsarten und nur selten existieren Therapien für humangenetische Erkrankungen. Deshalb suchen Wissenschafter nach neuen Methoden und legen dabei ihr Augenmerk auf die Stammzellforschung, welche in den letzten Jahren wesentliche Fortschritte gemacht hat. Embryonale Stammzellen besitzen einerseits das Potential in alle drei Keimblätter zu differenzieren und haben eine hohe Proliferationsrate. Neben den ethischen Bedenken besteht auch noch das Risiko einer Tumorentstehung. Andererseits existieren adulte Stammzellen aus den unterschiedlichsten Geweben, welche aber nur begrenzte Proliferationsrate und Differenzierungspotential besitzen. Mit der Entdeckung von Stammzellen in humanem Fruchtwasser im Jahre 2003 wurde frischer Wind in das Gebiet rund um die Stammzellforschung gebracht, da diese Zellen in viele Zellarten der drei Keimblätter differenzieren können, hohe Proliferationsraten haben und keine Teratome formen. Der mTOR Signalweg spielt eine wichtige Rolle bei Zellwachstum, Zellzyklusregulation, Translation, Apoptose, Energie- und Nährstoffhaushalt. Darüber hinaus ist dieser in vielen Krebsarten und genetischen Erkrankungen dereguliert. Ein wesentlicher Regulator des mTOR Signalwegs ist TSC2, das gemeinsam mit TSC1 einen Komplex bildet. Eine Mutation in einem der beiden Gene löst Tuberöse Hirnsklerose aus, eine humangenetische Erkrankung, die 1 von 6000 Geburten betrifft. Im Jahre 2003 wurde ein weiterer Regulator von mTORC1 identifiziert – PRAS40, welcher in manchen Krebserkrankungen dereguliert ist und eine mögliche Rolle bei Diabetes spielt. Wir konnten beweisen, dass es möglich ist, embryoid bodies aus Fruchtwasserstammzellen zu formieren und dass dieser Vorgang mTOR-abhängig ist. Zweitens dazu imstande sind sich in renale Strukturen zu integrieren und dort zu differenzieren. Das Ziel dieses Projekts war es, die Rolle der zwei wichtigsten Regulatoren von mTORC1 – PRAS40 und TSC2 – in der früher embryonalen Entwicklung, anhand von embryoid bodies aus humanen Fruchtwasserstammzellen, zu studieren. Der Knockdown von PRAS40 und TSC2 löste massive Apoptose aus, welche durch den chemischen mTOR Inhibitor Rapamycin nicht verhindert werden konnte. Allerdings konnte diese aber durch den Knockdown von mTOR revertiert werden. Dies brachte uns zur Erkenntnis dass a) PRAS40 und TSC2 wesentliche anti-apoptotische Schlüsselmoleküle in der frühen embryonalen Entwicklung sind und b) diese Regulation von Rapamycin-insensitiven Funktionen mTORs abhängt.

Abstract

(Englisch)

To date the current available treatments are chemotherapy and surgery in cancer and only seldomly treatments or cures for human genetic diseases exist. Therefore scientists are seeking for new methods of therapy and many focus their research on stem cells and possible stem cell therapy as major advances were made in the recent years. On the one hand embryonic stem cells harbor the potential to differentiate into lineages of the three germ layers and are rapidly proliferating. However, besides the ethical concerns, they have the risk of teratoma formation in SCID mice. On the other hand adult stem cells derived from various tissues, have limited proliferation capacity and differentiation potential. In 2003 the discovery of stem cells in the human amniotic fluid (hAFS cells) smartened up the field of stem cell biology as these cells can differentiate into cells of the three germ layers, are highly proliferative and do not harbor the risk of teratoma formation. The mTOR pathway plays a critical role in cell growth, cell cycle regulation, translation, apoptosis, energy and nutrient sensing. Furthermore it is deregulated in many cancers and human genetic diseases. One major regulator of the mTOR pathway is TSC2, encoding tuberin, which forms a complex with TSC1 and mutation in either one gene causes tuberous sclerosis (TSC), a human genetic disease affecting 1:6000 births. In 2003 a novel negative regulator of mTORC1 was identified – the proline rich AKT substrate of 40kDa (PRAS40), which was found to be deregulated in some cancers and has a possible role in diabetes. We proved that hAFS cells are able to form embryoid bodies and that this is dependent on mTOR. Secondly, we showed that these cells were capable of integrating and differentiating into renal structures. The major aim of this thesis was to study the role of the two major regulators of mTORC1 – TSC2 and PRAS40 – in development using hAFS cells derived embryoid bodies to recapitulate early embryonic development. Knockdown of PRAS40 and TSC2 led to increased apoptosis in embryoid bodies, which could not be rescued by the mTORC1 inhibitor rapamycin; however it was possible to revert this effect by knocking down mTOR. This led us to the conclusion that a) PRAS40 and TSC2 are major anti-apoptotic gatekeepers in early development and b) this regulation depends on rapamycin- insensitive functions of mTOR.

Autor*innen

Christiane Fuchs

Haupttitel (Englisch)

PRAS40 and TSC2 regulate apoptosis during early development of embryoid bodies via mTOR

Paralleltitel (Deutsch)

PRAS40 und TSC2 regulieren Apoptose während der frühen embryonalen Entwicklung von Embryoid Bodies über mTOR

Publikationsjahr

2011

Umfangsangabe

121 S., Ill., graph. Darst.

Sprache

Englisch

Beurteiler*innen

Gottfried Dohr ,

Georg Krupitza

Klassifikationen

30 Naturwissenschaften allgemein > 30.03 Methoden und Techniken in den Naturwissenschaften ,

30 Naturwissenschaften allgemein > 30.99 Naturwissenschaften allgemein: Sonstiges

AC Nummer

AC09406521

Utheses ID

13945

Studienkennzahl

UA | 091 | 441 | |

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