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Exploring biological and pathological functions of TGFß family member activin C

Katja Seir

Art der Arbeit

Dissertation

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Lebenswissenschaften

Betreuer*in

Christopher Gerner

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DOI

10.25365/thesis.10564

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-29621.25800.460861-3

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Aktivine und ihre Antagonisten Inhibine sind Zytokine der Transforming Growth Factor (TGFβ) Familie, mit wichtigen regulatorischen Funktionen in verschiedensten physiologischen Prozessen. Aktivine sind Homo- oder Hetreodimere die aus zwei durch Disulphidbrücken verbundenen β Untereinheiten bestehen. In Säugetieren wurden bisher vier dieser Untereinheiten identifiziert: βA, βB, βC und βE. Im Gegenteil dazu bestehen Inhibine aus einer α und einer β Untereinheit. Während die βA mRNA und die βB mRNA in vielen Organen relativ hoch exprimiert werden, sind die βC und βE mRNAs hauptsächlich in der Leber vorhanden. Aktivin A ist das am besten erforschte Aktivin. Es steht im Zusammenhang mit Reproduktion, embryonaler Entwicklung, Homeostasis, Inflammation und Gewebereparatur. In der Leber leistet es einen Beitrag zur Regulation von Zellproliferation, Apoptosis und Gewebearchitektur. Zusätzlich zeichnet die Deregulierung von Aktivin A verantwortlich für pathologische Vorgänge wie hepatische Inflammation, Fibrose und Kanzerogenese. Die biologischen Funktionen der anderen Familien Mitglieder und deren Involvierung in Biologie und Erkrankungen der Leber sind bislang noch sehr unzureichend erforscht. Der erste Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der mRNA Expression der kompletten Inhibin Gen Familie, um neue Erkenntnisse über die möglichen Funktionen von Aktivinen und Inhibinen in humaner Hepatozellulärer Karzinogenese zu erlangen. Mit der Hilfe von quantitativer Real-Time PCR Analyse konnten wir eine starke Erhöhung der Inhibin α in hepatozellulären Karzinomen und umgebendem Gewebe im Vergleich zu Proben von gesunden Spendern sehen. Alle vier β Untereinheiten wurden in Proben von gesunden Spendern und von Patienten exprimiert, wobei die Expression der βB Untereinheit im Vergleich von normal zu maligne erhöht war. Diese Arbeit zeigt als erste einen signifikanten Zusammenhang zwischen den Expressionshöhen der Inhibin α und βB mRNA in humanen hepatuzellulären Karzinomen. Im Unterschied zu Daten aus verschiedenen Nagermodellen deuten diese Ergebnisse außerdem auf eine Tumor promovierende Rolle der Inhibine und Aktivine und deren entsprechenden Signalwege hin. Wie auch andere TGFβ Familienmitglieder vermitteln Activin A und B ihre Aufgabe durch transmembrane Serin/Threonin Kinase Rezeptoren und Smad Proteine. Rezeptoren und nachfolgende Signalwege für Activin C und Aktivin E sind hingegen noch nicht sehr gut erforscht, wobei es Hinweise auf Smad unabhängige Mechanismen gibt. Im zweiten Teil der Arbeit ist es mir gelungen erstmals einen Unterschied in den Signalwegen von Aktivin C zwischen primären humanen Hepatozyten und Hepatomazelllinien zu zeigen. Aktivin C stimuliert Phosphorylierung von ERK in Zellen ohne basale Smad Phosphorylierung. Außerdem kann Aktivin C durch Phosphorylierung von ERK Apoptose induzieren, und zwar über einen Caspase 3 unabhängigen Mechanismus. Wie bereits erwähnt ist Aktivin A in viele biologische Mechanismen involviert. Das Ziel des dritten Teils war es eine mögliche Rolle von Aktivin C in der embryonale Entwicklung, Apoptose, Inflammation und Kanzerogenese näher zu definieren. Wir konnten zeigen, daß Aktivin A und Aktivin C die Viabilität von Rattenembryonalzellen abhängig vom Tag ihrer Entwicklung, also abhängig von der Expression der jeweiligen Rezeptoren und somit Zugänglichkeit für die Faktoren, beeinflußt. Mittels eines gut etablierten Apoptose Zellmodells stellten wir eine modulierende Rolle für Aktivin C und die anderen Familienmitglieder in der Apoptose fest. Hinsichtlich Inflammation ist Aktivin C fähig basale wie auch IL6 induzierte T-Kininogen mRNA Werte in primären Rattenhepatozyten zu erniedrigen. Andererseits erhöht es die Sekretion von TNFα in LPS behandelten Kupffer Zellen. Gemeinsam mit den unterschiedlichen Effekten von Aktivin C auf die CRP Freisetzung in primären humanen Hepatozyten, die offensichtlich von der Anamnese der Patienten abhängen, betonen wir die Notwendigkeit eines vorangehenden Impulses für die Wirkung der Aktivine. Zusammenfassend bestätigen die Ergebnisse dieser Studien die Rolle der Aktivine in physiologischen wie auch pathologischen Mechanismen, und zeigen eine modulierende Rolle für Aktivin C. Die hier vorliegende Identifizierung eines Smad unabhängigen Signalwegs für Aktivin C ist ein wichtiger Schritt für die zukünftige Aufklärung der stark verflochtenen Aufgabengebiete dieser biologisch sehr komplexen TGFβ Familienmitglieder.

Abstract

(Englisch)

Activins and their antagonists inhibins are cytokines of the transforming growth factor β family (TGFβ), with important regulatory functions in a wide array of physiological processes. Activins are homo- or heterodimers consisting of two disulfide-linked β subunits, four mammalian activin β subunits - βA, βB, βC, βE - have been identified in mammalian cells. Inhibins in contrast are heterodimers composed of an α subunit and a β subunit. Whereas the expression of βA and βB subunits is high and widely distributed in many organs, the βC and βE subunits are predominantly expressed in the liver. Activin A is by far the best investigated activin. It has been implicated for instance in reproductive biology, embryonic development, homeostasis, inflammation and tissue repair. In the liver it contributes to regulation of cell growth, apoptosis and tissue architecture. Additionally, deregulation of activin A signaling accounts for pathologic conditions such as hepatic inflammation, fibrosis and carcinogenesis. The biological functions of the other family members and their involvement in liver biology and diseases are still poorly understood. The first part of this work deals with the mRNA expression pattern of the complete inhibin gene family to obtain novel insights into possible functions of activins and inhibins in human hepatocellular carcinogenesis. Using quantitative real-time PCR analysis we found strongly increased inhibin α subunit expression comparing samples of hepatocellular carcinoma and tumor surrounding tissue to samples from healthy donors. All four β subunits were expressed in normal and patient samples, whereas expression of βB subunit increased from normal to malignant samples. This study is the first to report a significant relation of the inhibin α and inhibin βB mRNA levels to human hepatocellular carcinoma. Furthermore, these data, different from those in rodent model systems, suggest a tumor promoting role of inhibin and activin proteins and their respective pathway. Like other members of the TGFβ family activin A and B are known to elicit their actions through transmembrane serine/threonine kinase receptors and Smad proteins. Receptors and downstream signaling for activin C or E however are hardly elucidated, whereas there are data suggesting Smad independent mechanisms. In the second part of this work we show for the first time that activin C signaling differs between primary human hepatocytes and hepatoma cell lines, as activin C stimulates phosphorylation of ERK in cells without basal Smad phosphorylation. Furthermore we report that activin C is able to induce apoptosis by ERK phosphorylation in a Caspase 3 independent way. As mentioned above activin A is known to be involved in many biological mechanisms, like development, apoptosis, inflammation and cancerogenicity. The objective of the third part was to define the role of activin C in these biological functions. Thus, we report that activin A and C effect viability during development depending on the day of growth, hence expression of the respective receptor and accessibility for these factors. Data gained on the basis of a

Autor*innen

Katja Seir

Haupttitel (Englisch)

Exploring biological and pathological functions of TGFß family member activin C

Paralleltitel (Deutsch)

Suche nach biologischen und pathologischen Funktionen des TGFβ Familienmitgliedes Aktivin C

Publikationsjahr

2010

Umfangsangabe

145 S. : Ill., graf. Darst.

Sprache

Englisch

Beurteiler*innen

Michael Schwarz ,

Bernhard Lüscher

Klassifikationen

42 Biologie > 42.30 Mikrobiologie ,

44 Medizin > 44.81 Onkologie

AC Nummer

AC08209164

Utheses ID

9539

Studienkennzahl

UA | 091 | 442 | |

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