Dokument: Activity Regulation of the Apoptosis and Autophagy Executioners Caspase-9 and ULK1

Titel:	Activity Regulation of the Apoptosis and Autophagy Executioners Caspase-9 and ULK1
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=34596
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20150625-112935-1
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Drießen, Stefan [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 11,97 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 16.06.2015 / geändert 16.06.2015
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	In the first part of the thesis, apoptotic processes were examined. Apoptosis, a form of programmed cell death, is essential inter alia for cell homeostasis, embryogenesis and elimination of tumor cells. Apoptosis is mainly activated via the extrinsic death receptor pathway and the intrinsic mitochondrial pathway, which is characterized by mitochondria outer membrane permeabilization (MOMP), apoptosome formation that induces the activation of the initiator apoptosis executioner caspase 9 (cysteine aspartate-specific protease 9), and effector caspase activation, ultimately leading to cell death. Most common, cancer therapeutics induce cell death via the intrinsic apoptosis pathway by genotoxic stress, and in turn tumor cells gain radio- and chemotherapy resistance by disrupting the intrinsic apoptosis pathway. The broad-range kinase inhibitor staurosporine (STS) has the ability to induce caspase-9 activation bypassing the canonical intrinsic apoptosis pathway and thereby enabling the elimination of radio- and chemotherapy resistant tumor cells. Using STS, it could be shown that caspase-9 activation bypassing the intrinsic apoptosis pathway relies on the caspase activation and recruitment domain (CARD). In contrast, other proteases like calpains, cathepsins, and capsase-4 were not involved. In addition, caspase-9 phosphorylation status is not important for STS induced caspase-9 activation, but its activation by another macro-molecular complex employing CARD to CARD interaction is assumable, in which putatively BAG2 plays a crucial role. The further understanding of alternative caspase-9 activation mechanisms increases the chance for overcoming chemo- and radiotherapy resistance in tumor cells. In the second part of the thesis, autophagic processes were examined. (Macro)autophagy is a highly conserved pro-survival cellular process responsible for the degradation of long-lived proteins and old/damaged organelles. Autophagy maintains cellular homeostasis and supports adaption to cellular stress conditions like starvation. The central complex for regulating autophagy initiation is the ULK1 complex consisting of the Ser/Thr kinases ULK1/2, and the accessory proteins ATG13, RB1CC1, and ATG101. Under normal conditions the complex is kept inactivated by phosphorylation through mTORC1, whereas activated under cellular stress conditions via dephosphorylation/phosphorylation processes. Based on previous findings it has been proposed that ULK1 stability is regulated by ubiquitination, however deubiquitinases (DUBs) regulating ULK1 ubiquitination have not been characterized yet. Using the partially selective DUB-inhibitor WP1130, it was confirmed that ULK1 is post-translationally modified by ubiquitination, which induces the aggregation of ULK1/2 and its transfer to perinuclear aggresomes. Furthermore, upon aggregation, ULK1/2 kinase activity was abrogated leading ultimately to autophagy inhibition by WP1130 treatment. Collectively, these results strongly indicate that deubiquitinases regulate ULK1 stability, activity, and overall autophagy. Accordingly, regulation of ULK1 ubiquitination might be an effective approach to modulate the autophagic response that can be of advance in combinatorial anticancer therapies. Der erste Teil der Dissertation beschäftigt sich mit der Untersuchung apoptotischer Prozesse. Apoptose, eine Form des programmierten Zelltods, ist unter anderem entscheidend für die Erhaltung der Zellhomöostase, der Embryogenese und der Eliminierung von Tumorzellen. Apoptose wird hauptsächlich durch den extrinsischen Todesrezeptorsignalweg und den intrinsischen mitochondrialen Signalweg aktiviert. Letzterer ist gekennzeichnet durch die Permeabilisierung der äußeren Mitochondrienmembran, der Apoptosomformation, welche die Aktivierung der Initiatorcaspase Caspase 9 induziert, und die Effektorcaspasen Aktivierung, die schlussendlich zum Zelltod führt. Hauptsächlich induzieren Krebstherapeutika den Zelltod über den intrinsischen Apoptosesignalweg durch genotoxischen Stress. Im Gegenzug werden Tumorzellen Strahlungs- und Chemotherapie-resistent durch die Blockierung des intrinsischen Apoptosesignalwegs. Der Breitband Kinaseinhibitor Staurosporin (STS) hat die Möglichkeit, Caspase-9 Aktivierung zu induzieren, die unabhängig vom kanonischen intrinsischen Apoptosesignalweg abläuft und dadurch die Eliminierung therapieresistenter Tumorzellen ermöglicht. Es konnte gezeigt werden, dass die Staurosporin induzierte Caspase-9 Aktivierung von der caspase activation and recruitment domain (CARD) abhängig ist. Im Gegensatz sind andere Proteasen wie Calpaine, Cathepsine oder Caspase 4 nicht involviert. Des Weiteren hat der Caspase-9 Phosphorylierungsstatus keinen Einfluss auf die STS induzierte Aktivierung von Caspase-9. Es ist jedoch naheliegend, dass die Aktivierung durch einen anderen makromolekularen Komplex mittels CARD-CARD Interaktion stattfindet, in welchem möglicherweise BAG2 eine entscheidende Rolle spielt. Das weitere Verständnis der alternativen Caspase-9 Aktivierung könnte einen entscheidenden Beitrag liefern Strahlungs- und Chemotherapie-Resistenzen zu überwinden. Der zweite Teil der Dissertation beschäftigt sich mit der Untersuchung autophagischer Prozesse. (Makro)autophagie ist ein hochkonservierter, zellulärer Prozess, der sich positiv auf das Überleben der Zelle auswirkt. Während der Autophagie werden langlebige Proteine und beschädigte/alte Organelle abgebaut, um die zelluläre Homöostase zu gewährleisten. Darüber hinaus werden akute zelluläre Stressbedingungen wie Nährstoffunterversorgung adaptiert. Der zentrale Komplex zur Regulierung der Autophagieinitiation ist der ULK1 Komplex bestehend aus den Ser/Thr Kinasen ULK1/2 und den Proteinen ATG13, RB1CC1 und ATG101. Unter Normalbedingungen ist der Komplex durch mTORC1 abhängige Phosphorylierung inaktiviert, wohingegen unter zellulären Stressbedingungen der Komplex durch Dephosphorylierung/Phosphorylierung aktiviert wird. Basierend auf vorherigen Ergebnissen wurde gezeigt, dass ULK1-Stabilität durch Ubiquitinierung reguliert wird. Bisher wurden jedoch keine beteiligten Deubiquitinasen (DUB) charakterisiert. Mit Hilfe des partiell selektiven DUB-inhibitors WP1130 wurde bestätigt, dass ULK1 posttranslational durch Ubiquitinierung modifiziert wird, wodurch die Aggregierung von ULK1/2 und der anschließende Transfer zu perinukleären Aggresomen induziert wird. Des Weiteren führt die Aggregierung zum Verlust der ULK1/2 Kinaseaktivität und zur Autophagie-Inhibition. Zusammenfassend belegen diese Ergebnisse die Regulierung der Stabilität und der Aktivität von ULK1 und allgemein der Autophagie durch Deubiquitinierungsprozesse. Demzufolge könnte die Regulierung von ULK1 durch Ubiquitinierung ein möglicher Ansatz sein, um autophagische Prozesse zu modulieren und generell kombinatorische Krebstherapien zu optimieren.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Medizinische Fakultät » Institute » Institut für Molekulare Medizin
Dokument erstellt am:	25.06.2015
Dateien geändert am:	25.06.2015
Promotionsantrag am:	13.04.2015
Datum der Promotion:	10.06.2015