Dokument: microRNA expression profiling of pediatric acute myeloid leukemia patient samples and global identification of Argonaute protein-associated RNAs in respective cell line models
| Titel: | microRNA expression profiling of pediatric acute myeloid leukemia patient samples and global identification of Argonaute protein-associated RNAs in respective cell line models | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=21278 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20120425-073807-4 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Englisch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Dr. Daschkey, Svenja [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Borkhardt, Arndt [Betreuer/Doktorvater] Prof. Dr. Lercher, Martin [Gutachter] | |||||||
| Stichwörter: | AML, microRNA, Argonaute protein | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie | |||||||
| Beschreibungen: | microRNAs (miRNAs) sind kleine (21-24 nt), nicht-kodierende und hoch konservierte Moleküle, die an verschiedenen regulatorischen Prozessen wie Zellwachstum, Proliferation, Differenzierung,
Immunreaktionen und Apoptose beteiligt sind und eine wichtige Rolle bei verschiedenen Erkrankungen und Krebsformen, wie der akuten myeloischen Leukämie (AML) spielen. AML ist eine klinisch und genetisch heterogene Erkrankung, die durch ein schnelles Wachstum von entarteten Leukozyten charakterisiert wird, die sich im Knochenmark anreichern. In dieser Arbeit wurden miRNA Expressionsprofile von unterschiedlichen AML Untergruppen analysiert, um differentiell exprimierte miRNAs zu identifizieren, die als potentielle Biomarker für die Einteilung von pädiatrischen AML Patienten in Risikogruppen dienen können. Für eine globale, biochemische Identifizierung von miRNA Zielstrukturen wurden entsprechende Zelllinienmodelle verwendet. Mit Hilfe der Microarray-Technologie wurden die miRNA Expressionsprofile von 102 pädiatrischen AML Patientenproben identifiziert und mittels hierarchischer Clusteranalyse und statistischen Tests analysiert. Dabei konnte gezeigt werden, dass sich die AML Untergruppen mit den Translokationen t(8;21) und t(15;17) aufgrund ihrer miRNA Expressionsprofile komplett voneinander unterscheiden lassen, wohingegen Translokationen mit Beteiligung des Mixed Lineage Leukemia- (MLL-) Gens über das gesamte Cluster verteilt sind und kein charakteristisches miRNA Profil aufweisen. Nur sechs und sieben miRNAs konnten als differentiell exprimiert zwischen den Translokationen t(8;21) und t(15;17) und allen anderen AML Untergruppen identifiziert werden. Das ist überraschend, da die Patienten, die in dieser Arbeit untersucht wurden, stark in ihrem klinischen Erscheinungsbild variieren. Daher scheinen diese miRNAs als zukünftige Biomarker geeignet zu sein. Die differentiell exprimierten miRNAs beinhalten abstammungsspezifische miRNAs (miR-223), onkogene miRNAs (miR-21) und ubiquitär exprimierte miRNAs ohne bekannte spezifische Funktionen. Des Weiteren wurden diese miRNAs bisher nicht als signifikant in erwachsenen AML Patienten beschrieben. Daher scheinen diese miRNAs pädiatrisch-spezifische Biomarker zu sein. miRNAs führen ihre Funktion mit Hilfe von sogenannten Argonaute-Proteinen (Ago-Proteine) durch, indem sie diese Proteine zu ihren spezifischen Ziel-mRNAs führen und komplementär an Sequenzen in deren 3‘-untranslatierten Region (3‘-UTR) binden, um die Ziel-mRNAs zu hemmen und/oder zu destabilisieren. Um mehr über mögliche Funktionen der differentiell exprimierten miRNAs zu erfahren, wurde in dieser Arbeit eine Methode zur co-Immunpräzipitation von Argonaute-Proteinen, genannt PAR-CLIP-Array (Photoactivatable-Ribonucleoside-Enhanced Crosslinking-Immunoprecipitation and Microarray Hybridization), etabliert, mit der global Ago-assoziierte miRNAs und Ziel-mRNAs identifiziert werden konnten. Dabei wurden Argonaute-spezifische miRNAs und deren Ziel-mRNAs identifiziert, die auf unterschiedliche Bindungsprioritäten der vier humanen Argonaute-Proteine hindeuten. Bioinformatische Sequenzanalysen und die Einordnung der Ago-assoziierten Ziel-mRNAs in Stoffwechselwege macht eine Kooperation der vier Argonaute-Proteine, hinsichtlich der Regulierung von AML-relevanten Stoffwechselwegen, deutlich. Anhand dieser Daten konnte zudem gezeigt werden, dass mehrere Ago-assoziierte miRNAs eine Bindungsstelle mit dem Tumorsuppressor TSC1 besitzen, um diesen reprimieren zu können, was zu einer Aktivierung des mTOR Signalwegs und einem erhöhten Zellwachstum in t(15;17)-positiver AML führen kann. Zudem kann die Inhibierung der MAP Kinase Phosphatase DUSP6 durch mehrere Ago-assoziierte miRNAs zu einer Aktivierung von proliferativen Genen des MAPK Signalwegs in t(8;21)- und t(15;17)-positiver AML führen. Zusammenfassend zeigen diese Daten, dass miRNAs geeignete Biomarker darstellen, um AML Untergruppen unterscheiden und pädiatrische AML-Patienten in Risikogruppen einteilen zu können. Des Weiteren zeigt diese Arbeit, dass die vier humanen Argonaute-Proteine bei der Regulierung von AML-relevanten Signalwegen kooperieren und dass die Entschlüsselung der Argonaute-miRNAmRNA Komplexe neue Einblicke in die Biologie der AML liefern und den Startpunkt für neue therapeutische Eingriffe darstellen kann.microRNAs (miRNAs) are small (21-24 nt), non-coding and highly conserved molecules, which are involved in several regulatory processes like cell growth, proliferation, differentiation, immune response and apoptosis, and play important roles in several diseases, including cancers like acute myeloid leukemia (AML). AML is a clinically and genetically heterogeneous disease characterized by rapid growth of abnormal white blood cells that accumulate in the bone marrow. In this doctoral thesis, the miRNA expression profiles of different AML subtypes were analyzed, in order to identify differentially expressed miRNAs, which may function as biomarkers for risk-group stratification of pediatric AML patients. Following, appropriate cell line models were used for global biochemical identification of miRNA targeting structures. miRNA expression profiles of 102 pediatric AML patient samples were identified, using microarray technology, and analyzed by unsupervised hierarchical cluster analysis and statistical testing. AML subtypes with translocations t(8;21) and t(15;17) can be separated from each other, solely based on their miRNA expression profile, while other translocations involving mixed-lineage leukemia (MLL) rearrangements are interspersed and lack a characteristic miRNA signature. Only six and seven miRNAs are differentially expressed between AML samples with translocations t(8;21) and t(15;17), respectively, and all other AML subtypes. This is surprising, since patients of different AML subtypes, investigated in this study, differ greatly in their clinical presentation, emphasizing the suitability of miRNAs as future biomarkers. Differentially expressed miRNAs contain lineage specific miRNAs (miR-223), oncogenic miRNAs (miR-21) and more ubiquitously expressed miRNAs with no designated characteristics. Furthermore, they were not described as abundant in adult AML patients indicating that these miRNAs may function as pediatric-specific biomarkers in concordance with the clinical observation that adult and pediatric AML may be distinctive. miRNAs execute their function by guiding proteins of the Argonaute family (Ago proteins) to partially complementary sequences commonly located in the 3’-untranslated regions (3’-UTRs) of specific target-mRNAs leading to translational repression and/or mRNA destabilization. To gain further insights into the function of differentially expressed miRNAs, an Argonaute co-immunoprecipitation method termed PAR-CLIP-Array (Photoactivatable-Ribonucleoside-Enhanced Crosslinking-Immunoprecipitation and Microarray Hybridization) was established in this work, for global identification of Ago-associated miRNAs and miRNA targets. Argonaute-specific miRNAs and target-mRNAs were identified indicating separate binding preferences of the four human Argonaute proteins. Bioinformatical sequence analyses followed by pathway classification of Ago-associated target-mRNAs indicate a concerted action of the four human Argonaute proteins in AML-relevant pathways. The data denote that several Ago-associated miRNAs are able to repress the tumor suppressor TSC1 leading to activation of the mTOR pathway and increased cell growth in t(15;17)-positive AML. Moreover, the repression of the MAP kinase phosphatase DUSP6 by several Ago-associated miRNAs leads to activation of proliferative genes in the MAPK pathway of both, t(8;21)- and t(15;17)-positive AML. In summary, miRNAs represent suitable biomarkers for differentiation of AML subtypes and possible risk-group stratification of pediatric AML patients. Furthermore, this thesis shows that the four human Argonaute proteins cooperate in the regulation of AML-relevant signaling pathways providing new insights into AML biology and may present the starting point for novel therapeutic interventions. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Bezug: | 01.04.2008 - 28.04.2011 | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie | |||||||
| Dokument erstellt am: | 25.04.2012 | |||||||
| Dateien geändert am: | 25.04.2012 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 28.04.2011 | |||||||
| Datum der Promotion: | 30.05.2011 |
