Dokument: Molecular mechanisms of RASopathy-associated hypertrophic cardiomyopathy

Titel:	Molecular mechanisms of RASopathy-associated hypertrophic cardiomyopathy
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=54102
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20220913-094351-0
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Buchholzer, Marcel [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 90,64 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 02.09.2020 / geändert 02.09.2020
Beitragende:	Prof. Dr. Ahmadian, Reza [Gutachter] Prof. Dr. Gödecke, Axel [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Dysregulation of MAPK pathway components is frequently associated with carcinogenesis and developmental disorders. The Noonan syndrome (NS), one group of these disorders, is characterized by dysmorphic facial features, skeletal anomalies, and intellectual and developmental disabilities. NS is caused by germline mutations of genes related to MAPK pathway components, such as RAF1, which cause a gain-of-function of the pathway. A special feature of NS patients with RAF1 mutations is the high occurrence of a hypertrophic cardiomyopathy (HCM), which is defined by an increased left ventricular wall thickness. In this doctoral study, we established a protocol for the differentiation of iPSC lines (wild-type RAF1 and patient-derived RAF1S257L) to highly pure, ventricular and contractile 3- dimensional cardiac bodies (CBs). This cell model system enabled us to investigate the mechanistic basis of cardiac hypertrophy induced by NS-associated RAF1S257L. We observed hypertrophic features in RAF1S257L CBs, such as cell size enlargement, re-expression of fetal genes, a switch of myosin heavy chain beta to alpha, and an impaired calcium transient. Most remarkably, RAF1S257L CBs and the corresponding heart biopsy samples from the RAF1S257L patient revealed a lack of the I-band, the flexible region of the sarcomeres. These features were revertible upon treatment with a MEK inhibitor. Signal transduction processes were investigated in further projects related to the RHO GTPases, CDC42 and RAC1. A gain-of-function variant of CDC42 (R186C), causing a previously unrecognized and distinctive hematological/autoinflammatory disorder, revealed an impaired cytosol/membrane shuttling due to an extraction inhibition by the GDP dissociation inhibitor (GDI) This resulted in an enhanced localization at the Golgi apparatus. Other issues dealt with the positive effect of RAC1 signal suppression in a tumor relevant surrounding. We discovered a small molecule inhibitor against VAV3, a RAC activator and a critical component of BCR-ABL pathway. Most strikingly, administration of this inhibitor to a BCR-ABL leukemia model resulted in a significant decrease in leukemic burden. Finally, we provided novel evidence that inhibition of RAC signaling by lovastatin mediats radioprotective potency on primary lung cells and rodent lung tissue following fractionated irradiation. This radioprotective effects of statins on normal tissue might be useful in the clinic to widen the therapeutic window of radiotherapy. Eine Dysregulation der MAPK-Signalwegkomponenten ist häufig mit einer Karzinogenese und auftretenden Entwicklungsstörungen verbunden. Das Noonan-Syndrom (NS), eine Gruppe dieser Störungen, ist durch dysmorphe Gesichtsmerkmale, Skelettanomalien sowie Geistes- und Entwicklungsstörungen gekennzeichnet. NS wird durch Keimbahnmutationen in Genen von MAPK- Signalwegkomponenten wie RAF1 ausgelöst, was zu einem gain-of-function des Signalwegs führt. Eine Besonderheit bei NS-Patienten mit RAF1-Mutationen ist das verstärkte Auftreten einer hypertrophen Kardiomyopathie, die durch eine erhöhte Wandstärke des linken Ventrikels definiert ist. In dieser Doktorarbeit wurde ein Protokoll entwickelt um iPSC-Linien (Wildtyp-RAF1 und vom Patienten stammende RAF1S257L) zu reinen, ventrikulären und kontraktilen dreidimensionalen Cardiac Bodies (CBs) zu differenzieren. Dieses Zellmodell ermöglichte uns die Untersuchung, der mechanistischen Grundlagen der NS-assoziierten RAF1S257L induzierte Herzhypertrophie. Wir beobachteten in RAF1S257L CBs hypertrophe Merkmale wie Zellvergrößerung, die erneute Expression fetaler Gene, einen Expressionswechsel der schweren Myosin Ketten von Beta zu Alpha und eine Beeinträchtigung der Calciumtransienten. Bemerkenswerterweise zeigte sich in RAF1S257L-CBs und den entsprechenden Herzbiopsien des RAF1S257L-Patienten ein fehlendes I-Band, die flexible Region der Sarkomere. Die meisten der genannten Merkmale waren nach Behandlung mit einem MEK-Inhibitor umkehrbar. Außerdem wurden in weiteren Teilprojekten die Signaltransduktionsprozesse im Zusammenhang mit den RHO-GTPasen CDC42 und RAC1 untersucht. Eine Variante von CDC42 (R186C), die eine zuvor nicht beschriebene hämatologische/autoinflammatorische Störung verursachte, zeigte einen gestörten Zytosol/Membran-Transport, der auf eine Extraktions-Hemmung durch den GDP dissociation inhibitor (GDI) zurückgeführt werde konnte und zu einer erhöhten Lokalisierung am Golgi-Apparat führte. Andere Themen befassten sich mit dem positiven Effekt der RAC1-Signalunterdrückung in einem tumorrelevanten Zellmilieu. Wir entdeckten einen kleinen Inhibitor gegen VAV3, einen RAC-Aktivator und eine kritische Komponente des BCR-ABL-Signalwegs. Am auffälligsten ist, dass die Verabreichung dieses Inhibitors in einem BCR-ABL-Leukämiemodell zu einer signifikanten Verringerung der Leukämiebelastung führte. Schließlich lieferten wir neue Beweise dafür, dass die Hemmung der RAC- Signalübertragung durch Lovastatin nach fraktionierter Bestrahlung, eine Strahlenschutzwirkung auf primäre Lungenzellen und Nagetier-Lungengewebe verursachte. Diese Strahlenschutzwirkung von Statinen auf normales Gewebe könnte in der Klinik nützlich sein, um das therapeutische Fenster der Strahlentherapie zu erweitern.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Medizinische Fakultät » Institute » Institut für Biochemie und Molekularbiologie II
Dokument erstellt am:	13.09.2022
Dateien geändert am:	13.09.2022
Promotionsantrag am:	21.02.2017
Datum der Promotion:	06.08.2020