Dokument: Autophagy: Molecular insights into its role and therapeutic potential in bladder cancer and neurodegeneration

Titel:	Autophagy: Molecular insights into its role and therapeutic potential in bladder cancer and neurodegeneration
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=55687
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20210317-105924-8
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Schlütermann, David [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 9,47 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 09.03.2021 / geändert 09.03.2021
Beitragende:	PD Dr. rer. nat. Stork, Björn [Gutachter] Prof. Dr. Stark, Holger [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Autophagy is an evolutionary conserved recycling process that degrades long-lived or aggregated proteins and organelles, thereby maintaining cellular homeostasis. During autophagy, the cargo is engulfed by autophagosomes and transported to lysosomes for degradation. The recognition of the cargo can be either non-selective or selective, the latter including e.g. the specific degradation of protein aggregates. The initiation of autophagy is centrally regulated by two kinase complexes: (1) the ULK1 protein kinase complex containing the kinase ULK1 and the adapter proteins ATG13, ATG101 and FIP200, and (2) the class III PtdIns3K lipid kinase complex I. Alterations in autophagy are associated with the development and promotion of diseases such as cancer and neurodegeneration. Therefore, the characterization and modulation of autophagy in disease situations is of great importance. Cisplatin resistance is a major obstacle in the treatment of bladder cancer and the mechanisms underlying this resistance are not yet clearly understood. We have provided evidence that the cyto-protective function of autophagy may contribute to its development, but more importantly, inhibition of autophagy sensitized cisplatin-sensitive and resistant bladder cancer cells to cisplatin treatment. In particular, the class III PtdIns3K complex appears to be a suitable target for overcoming cisplatin resistance in bladder cancer. Another major problem, however, is that highly specific autophagy inhibitors are lacking for clinical use. Therefore, we aimed to investigate the interaction interfaces of ATG13, which might be ideal targets for specific autophagy inhibition, since ATG13 is required for the formation of the ULK1 complex. We identified four residues within ATG13 that are responsible for the binding to ATG101, and inhibition of the ATG13-ATG101 interaction abolished autophagy. Therefore, we propose small compounds that disrupt this interaction as valuable drugs for clinical use. Neurodegenerative diseases are still incurable today and their development is associated with dysregulated TBK1 activation and protein aggregation, frequently caused by defective autophagy. We observed that defective autophagy leads to accumulation of the autophagy receptors SQSTM1/p62 and TAX1BP1 together with TBK1, which is activated within these aggregates. Active TBK1 then phosphorylates SQSTM1/p62 at serine 403. However, if FIP200 cannot be recruited to these aggregates by TAX1BP1, the activation of TBK1 and the aggregation of SQSTM1/p62 are aberrantly enhanced. Therefore, we suggest that the enforced recruitment of FIP200 to these aggregates represents a promising therapeutic approach for neurodegenerative diseases. Autophagie ist ein evolutionär konservierter Recyclingprozess, der langlebige oder aggregierte Proteine und Organelle abbaut und dadurch die zelluläre Homöostase aufrechterhält. Während der Autophagie werden die abzubauenden Zellbestandteile von Autophagosomen umhüllt und zum Abbau zu Lysosomen transportiert. Man unterscheidet dabei zwischen einer nicht-selektiven und einer selektiven Form der Autophagie, wobei letztere z.B. den spezifischen Abbau von Proteinaggregaten beinhaltet. Die Initiierung der Autophagie wird zentral durch zwei Proteinkomplexe reguliert: (1) der ULK1-Komplex, der die Proteinkinase ULK1 und die Adapterproteine ATG13, ATG101 und FIP200 enthält, und (2) der Klasse III PtdIns3K-Komplex. Ein gestörter Ablauf der Autophagie kann die Entwicklung von Krankheiten wie Krebs und Neurodegeneration fördern. Daher ist die Charakterisierung und Modulation der Autophagie in Krankheitssituationen von großer Bedeutung. Bei der Behandlung von Blasenkrebs stellt die Cisplatin-Resistenz ein zentrales Problem dar, jedoch sind die ihr zugrunde liegenden Mechanismen noch nicht klar verstanden. Wir gehen davon aus, dass die zytoprotektive Funktion der Autophagie zu ihrer Entwicklung beiträgt. Darüber hinaus konnten wir durch die Hemmung der Autophagie Cisplatin-sensitive und resistente Blasenkrebszellen für die Cisplatin-Behandlung sensitivieren. Insbesondere der Klasse III PtdIns3K-Komplex scheint dabei ein geeignetes Ziel für die Überwindung der Cisplatin-Resistenz bei Blasenkrebs zu sein. Ein weiteres Problem ist jedoch, dass hochspezifische Autophagie-Inhibitoren für die klinische Verwendung fehlen. Deshalb charakterisierten wir die Interaktionsstellen von ATG13. Diese könnten ein ideales Ziel für die spezifische Inhibition der Autophagie sein, da ATG13 für die Bildung des ULK1-Komplexes erforderlich ist. Wir identifizierten vier Aminosäurereste innerhalb von ATG13, die für die Interaktion mit ATG101 verantwortlich sind, und die Hemmung dieser Interaktion blockte die Autophagie. Daher schlagen wir niedermolekulare Verbindungen, die diese Interaktion stören, als hilfreiche Medikamente für die klinische Anwendung vor. Neurodegenerative Erkrankungen sind auch heute noch unheilbar. Sie entstehen u.a. durch eine gestörte TBK1-Aktivierung oder durch Proteinaggregate, die hauptsächlich durch eine fehlerhafte selektive Autophagie verursacht werden. Wir beobachteten, dass bei einer defekten Autophagie TBK1 zusammen mit den Autophagie-Rezeptoren SQSTM1/p62 und TAX1BP1 akkumuliert. TBK1 wird innerhalb dieser Aggregate aktiviert und phosphoryliert dann SQSTM1/p62 an Serin 403. Wenn FIP200 jedoch nicht von TAX1BP1 zu diesen Aggregaten rekrutiert werden kann, wird die Aktivierung von TBK1 und die Akkumulation von SQSTM1/p62 stark erhöht. Daher schlagen wir vor, dass die forcierte Rekrutierung von FIP200 an diese Aggregate ein vielversprechender therapeutischer Ansatz für neurodegenerative Erkrankungen sein könnte.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Medizinische Fakultät » Institute » Institut für Molekulare Medizin
Dokument erstellt am:	17.03.2021
Dateien geändert am:	17.03.2021
Promotionsantrag am:	15.12.2020
Datum der Promotion:	25.02.2021