Dokument: Redox-dependent differentiation and dedifferentiation

Titel:	Redox-dependent differentiation and dedifferentiation
Weiterer Titel:	Redox-abhängige Differenzierung und Dedifferenzierung
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=57281
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20210907-101413-9
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Wilms, Christina [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 1,82 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 28.08.2021 / geändert 28.08.2021
Beitragende:	PD Dr. Berndt, Carsten [Gutachter] Prof. Dr. von Gall, Charlotte [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Die Differenzierung und Dedifferenzierung von Zellen teilen viele gemeinsame Prozesse wie Proliferation, Migration, Reorganisation des Cytoskeletts sowie Angiogenese. In den letzten Jahrzehnten hat sich Redox-Regulation als ein zentraler Mechanismus verschiedener Zellsignalwege herausgestellt und es hat sich gezeigt, dass Zellen sowohl unter physiologischen als auch pathologischen Bedingungen eine empfindliche Redox-Balance benötigen. Viele essentielle zelluläre Funktionen wie Proliferation, Differenzierung und Apoptose werden durch reversible Redox-Ereignisse reguliert. Zum Beispiel kontrollieren Oxidoreduktasen, wie Glutaredoxine (Grxs), verschiedene wichtige Signalwege über die Regulation des Protein-Thiol-Redoxstatus. Auf der anderen Seite ist eine Disregulation von Redox-Signaling mit einer Vielzahl von Krankheiten wie Krebs, (Neuro-)Inflammation und degenerativen Erkrankungen assoziiert. Es scheint so, als würde auch das neuronale-gliale Antigen 2 (NG2) in den meisten dieser Erkrankungen eine zentrale Rolle spielen, da es zur Erhaltung und Differenzierung von Vorläuferzell-Populationen sowie zur Proliferation und Migration von Zellen beiträgt. Die Ziele dieser Arbeit sind es, den Effekt von Grx2c auf die Migration und Differenzierung von Oligodendrozyten sowie die Proliferation und Migration von Zellen in verschiedenen Krankheiten wie Glioblastoma, Melanoma und Endometriose zu untersuchen, sowie den molekularen Mechanismus der NG2-Regulation durch Grx2 zu erforschen. Unsere Ergebnisse demonstrieren, dass Grx2c während der frühen Differenzierung von Oligodendrozyten-Vorläuferzellen (OPCs) hochreguliert und in späteren Stadien der Differenzierung runterreguliert ist. Eine Behandlung mit rekombinantem Grx2c-Protein blockierte die Differenzierung von NG2+-Zellen, was zu einer erhöhten Anzahl an NG2+-Zellen führte, während die Anzahl an differenzierten Zellen abnahm. Den gegenteiligen Effekt zeigte ein Grx2 „knockdown“ mittels siRNA, welcher noch ausgeprägter in OPCs war, welche aus Grx2 „knockout“ Mäusen generiert wurden. Zusätzlich zeigten die Grx2 „knock-out“ Mäuse einen Verlust ihrer visuellen Funktion. Unsere Ergebnisse zeigen außerdem, dass ein erhöhtes Grx2c-Level die Migration von OPCs fördert. Den gegenteiligen Effekt zeigte ein Grx2 „knockdown“ mittels siRNA. Des Weiteren konnten wir diesen Effekt in einem Zebrafisch-Modell zeigen, wo ein Grx2 „knockdown“ ebenfalls zu einer reduzierten Anzahl an migrierenden Oligodendrozyten führte, während Grx2 überexprimierende Fische eine erhöhte Anzahl an migrierenden OPCs aufwiesen. Auch in Krebszellen, genauer Glioblastomazellen, führte eine Überexpression an Grx2 zu einem Anstieg an NG2, während ein Grx2 „knockdown“ die NG2-Expression verringerte. Zudem zeigt diese Studie, dass Grx2c auch die Migration, Invasion und Metastasierung von Glioblastoma- und Melanomazellen fördert. Auch in vivo reduzierte ein Grx2 „knockdown“ die Anzahl und Länge von humanen Glioblastoma-Tumor-Auswüchsen im Zebrafisch. Ferner korrelierte die Grx2c-Expression mit der NG2-Expression in Patientenproben. Unsere Ergebnisse zeigen überdies, dass Sp1 ein Interaktionspartner von Grx2 ist. Durch Electrophoretic Mobility Shift Assays (EMSA) waren wir in der Lage zu zeigen, dass ein Grx2 „knockdown“ in HeLa- und Glioblastomazellen die Bindung von Sp1 an den NG2-Promoter/Enhancer verringert. Zusätzlich verhinderte der Sp1-Inhibitor Mithramycin A den Effekt von Grx2 auf die Migration. Zusammenfassend konnten wir in dieser Studie zeigen, dass Grx2c sowohl eine essentielle Rolle in Bezug auf die Differenzierung von Oligodendrozyten als auch die Dedifferenzierung von Krebszellen spielt. In beiden Fällen fördert Grx2 als Aktivator der Genexpression die Bindung von Sp1 an den NG2-Promoter, was zu einem Anstieg an NG2-Protein führt, welches wiederum die Differenzierung, Migration sowie Invasion von Zellen fördert. Wir nehmen an, dass Grx2c in der Zukunft sowohl ein hilfreicher diagnostischer Marker als auch ein vielversprechendes therapeutisches Target sein wird. Differentiation and dedifferentiation of cells share many processes like proliferation, survival, cell fate decision, migration, cytoskeletal reorganization and angiogenesis. Over the last decades redox regulation has emerged as one of the central mechanisms in cellular signaling and it has been shown, that under physiological as well as under pathological conditions cells need a delicate redox balance. Many essential cellular functions like proliferation, differentiation and apoptosis are regulated by reversible redox events. Oxidoreductases, like Glutaredoxins (Grxs), control various important signaling pathways via regulation of the protein thiol redox state. Dysregulation of redox signaling is correlated with numerous pathologies, including cancer, (neuro-) inflammation and degenerative disorders. It seems that expression of neuron-glial antigen 2 (NG2) plays a crucial role in most of these diseases, contributing to the maintenance and differentiation of progenitor cell populations as well as proliferation and migration. The aims of this study are, to investigate the effect of Grx2c on migration and differentiation of oligodendrocytes as well as proliferation and migration of cells in diseases like glioblastoma, melanoma and endometriosis and further to examine the molecular mechanism of NG2 regulation via Grx2. Our findings demonstrate that Grx2c is upregulated during early differentiation of oligodendrocyte precursor cells (OPCs) and down regulated in later stages of differentiation. Treatment with recombinant Grx2c protein blocked differentiation of NG2+-cells, resulting in an increased amount of NG2+-cells, while the amount of more mature cells was decreased. The opposite effect was shown after Grx2 knock-down by siRNA and even more pronounced in OPCs generated from Grx2 knock-out mice. Further, these Grx2 knock-out mice showed a loss of visual function. In addition, our results demonstrated that increased levels of Grx2c promote migration of OPCs. The opposite effect was shown after Grx2 knock-down by siRNA. We were also able to show these effects in the zebrafish model, where decreased Grx2 amount also led to a decreased amount of migrated oligodendrocytes, while Grx2 overexpressing zebrafish displayed an increased number of migrated OPCs. Also in cancer cells, namely glioblastoma cells, we found that overexpression of Grx2 led to an increased amount of NG2, while Grx2 knock-down decreased NG2 expression. In this study we were able to show that Grx2c also promotes migration, invasion and metastasis of glioblastoma and melanoma cells. Also in vivo Grx2 knock-down decreased number and lengths of human glioblastoma tumor protrusions in zebrafish. In patient samples Grx2c expression correlated with NG2 expression. Our results further demonstrate that Sp1 is an interaction partner of Grx2. Via electrophoretic mobility shift assay (EMSA) we were able to demonstrate that Grx2 knock-down decreased Sp1 binding to the NG2 promoter/enhancer in HeLa and glioblastoma cells. In addition, the Sp1 inhibitor Mithramycin A, abolished the Grx2c effect on migration. In conclusion, we were able to show that Grx2c plays an essential role concerning differentiation of oligodendrocytes as well as dedifferentiation of cancer cells. In both cases Grx2 enhances binding of Sp1 to the NG2 promoter, acting as an activator of gene expression leading to an increase of NG2 protein level, which blocks differentiation and promotes migration as well as invasion of cells. We hypothesize Grx2c to be a helpful tool as a diagnostic marker as well as a promising therapeutic target in the future.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie » Neurobiologie
Dokument erstellt am:	07.09.2021
Dateien geändert am:	07.09.2021
Promotionsantrag am:	04.05.2021
Datum der Promotion:	23.08.2021