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Dissertation

Autor(en): Nina Gebhardt
Titel: Regulation des mitochondrialen Apoptosesignalwegs durch BH3-only Proteine und Bcl-2 Inhibitoren
Gutachter: Harald Saumweber; Peter Daniel; Ingeborg Tinhofer
Erscheinungsdatum: 27.11.2009
Volltext: pdf (urn:nbn:de:kobv:11-100103763)
Fachgebiet(e): Biowissenschaften, Biologie
Schlagwörter (ger): Apoptose, Bcl-2 Familie, Noxa, Bcl-2 Inhibitoren
Schlagwörter (eng): apoptosis, Bcl-2 family, Noxa, Bcl-2 inhibitors
Einrichtung: Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
Lizenz: Namensnennung - Keine kommerzielle Nutzung - Keine Bearbeitung (CC BY NC ND)
Zitationshinweis: Gebhardt, Nina: Regulation des mitochondrialen Apoptosesignalwegs durch BH3-only Proteine und Bcl-2 Inhibitoren; Dissertation, Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I , publiziert am 27.11.2009, urn:nbn:de:kobv:11-100103763
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Abstract (ger):
In Tumoren führt die Deregulation von Proteinen der Bcl-2 Familie zur Apoptoseresistenz. Diese kann aus einem Verlust der pro-apoptotischen Proteine Bax bzw. Bak, einer Hochregulation von anti-apoptotischen Bcl-2 Proteinen oder aus einer Inaktivierung von BH3-only Proteinen heraus erfolgen. BH3-only Proteine sequestrieren anti-apoptotische Bcl-2 Proteine und induzieren dadurch die Aktivierung von Bax bzw. Bak. Ziel der vorliegenden Arbeit war daher, die Regulation von Apoptose durch das pro-apoptotische BH3-only-Protein Noxa zu untersuchen. Zusätzlich sollte der Mechanismus der Apoptoseinduktion durch niedermolekulare Bcl-2 Inhibitoren in Tumorzellen untersucht werden. Hier wird gezeigt, dass die putativen Bcl-2 Inhibitoren Gossypol, HA14-1 und zum Teil BH3I-2 unabhängig von Bax und Bak Zelltod induzierten. Dies weist darauf hin, dass die Apoptoseinduktion durch diese niedermolekularen Substanzen zumindest teilweise "off-target" ist, d.h. unabhängig von den Zielstrukturen der Bcl-2 Familie erfolgt. Eine andere Strategie zur Aktivierung des mitochondrialen Apoptosewegs ist die Expression von BH3-only Proteinen. Zunächst wurde die Expression putativer Spleißvarianten des Noxa-Gens auf mRNA- und Proteinebene durchgeführt. Hierbei wurde das bekannte BH3-only Protein Noxa als kurze Spleißvariante (NoxaS) und eine bisher unbekannte, lange Spleißvariante (NoxaL) gefunden. Zur funktionellen Analyse wurden konditionale Expressionsvektoren für beide Noxa-Varianten hergestellt. Die Expression von NoxaS führte zu einer differenziellen Aktivierung von Bak und/oder Bax. NoxaL hingegen verfügt über keine BH3-Domäne, induzierte aber dennoch Apoptose in einem Prostatakarzinom-Zelllinienmodell. Weitergehende Untersuchungen zeigten, dass es hier zu einer BH3-unabhängigen Aktivierung eines Bak-vermittelten Zelltod-Signalwegs kommt. Die vorliegende Arbeit liefert somit neue Erkenntnisse zur Zelltodregulation und experimentellen Apoptoseinduktion über BH3-unabhängige Signalmechanismen.
Abstract (eng):
In many tumors deregulation of Bcl-2 family proteins lead to apoptosis resistance. This deregulation can occur through the loss of pro-apoptotic proteins Bax respectively Bak, through upregulation of anti-apoptotic Bcl-2 proteins or from the inactivation of BH3-only proteins. BH3-only proteins sequester anti-apoptotic Bcl-2 proteins and hereby activate Bax and Bak. Therefore aim of the present work was to study the regulation of apoptosis by the pro-apoptotic BH3-only protein Noxa. In addition the mechanism of apoptosis induction in different tumor cells by small molecular substances mimicking the function of BH3-only proteins ought to be investigated. Here we show that the putative Bcl-2 inhibitors Gossypol, HA14-1 and partly BH3I-2 induce cell death independent from Bax and Bak. This shows that the induction of apoptosis by these substances is at least partly off target, i.e. occurs independent of the target structures of the Bcl-2 family. Another strategy to activate the mitochondrial signaling pathway is the expression of BH3-only proteins. Initially the expression of putative splicing variants of the noxa gene was carried out on mRNA and protein level. Here the known NoxaS as short splicing variant (NoxaS) and an up to that point unknown long splicing variant (NoxaL) have been found. For functional analysis of the two splicing variants conditional expression vectors have been generated. The overexpression of NoxaS led to a differential activation of Bax and/or Bak. However NoxaL does not contain a BH3 domain but still induced apoptosis in a prostate carcinoma cell system. Advanced studies showed a BH3 independent activation of a Bak mediated cell death signaling pathway. The present work therefore provides new insights into cell death regulation and experimental apoptosis induction via BH3 independent signaling mechanisms.
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