Please use this identifier to cite or link to this item: http://doi.org/10.25358/openscience-1849
Authors: Anspach, Laura Anna
Title: Chaperone BiP: Master regulator of the unfolded protein response (UPR) and its role in regulation of angiogenesis
Online publication date: 29-May-2015
Language: english
Abstract: Verschiedene Krankheiten gehen mit einer fehlerhaften Vaskularisierung einher. Allerdings ist der Erfolg der derzeitig vorhandenen Therapieansätze, die sich z.B. auf VEGF fokussieren, beschränkt. Aus diesem Grund ist es wichtig, neue Strategien zur Regulation der Angiogenese zu entwickeln. Hierbei stehen neue Signaltransduktions-wege im Fokus, die sich als vielversprechend erweisen, um Angiogenese zu fördern oder zu inhibieren. Die Blutgefäßneubildung ist ein hochregulierter Prozess, der mit einer hohen Proteinsyntheserate verknüpft ist. Die Angiogenese wurde bereits mit dem ER-Stress Signaltransduktionsweg, der Unfolded Protein Response (UPR), in Verbindung gebracht (Zeng et al., 2013; Bouvier et al., 2012). Eine im Rahmen der vorliegenden Studie durchgeführte histologische Untersuchung konnte eine Fehlregulierung der Expression von UPR beteiligten Proteinen in vivo unter pathologischen Bedingungen gezeigt werden. Bemerkenswerter Weise war BiP, der Hauptsensor der UPR, in Endothelzellen von Angiosarkomen sehr stark exprimiert. In in vitro Experimenten wurde gezeigt, dass das Herunterregulieren von BiP mittels RNAi Einfluss auf die inflammatorische Antwort und die Bildung angiogener Strukturen in Endothelzellen nimmt. Das Herunterregulieren des Proteins BiP verstärkte die inflammatorische Antwort von HUVEC, was sich in einer gesteigerten Bildung von IL-8 und ICAM-1 äußerte und wurde auf die Aktivierung der UPR durch die verringerte Menge an BiP zurückgeführt. Der Phänotyp BiP-herunterregulierter Zellen entsprach dem untransfizierter Zellen, welcher durch das Cytoskelett und die Expression des endothelspezifischen Markers CD31 charakterisiert wurde. Im Gegensatz dazu änderte sich der Grad der Glykosylierung in transfizierten Zellen. Im Hinblick auf die Blutgefäßbildung, zeigten sich eine gehemmte Migration und eine inhibierte Bildung Gefäß-ähnlicher Strukturen in BiP-herunterregulierten Zellen. In diesen Zellen war die Expression von KDR auffallend stark inhibiert, wohingegen die Flt-1 Expression sich als gleichbleibend herausstellte, was ebenfalls auf die Aktivierung der UPR zurückgeführt werden konnte. Alternativ wäre der reduzierte Level des Proteins BiP im Hinblick auf die Funktion als Helferenzym in der Proteinfaltung eine mögliche Erklärung für die gehemmte Expression von KDR. Die Ergebnisse dieser Studie deuten darauf hin, dass stabile Spiegel von BiP die Regulierung der Angiogenese durch die Kontrolle der UPR in physiologischen Prozessen unterstützen könnte. Eine Fehlregulierung von BiP durch Unterdrückung der UPR, wie z.B. in malignen Tumoren, könnte Tumorzellen und beteiligten Endothelzellen einen Vorteil verschaffen und zu einer gestörten Vaskularisierung führen. Somit stellt das Stresssensorprotein BiP und die UPR einen potentiellen Angriffspunkt für die Regulation der Angiogenese dar.
Several diseases are accompanied by dysregulated vascularization. Commonly employed therapies, involving, for example, the targeting of VEGF, present several limitations. Therefore, new strategies for regulation of angiogenesis need to be evolved. Targeting novel signaling pathways to trigger or inhibit angiogenesis could prove to be promising. Angiogenesis is a highly regulated process associated with a high protein synthesis rate. Previously, angiogenesis was linked with the ER stress signaling pathway, the Unfolded Protein Response (UPR) (Zeng et al., 2013; Bouvier et al., 2012). In a histological examination in the present study, UPR components were shown to be dysregulated under pathological conditions in vivo. Remarkably, BiP, the major stress sensor protein of the UPR, was shown to be highly up-regulated in endothelial cells in angiosarcoma. Down-regulation of BiP in vitro with the help of the RNAi technique was shown to influence inflammatory responses and tube formation in endothelial cells. BiP down-regulation strengthened the inflammatory response of HUVEC, reflected in a significant increase in IL-8 release and ICAM-1 expression, this being attributable to UPR signaling, activated by BiP down-regulation. Moreover, the endothelial cell phenotype of BiP down-regulated cells was similar to non-transfected endothelial cells, analyzed by the investigation of the cytoskeleton and the expression of the endothelial cell-specific marker, CD31. In turn, glycosylation of membrane proteins in BiP down-regulated cells differed. The level of glycosylation resembled the status of UPR activation. Focussing on angiogenesis, reduced cell migration and inhibition of the formation of capillary-like structures in BiP down-regulated cells was very prominent. Importantly, KDR expression was strongly reduced in BiP down-regulated cells, while the expression of another VEGF receptor, Flt-1, remained unaltered. Characterization of the BiP down-regulated cells indicated that decreased expression of KDR could be attributed to UPR activation following BiP down-regulation. Alternatively, a deficiency of chaperone functionality in BiP down-regulated cells could be responsible for down-regulation of KDR. The results of this study indicate that stable levels of BiP contribute to regulated angiogenesis by controlling UPR signaling in physiological processes. Dysregulation of BiP levels, as in malignant tumors, could provide an advantage to tumor cells and involved endothelial cells by strong inhibition of UPR, eventually leading to aberrant vascularization. Therefore, BiP and the UPR pathway represent potential targets for the regulation of angiogenesis.
DDC: 570 Biowissenschaften
570 Life sciences
Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department: FB 10 Biologie
Place: Mainz
ROR: https://ror.org/023b0x485
DOI: http://doi.org/10.25358/openscience-1849
URN: urn:nbn:de:hebis:77-40688
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: In Copyright
Information on rights of use: https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
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