Authors:	Vick, Binje
Title:	Die Rolle des anti-apoptotischen Proteins Mcl-1 für die Leber und das hepatozelluläre Karzinom
Online publication date:	12-Aug-2010
Year of first publication:	2010
Language:	german
Abstract:	Myeloid cell leukemia-1 (Mcl-1) ist ein anti-apoptotisches Mitglied der Bcl-2-Proteinfamilie. Als solches ist es in der Lage, die mitochondriale Aktivierung während der Apoptose zu hemmen. Dadurch schützt es Zellen bei zellulärem Stress (wie z.B. Differenzierung, Proliferation oder Virusinfektion) vor Apoptoseinduktion. Aufgrund dieser Eigenschaft ist es unabkömmlich während der Embryogenese und in verschiedenen hämatopoetischen Zellpopulationen. Des Weiteren ist Mcl-1 als Protoonkogen in verschiedenen humanen Tumorentitäten verstärkt exprimiert und kann so zu einer verminderten Apoptosesensitivität von Tumorzellen beitragen. Auch primäre humane Hepatozyten können nach Mcl-1-Induktion durch Wachstumsfaktorbehandlung gegenüber CD95-vermittelter Apoptose geschützt werden. Daher sollte untersucht werden, welche Bedeutung Mcl-1 im hepatozellulären Karzinom (HCC) und in der gesunden Leber einnimmt. Hierzu wurde zunächst humanes HCC-Gewebe hinsichtlich der Expression von Mcl-1 untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass Mcl-1 sowohl auf mRNA- als auch auf Protein-Ebene in HCC-Gewebe verstärkt exprimiert ist im Vergleich zu benachbartem Normalgewebe. Auch in verschiedenen HCC-Zelllinien konnte eine starke Mcl-1-Expression nachgewiesen werden. Diese war vor allem über den PI3K/Akt-Signalweg reguliert. Eine Hemmung dieses Signalwegs führte zu einer Reduktion der Mcl-1-Expression und so zu einer Sensitivierung der Zellen gegenüber verschiedenen Chemotherapeutika und zielgerichteten Therapien. Des Weiteren wurde die Mcl-1-Expression spezifisch durch RNA-Interferenz gehemmt. Auch hier konnte gezeigt werden, dass Zellen mit unterdrückter Mcl-1-Expression deutlich sensitiver gegenüber verschiedenen Apoptose-induzierenden Substanzen reagierten. Eine kombinierte Hemmung der Mcl-1-Expression und der PI3-Kinase führte schließlich zu einer nochmals verstärkten Sensitivierung. Im Gegensatz dazu führte eine Überexpression von Mcl-1 zu einer Hemmung der Apoptoseinduktion. Im zweiten Teil der Arbeit wurde eine Mauslinie etabliert, welche spezifisch in Hepatozyten kein Mcl-1 exprimiert, um so die Bedeutung von Mcl-1 für die Leber in vivo zu untersuchen. Es zeigte sich, dass Mcl-1flox/flox-AlbCre-Mäuse bereits im Alter von acht Wochen eine verminderte Lebergröße aufweisen. Dies wurde verursacht durch spontane Apoptoseinduktion in den Mcl-1 negativen Hepatozyten. Hierdurch kam es zu einer Leberschädigung, ersichtlich durch erhöhte Transaminasenwerte, erhöhte Caspase-3-Aktivierung, und Schädigung der Gewebsstruktur. Zudem war als kompensatorischer Effekt die Zellproliferation erhöht, ohne dass sich jedoch das Lebergewicht an das von Kontrolltieren anglich. Interessanterweise kam es in Mcl-1flox/flox-AlbCre-Mäusen als Folge der chronischen Leberschädigung zur Entwicklung einer Leberfibrose, ersichtlich durch eine verstärkte Collageneinlagerung. Weiterhin reagierten Mcl-1flox/flox-AlbCre-Mäuse wesentlich empfindlicher gegenüber Todesrezeptor-vermittelter Apoptose. Diese Daten zeigen zum einen, dass Mcl-1 zur Apoptoseresistenz von HCC-Zellen beitragen kann. Zielgerichtete Therapien, welche die Expression von Mcl-1 hemmen, könnten folglich für die Therapie des HCCs von Interesse sein. Des Weiteren konnte in dieser Arbeit zum ersten Mal gezeigt werden, dass Mcl-1 ein zentraler anti- apoptotischer Faktor für Hepatozyten in vivo ist. Myeloid cell leukemia-1 (Mcl-1) is an anti-apoptotic member of the Bcl-2 family of proteins. It interacts with pro-apoptotic Bcl-2 family members, thereby inhibiting mitochondrial activation and induction of apoptosis. It protects cells from apoptosis induction during cellular stress situation (i.e. differentiation, proliferation or viral infection). Mcl-1 is essential for embryonal development and the maintenance of B, T and hematopoietic stem cells. Furthermore, it is highly expressed in human tumors of diverse origins, contributing to a reduced apoptosis sensitivity of these tumors. It was recently shown that induction of Mcl-1 by growth factors rescues primary human hepatocytes from CD95-mediated apoptosis. The target of this thesis was to analyze the role of Mcl-1 for hepatocellular carcinoma (HCC) and for the normal liver. First, human HCC tissue was analyzed concerning Mcl-1 expression. It could be shown that Mcl-1 expression was enhanced in HCC tissue compared to adjacent liver tissue, both on mRNA and protein level. Different HCC cell lines also showed a strong expression of Mcl-1. This expression of Mcl-1 was mainly regulated via the PI3K/Akt signalling pathway. Inhibition of this pathway caused a reduction in Mcl-1 expression and a sensitization of the cells towards different chemotherapeutic drugs as well as towards targeted therapies. Next, Mcl-1 expression was specifically downregulated via RNA interference. Again, cells with a reduced Mcl-1 expression reacted more sensitive towards different apoptosis inducing substrates. A combined inhibition of Mcl-1 expression and PI3-kinase enhanced these apoptosis sensitizing effects. In contrary, cells with an enhanced expression of Mcl-1 were more resistant towards apoptosis induction. In the second part of this thesis, a hepatocyte-specific Mcl-1 knockout mouse (Mcl-1flox/flox-AlbCre) was established. Thereby, the role of Mcl-1 for the normal liver could be analyzed in vivo. These Mcl-1flox/flox-AlbCre mice had a reduced liver size, already at the age of eight weeks. This was the result of a spontaneous apoptosis induction in Mcl-1 negative hepatocytes. This caused severe liver cell damage, apparent by increased serum transaminase values, enhanced caspase-3 activation, and an architectural damage of the liver. As a compensatory mechanism, proliferation of hepatocytes was enhanced in the absence of Mcl-1. Importantly, hepatic fibrosis occurs in Mcl-1 negative livers in response to chronic liver damage, apparent by an increased collagen expression. Furthermore, Mcl-1flox/flox-AlbCre mice were more susceptible towards hepatocellular damage induced by agonistic anti-CD95 antibodies or concanavalin A. The presented data show on the one hand, that Mcl-1 contributes to apoptosis resistance of HCC cells. Targeted therapies, inhibiting Mcl-1 expression, could be an interesting approach within the therapy of HCC. Furthermore, this study provides in vivo evidence that Mcl-1 is a central anti-apoptotic factor for the liver, contributing to hepatocellular homeostasis and protecting hepatocytes from apoptosis induction.
DDC:	500 Naturwissenschaften 500 Natural sciences and mathematics
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 10 Biologie
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-4651
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-23460
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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