The Role of the Ubiquitin-Proteasome System in the Regulation of Nuclear Hormone Receptor-Dependent Transcription

Abstract

Nukleare Hormonrezeptoren (NHRs) sind Liganden-abhängige Transkriptionsfaktoren mit breitem physiologischem sowie pathophysiologischem Funktionsspektrum. Molekulare Therapien die sich gegen NHRs richten, stellen eine optimale Behandlung einiger humaner Krankheiten dar. Der Östrogenrezeptor ist beispielsweise das primäre, therapeutische Ziel in einem Großteil von Brustkrebsvarianten. Nach Ligandenbindung erfolgt die NHR-regulierte Transkription, welche die Bindung an korrespondierende Zielsequenzen und Rekrutierung von Transkriptionsfaktoren einschließt. Während jedem Bindungzyklus rekrutieren NHRs auch Komponenten des Ubiquitin-Proteasom-Systems an die Zielgene. Das Ubiquitin-Proteasom-System (UPS) ist das wichtigste intrazelluläre Proteinabbausystem und ist Ziel in der Krebstherapie (Bortezomib). Verschiedene Indizien sprechen für eine wesentliche Rolle des UPS in Steroidhormonrezeptor-vermittelter Transkriptionskontrolle. Das Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung der UPS-Funktion in Glucocorticoidrezeptor- (GR-) und im Besonderen in Östrogenrezeptor alpha- (ERα-) vermittelter Transkription. Die Proteasomaktivität wurde entweder durch den Proteasominhibitor Bortezomib oder mittels transientem siRNA-vermittelten Knockdown von 20S Proteasomuntereinheiten inhibiert. Eine transkriptomweite Genexpressionsanalyse verdeutlichte, dass die Expression vom Großteil der Östrogen-aktivierten Gene durch Proteasominhibition negativ beeinflusst wird. Anschließende Zeitreihen-Analysen zeigten einen gen- und zeitabhängigen Effekt auf die Regulation von Gentranskription sowie Rezeptorbindung. Die Proteasominhibition mittels Bortezomib erscheint spezifisch, da ähnliche, wenn auch schwächere Effekte nach dem Knockdown von 20S Untereinheiten beobachtet wurden. Weiterhin vermindert die Inhibition der proteasomalen Aktivität die Proliferationskapazität von Brustkrebszellen durch einen induzierten Zellzyklus-Arrest im G2/M-Übergang. Ein Hauptziel war die Aufdeckung des Mechanismus, durch welchen das UPS die Transkription beeinflusst. Daher wurden ERα-Mobilität und chromosomale Interaktionen nach Proteasominhibition untersucht. FRAP-Analysen zeigten, dass Bortezomib die nukleare ERα-Mobilität verringert. Die räumliche Organisationsanalyse zweier ERα-Zielgene deckte auf, dass durch Proteasominhibition die Östrogen-induzierten intrachromosomalen Interaktionen beeinträchtigt werden. Die Ergebnisse der Arbeit verdeutlichen die komplexe Funktion des UPS in NHR-regulierter Transkription und liefern die Grundlage für die weitere Erforschung von Proteasominhibitoren in der Krankheitstherapie, wie z.B. Brustkrebs.