Die Funktionsanalyse und Pharmakomodulation des Amyloid-Vorläufer-Proteins (APP) in vitro und in vivo - Eine neue Zielstruktur zur Behandlung maligner Tumore
The functional analysis and pharmacomodulation of the β-amyloid precursor protein (APP) in vitro and in vivo - a novel molecular target for cancer therapy
von Vivek Venkataramani
Datum der mündl. Prüfung:2012-03-05
Erschienen:2012-02-28
Betreuer:Prof. Dr. Thomas A. Bayer
Gutachter:Prof. Dr. Steven Johnsen
Gutachter:Prof. Dr. Patricia Virsik-Köpp
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Name:venkataramani.pdf
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Format:PDF
Description:Dissertation
Zusammenfassung
Englisch
The ß-amyloid precursor protein (APP) represents a type I transmembrane glycoprotein that is ubiquitously expressed in neuronal as well as in non-neuronal cells. In brain it is a key player in the molecular pathogenesis of Alzheimer s disease. Its physiological function is however less well understood. Previous studies showed that APP is significantly up-regulated in several solid and hematological malignancies. In the present work it could be demonstrated that APP has an essential role in growth control of pancreatic cancer, colon cancer and testicular germ cell cancer (TGCT). In this regard, abundant APP staining was found in human pancreatic adenocarcinoma, colon cancer and undifferentiated TGCT tissue. Interestingly, treating cancer cells with valproic acid (VPA, 2-propylpentanoic acid), a well-known histone deacetylase inhibitor (HDACi) significantly decreased tumor growth and selectively down-regulated cellular APP protein levels. Moreover, the 78 kDa glucose-regulated protein (GRP78), a molecular endoplasmic reticulum (ER) chaperone, could be identfied to be regulated by HDAC inhibitors. GRP78 specifically impairs APP maturation resulting in repressed secreted sAPPα levels. Trichostatin A (TSA), a pan-HDAC inhibitor also lowered APP and increased GRP78 levels. In contrast, treating cells with valpromide (VPM), a VPA derivative lacking HDAC inhibitory properties had no effect on APP levels. Small interfering RNA (siRNA)-mediated knock-down of APP also resulted in significantly decreased cell growth and mimicked HDAC inhibitor-mediated effects. Based on these observations, the data suggest that APP down-regulation via HDAC inhibition provides a novel mechanism for cancer therapy. This presumption is supported by the fact that VPA treatment also decreased APP protein levels in an established xenograft mouse model, indicating that physiologic concentrations of VPA can significantly affect APP metabolism in vivo. In conclusion, these results suggest that APP represents a potent and essential tumor growth f actor, is overexpressed in several types of human malignancies and can be selectively modulated by HDAC inhibitors in vitro and in vivo.
Keywords: Amyloid precursor protein; HDAC inhibition; epigentic; growth factor; Cancer; Alzheimer disease
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Das Amyloid-Vorläufer-Protein (APP, ß-amyloid precursor protein) ist ein Typ-I-Transmembranglykoprotein, das ubiquitär in neuronalen und nicht-neuronalen Zellen exprimiert wird. Es spielt eine zentrale Schlüsselrolle in der molekularen Pathogenese der Alzheimer-Krankheit. Jedoch ist nur wenig über die physiologischen Funktionen des APP bekannt. In früheren Studien konnte nachgewiesen werden, dass APP signifikant in diversen soliden und hämatologischen Malignitäten überexprimiert vorliegt. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass APP als essentieller Tumorwachstumsfaktor fungiert. Weiterhin konnte sowohl im Pankreas-, Kolon-, als auch in undifferenzierten testikulären Keimzelltumoren (TGCT, testicular germ cell tumors) eine signifikante Überexpression vom APP im malignen entartetem Gewebe gezeigt werden. Interessanterweise führte eine Behandlung mit dem Histondeacetylase-Inhibitor (HDACi) Valproat (VPA, 2-propylpentanoic acid) nicht nur zu einer deutlichen Hemmung des Tumorwachstums, sondern auch selektiv zu einer signifikanten Suppression des zellulären und sekretierten APP-Spiegels. Weiterhin konnte eine HDAC-abhängige Regulation des molekularen Chaperons GRP78 (78 kDa glucose-regulated protein) belegt werden. GRP78 bindet spezifisch APP und inhibiert dadurch dessen korrekte Reifung und somit auch die Sekretion von sAPPα. Trichostatin A (TSA), ein Pan-HDAC-Inhibitor, konnte potent GRP78 induzieren und dadurch ebenfalls effektiv APP-Spiegel senken. Im Gegensatz dazu zeigte eine Behandlung mit Valpromid (VPM), ein VPA-Analogon ohne HDAC-inhibitorischen Eigenschaften, keine Auswirkungen auf den APP-Metabolismus. Eine gezielte Ausschaltung des APP-Gens mittels siRNA (small interfering RNA) resultierte in einer signifikanten Wachtumsinhibition, ähnlich wie eine Behandlung mit HDAC-Inhibitoren. Diese Ergebnisse weisen auf einen neuen molekularen Mechanismus hin wie HDAC-Inhibitoren über eine Modulation des APP-Metabolismus effektiv das Tumorwachstum inhibieren. Diese Beobachtungen konnten weiter hin in einem etablierten Xenograft-Mausmodell bestätigt werden. Physiologisch relevante VPA-Konzentrationen konnten nicht nur das Wachstum, sondern auch APP-Spiegel in vivo supprimieren. Zusammenfassend konnte in verschiedenen Tumorentitäten eine APP-Überexpression, die Funktion als potenter Tumorwachstumsfaktor und die selektive Pharmakomodulation durch HDAC-Inhibitoren in vitro und in vivo nachgewiesen werden.
Schlagwörter: Amyloid-Vorläufer-Protein; HDAC-Inhibition; Epigenetik; Wachstumsfaktor; Tumor; Alzheimer-Krankheit