Der Hedgehog Rezeptor Patched bei der Tumorentstehung und in der Hämatopoese
The Hedgehog receptor Patched in tumorigenesis and hematopoesis
von Anja Uhmann
Datum der mündl. Prüfung:2006-07-06
Erschienen:2007-02-05
Betreuer:Prof. Dr. Heidi Hahn
Gutachter:Prof. Dr. Wolfgang Engel
Gutachter:Prof. Dr. Wilfried Kramer
Gutachter:Prof. Dr. Martin Oppermann
Dateien
Name:uhmann.pdf
Size:6.86Mb
Format:PDF
Description:Dissertation
Zusammenfassung
Englisch
In contrast to homozygous mutations heterozygous germline mutations of the Sonic Hedgehog (Shh) receptor Patched (Ptch) are not lethal and predispose with a high incidence to the formation of basal cell carcinomas (BCC), medulloblastomas (MB) and rhabdomyosarcomas (RMS). Since somatic biallelic inactivation of Ptch is essential for the development of BCC, Ptch is thought to be a tumor suppressor gene. However, recently it has been shown that monoallelic loss of Ptch is sufficient for formation of RMS and MB. The goal of this PhD work was to analyse the pathogenesis of Ptch-associated RMS in more detail. In addition the attempt was made to identify the cell of orgin of these tumors. At first we were able to show that the formation of RMS in heterozygous Ptchneo67/+ mice can be explained by an imbalance of the expression levels of the mutant and the wildtype (wt) Ptch allele. In this context the expression of the mutant allele is increased, whereas the expression of the wt allele is decreased in RMS. To verify this observation, different splice variants of Ptch from RMS tissue were analysed. Next, it was shown that the Shh/Ptch signalling pathway can be activated both by expression of the mutant Ptch protein and by reduction of wt Ptch. Based on these results a model for the development of Ptch-associated RMS was proposed, in which tumor formation is induced by an inactivating mutation of one Ptch allele and the additional silencing of the remaining allele (Uhmann A et al., 2005). A more detailed analysis of the development of Ptch-associated tumors included the characterization of a mutant mouse line that allows for deletion of Ptch in a conditional, biallelic manner in adult mice. Using an inducible Cre-recombinase Ptch was ubiquitously inactivated in adult mice. Within a short time this led to hyperproliferative changes of the skin, of the gastro-intestinal tract and of the mesenterium. Furthermore, deletion of Ptch induced a severe defect of T and B cell development in thymus and bone marrow. This defect resulted in a depletion of immature peripheral B cells and in a complete loss of T cells in the thymus (Uhmann A et al., 2006). In addition, the local induction of the Cre-recombinase activity in the muscle induced the development of BCC after 90 days, but not of RMS or other defects. Beyond, transgenic mouse lines were established and characterized that express an inducible Cre-recombinase under the control of the murine Pax7 promotor. Using the conditional Ptch knock-out model, these mouse lines should help to delete Ptch specifically in satellite cells (adult stem cells of the skeletal muscle). This aproach should supply evidence that RMS develop from satellite cells. Until now it was not possible to activate the Cre-recombinase in satellite cells. However, an activation of the Cre-recombinase was detected in neural structures of the skeletal muscle, in which the Pax7 promotor is also active. Hence the established transgenic mice could possibly serve as a new model for analysing development und regenerative processes of peripheral nerves.
Keywords: Rhabdomyosarcoma; Patched; hematopoesis
Weitere Sprachen
Heterozygote Keimbahnmutationen des Sonic
Hedgehog (Shh) Rezeptors Patched (Ptch) sind im Gegensatz zu
homozygoten Mutationen nicht letal und prädisponieren mit hoher
Wahrscheinlichkeit zur Entstehung von Basaliomen, Medulloblastomen
und Rhabdomyosarkomen (RMS). Heute wird angenommen, dass es sich
bei Ptch um ein Tumorsuppressorgen handelt, da für die Entstehung
von Basaliomen die biallelische Inaktivierung von Ptch auf
somatischer Ebene notwendig ist. Dagegen konnte jedoch gezeigt
werden, dass für die Entstehung von RMS und MB ein monoallelischer
Ausfall von Ptch genügt. Ziel dieser Arbeit war es, die Pathogenese
von Ptch-assoziierten RMS besser zu verstehen. Des Weiteren sollte
der Versuch unternommen werden, die Ausgangszelle dieser Tumoren zu
identifizieren. Im Rahmen dieser Arbeit wurde zunächst mit Hilfe
anderer Labormitglieder demonstriert, dass die Entstehung von RMS
in heterozygoten Ptchneo67/+ Mäusen durch ein Ungleichgewicht der
Expression des mutanten und des Wildtyp (wt) Ptch Allels zu
erklären ist. Dabei wird in RMS das mutante Allel verstärkt, das wt
Allel hingegen vermindert exprimiert. Um diese Beobachtung
tiefergehend zu analysieren, wurden die verschiedenen
Spleissvarianten von Ptch im RMS untersucht. Des Weiteren wurde
gezeigt, dass der Shh/Ptch Signalweg sowohl durch die Expression
von mutantem Ptch Protein als auch durch die Reduktion von wt Ptch
aktiviert wird. Aufgrund der Ergebnisse wurde ein Modell zur
Entstehung von Ptch-assoziierten RMS vorgeschlagen, in dem die
Tumorentstehung durch mutationsbedingte Inaktivierung eines Ptch
Allels und transkriptionelles Abschalten des anderen Allels
induziert wird (Uhmann A et al., 2005). Um die Entstehung von
Ptch-assoziierten Tumoren im Detail untersuchen zu können, wurde
eine mutante Mauslinie charakterisiert, die die konditionelle,
biallelische Deletion von Ptch im adulten Organismus ermöglicht.
Unter Verwendung einer induzierbaren Cre-Rekombinase wurde Ptch
systemisch in adulten Mäusen inaktiviert. Innerhalb kürzester Zeit
führte dies zu hyperproliferativen Veränderungen der Haut, des
Gastrointestinaltrakts und des Mesenteriums. Des Weiteren wurde
durch die Ptch Deletion ein schwerer Defekt der T und B
Zellentwicklung im Thymus und im Knochenmark ausgelöst. Der Defekt
resultiert in einem Verlust von unreifen, peripheren B Zellen und
einem kompletten Verlust der T Zellen im Thymus (Uhmann A et al.,
2006 eingereicht). Zusätzlich wurde nach lokaler Induktion der
Cre-Rekombinase im Muskel der Tiere nach 90 Tagen die Entstehung
von Basaliomen, nicht aber die von RMS oder anderen Defekten
induziert. Weiterhin wurden im Rahmen dieser Arbeit transgene
Mäuse, die eine induzierbare Cre-Rekombinase unter Kontrolle des
murinen Pax7 Promotors exprimieren hergestellt und charakterisiert.
Mit Hilfe dieser Mauslinie sollte Ptch in den konditionellen Ptch
knock-out Mäusen spezifisch in Satellitenzellen (adulte Stammzellen
des Skelettmuskels) deletiert werden. Dadurch sollte der Beweis
erbracht werden, dass RMS aus Satellitenzellen entstehen. Bis zum
Abschluss dieser Arbeit konnte die transgen exprimierte
Cre-Rekombinase in Satellitenzellen nicht aktiviert werden. Dagegen
fand sich eine Aktivierung der Cre-Rekombinase in den Nerven des
Skelettmuskels, in dem der Pax7 Promotor ebenfalls aktiv ist. Daher
könnten die generierten transgenen Mäuse ein neues Modell für die
Untersuchung der Entwicklung und regenerativer Prozesse peripherer
Nerven darstellen.
Schlagwörter: Rhabdomyosarcom; Patched; Hämatopoese