Die Interaktion von ErbB2/Her2 mit Hitzeschockproteinen in Mammakarzinomzellen
The interaction of ErbB2/Her2 with heatshockproteins in breast cancer cells
by Felix Streller
Date of Examination:2015-02-10
Date of issue:2015-01-19
Advisor:Prof. Dr. Matthias Dobbelstein
Referee:Prof. Dr. Matthias Dobbelstein
Referee:Prof. Dr. Dieter Kube
Referee:Dr. Ramona Schulz
Persistent Address:
http://dx.doi.org/10.53846/goediss-4867
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Abstract
English
Overexpression of the human epidermal growth factor receptor-2 (HER2) in breast cancer strongly correlates with aggressive tumors and poor prognosis. Recently, a positive correlation between HER2 and MIF (macrophage migration inhibitory factor, a tumor-promoting protein and heat-shock protein 90 (HSP90) client) protein levels was shown in cancer cells. However, the underlying mechanistic link remained unknown. Here we show that overexpressed HER2 constitutively activates heat-shock factor 1 (HSF1), the master transcriptional regulator of the inducible proteotoxic stress response of heat-shock chaperones, including HSP90, and a crucial factor in initiation and maintenance of the malignant state. Inhibiting HER2 pharmacologically by Lapatinib (a dual HER2/epidermal growth factor receptor inhibitor) or CP724.714 (a specific HER2 inhibitor) leads to inhibition of phosphoactivated Ser326 HSF1, and subsequently blocks the activity of the HSP90 chaperone machinery in HER2-overexpressing breast cancer lines. Consequently, HSP90 clients, including MIF, AKT, mutant p53 and HSF1 itself, become destabilized, which in turn inhibits tumor cell proliferation. Mechanistically, HER2 signals via the phosphoinositide-3-kinase (PI3K)-AKT-HSF1 axis to induce activated pSer326 HSF1. Heat-shock stress experiments confirm this functional link between HER2 and HSF1, as HER2 (and PI3K) inhibition attenuate the HSF1-mediated heat-shock response. Our results show for the first time that HER2/ErbB2 overexpression controls HSF1 activity, with subsequent stabilization of numerous tumor-promoting HSP90 clients such as MIF, AKT and HSF1 itself, thereby causing a robust promotion in tumor growth in HER2-positive breast cancer.
Keywords: MIF; Hsp90; HSF-1; Her2; ErbB2
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Her2-positiver Brustkrebs, der Subtyp des Mammakarzinoms, bei dem eine Überexpression des epidermalen Wachstumsfaktor-Rezeptors-2 (ErbB2/Her2) vorliegt, hat für die betroffenen Frauen eine besonders schlechte Prognose. Eine positive Korrelation zwischen der ErbB2-Expression in Brusttumoren und der Expression des Makrophagen-Migration-inhibierenden Faktors (MIF), einem inzwischen gut bekannten tumorfördernden Protein, konnte bereits gezeigt werden. Ferner konnte gezeigt werden, dass MIF durch das Hitzeschockprotein 90 (Hsp90) in einem Mausmodell des Her2-positiven Brustkrebses stabilisiert wird. Der zugrundeliegende Mechanismus war bisher unverstanden. In dieser Doktorarbeit konnte erstmalig demonstriert werden, dass Hitzeschockfaktor-1 (HSF-1), der Transkriptionsfaktor der stressinduzierten Hitzeschockproteine (HSP), einschließlich Hsp90, in ErbB2-überexprimierenden SK-BR-3-Brustkrebszellen konstitutiv durch ErbB2 aktiviert wird. Durch eine Behandlung mit dem ErbB2-Inhibitor CP724.714 konnte die aktivierende Serin326-Phosphorylierung von HSF-1 verhindert werden. Als Folge wird, wie durch Western-Blot-Analysen gezeigt, die HSP-Maschinerie inhibiert und tumorfördernde Hsp90-Klienten wie MIF, Akt, mutiertes p53, ErbB2 und HSF-1 destabilisiert. Außerdem konnte die unterbleibende HSF-1-Aktivierung durch quantitative PCR-Analysen und Immunfluoreszenzmikroskopie bestätigt werden. Die mechanistischen Untersuchungen konnten die hier erstmalig beschriebene ErbB2-Akt-HSF-1-Achse aufdecken, über die HSF-1 in SK-BR-3-Zellen reguliert wird. Ferner konnte eine ErbB2-Inhibition sogar die HSF-1-Aktivierung durch einen Hitzeschock unterbinden. Unsere Ergebnisse zeigen zum ersten Mal, dass die ErbB-2-Überexpression in SK-BR-3-Zellen eine konstitutive HSF-1-Aktivierung bewirkt, mit der Folge, dass tumorfördernde Hsp90-Klienten wie MIF, HSF-1 selbst, ErbB2 und mutiertes p53 stabilisiert werden. Die neu entdeckte ErbB2-Akt-HSF-1-Hsp90-Klienten-Achse legt möglicherweise neue Angriffspunkte für zusätzliche Pharmaka bei der Therapie Her2-positiven Brustkrebses offen.