Einfluss der sauren und der neutralen Sphingomyelinasen auf Produktion und Zusammensetzung extrazellulärer Vesikel von Mamma-Karzinom-Zelllinien
Influence of acid and neutral sphingomyelinases on production and composition of extracellular vesicles in breast carcinoma cell lines
by Daniel Köberle
Date of Examination:2021-07-20
Date of issue:2021-07-06
Advisor:Prof. Dr. Claudia Binder
Referee:Prof. Dr. Claudia Binder
Referee:Prof. Dr. Christine Stadelmann-Nessler
Referee:Prof. Dr. Ralf Dressel
Persistent Address:
http://dx.doi.org/10.53846/goediss-8706
Files in this item
Name:Inauguraldissertation_Koeberle Online Version.pdf
Size:1.28Mb
Format:PDF
Description:Dissertation
The following license files are associated with this item:
Abstract
English
Extracellular vesicles, including microvesicles and exosomes, are important mediators in cell-cell-communication, both in physiological and pathological processes. Due to their diagnostic and therapeutic potential they have recently gained attention especially in oncology. Although several mechanisms of microvesicle and exosome biogenesis have been characterized, the knowledge about their role in specific processes still remains to be elucidated. Many studies have demonstrated the influence of sphingomyelinases on the biogenesis of exosomes. This dissertation examines the molecular mechanisms of three specific sphingomyelinases (acid or neutral sphingomyelinase 1 and 2) in this process. The results suggest that sphingomyelinases have different impacts on the production of extracellular vesicles, despite catalyzing the same biochemical reaction. The knock-down of acid sphingomyelinase in breast carcinoma cell lines increased the fraction of microvesicles, while decreasing the fraction of exosomes. The knock-down of neutral sphingomyelinase caused a tendency to increase the fraction of microvesicles, similar to acid sphingomyelinase. The exosome fraction, however, remains unchanged upon knock-down of neutral sphingomyelinases. Most likely the different effects are explained by the different subcellular compartments of the sphingomyelinases and their specific pH-optima. Presumably, the effects vary in different tissues, which impedes the generalization of these results. Ceramides, the reaction products of sphingomyelinases seem to be important mediators for the described knock-down effects. Future studies should examine how the production of extracellular vesicles changes in dependence of ceramide concentration, and tissue type (both physiological and pathological), and whether the findings about extracellular vesicle biogenesis can be reproduced in vivo. A better understanding of the biogenesis of extracellular vesicles is a precondition for its utilization as a diagnostic biomarker on one hand, and as a specific target in context of innovative therapeutic strategies on the other hand.
Keywords: extracellular vesicle; microvesicle; sphingomyelinase; ceramide; acid sphingomyelinase; neutral sphingomyelinase; breast carcinoma; mammary carcinoma; breast cancer; SK-BR-3; vesicle; exosome; sphingomyeline; EV; MV; Exo; SMPD; aSMase; nSMase; nSMase1; nSMase2
German
Extrazelluläre Vesikel und ihre Subgruppen Mikrovesikel und Exosomen sind wichtige Vermittler der Zell-Zell-Kommunikation in physiologischen und in pathologischen Prozessen. Besonders in der Onkologie sind sie in den letzten Jahren in den Fokus gerückt, da sie sowohl diagnostisches sowie therapeutisches Potenzial besitzen. Auch wenn zum Teil schon einige Mechanismen der Exosomen- und auch der Mikrovesikel-Biogenese entdeckt werden konnten, sind sie bislang noch nicht vollumfassend verstanden. Diverse Forschungsgruppen haben in der Vergangenheit den Sphingomyelinasen einen Einfluss auf die Exosomen-Sekretion zugesprochen. Die Vorergebnisse meiner Arbeitsgruppe ließen dann darauf schließen, dass die Sphingomyelinasen sowohl in der Exosomen- als auch in der Mikrovesikel-Biogenese involviert sind. Welchen Einfluss jedoch die einzelnen Sphingomyelinasen (saure und neutrale Sphingomyelinase 1 und 2) besitzen und welche molekularen Mechanismen dafür verantwortlich sind, wurde in dieser Arbeit untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die Sphingomyelinasen, obwohl sie die gleiche Reaktion katalysieren, unterschiedliche Einflüsse auf die Produktion von extrazellulären Vesikeln ausüben. So bewirkt der Knock-Down der sauren Sphingomyelinase in Mammakarzinomzellen eine Zunahme der Mikrovesikel bei gleichzeitiger Abnahme der Exosomen. Der Knock-Down der neutralen Sphingomyelinasen führt ebenfalls tendenziell zu einer Zunahme der Mikrovesikel, jedoch zu einer unveränderten Exosomen-Sekretion. Für diese unterschiedlichen Effekte der Sphingomyelinasen sind am ehesten ihre jeweiligen intrazellulären Lokalisationen und ihre spezifischen pH-Optima bedeutend. Außerdem ist zu vermuten, dass die Effekte der Sphingomyelinasen in unterschiedlichen Geweben variieren, was eine Verallgemeinerung der Ergebnisse erschwert. Ceramide, die Reaktionsprodukte der Sphingomyelinasen, scheinen wichtige Mediatoren der Knock-Down Effekte zu sein. In Zukunft muss geprüft werden, wie sich die Produktion der extrazellulären Vesikel verändert, wenn die Ceramidkonzentration auf anderem Wege verändert wird, welchen Einfluss dies auf andere Gewebe (physiologische und pathologische) hat und ob sich die Erkenntnisse über die Extrazelluläre-Vesikel-Biogenese auch in vivo reproduzieren lassen. Ein verbessertes Verständnis der Biogenese ist Voraussetzung für ihre Nutzung als diagnostische Biomarker ebenso wie ihre gezielte Beeinflussung im Rahmen von innovativen Therapie-Strategien.
Schlagwörter: extrazelluläre Vesikel; Mikrovesikel; Sphingomyelinase; Ceramid; saure Sphingomyelinase; neutrale Sphingomyelinase; Brustkrebs; Mammakarzinom; Vesikel; Exosom; Sphingomyelin; EV; Exo; MV; SMPD; nSMase1; nSMase2; aSMase
