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Bibliographic Metadata

Title
Tumor-associated growth conditions activate mechanisms regulating Sprouty protein expression
Additional Titles
Tumor-assoziierte Wachstumsbedingungen aktivieren Regulationsmechanismen der Sprouty Proteinexpression
AuthorHaigl, Barbara
CensorSutterlüty-Fall, Hedwig
Published2013
Description164 Bl.
Institutional NoteWien, Med. Univ., Diss., 2013
Annotation
Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
LanguageEnglish
Bibl. ReferenceOeBB
Document typeDissertation (PhD)
Keywords (DE)Sprouty / microRNA-21 / Tumorentstehung / Lungenkrebs / Hypoxie / ERK
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-7156 Persistent Identifier (URN)
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 The work is publicly available
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Tumor-associated growth conditions activate mechanisms regulating Sprouty protein expression [5.31 mb]
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Abstract (German)

Mitogen-aktivierte Proteinkinase (MAPK) Signalwege stellen essentielle Signaltransduktionskaskaden dar, welche eine Vielzahl zellulärer Prozesse wie etwa Proliferation, Differenzierung, Apoptose und Migration beeinflussen. Diese Signalwege werden durch verschiedene Mechanismen moduliert, wie z.B. durch die Regulationsproteine Sprouty1-4 (Spry1-4). Die Mitglieder der Spry Proteinfamilie besitzen überlappende Wirkungsmechanismen, jedoch sind ihre Funktionen nicht redundant. Spry Proteine üben eine zentrale Rolle in der proliferationsregulierenden Signaltransduktion aus. Häufig ist die Expression von Spry Proteinen, vor allem Spry2, in verschiedenen Tumorarten wie etwa dem Lungenkarzinom vermindert. Daher wird angenommen dass Spry Proteine eine tumorsupprimierende Funktion ausüben. Basierend auf den kürzlich publizierten Daten dass Spry2 durch microRNA-21 (miR-21) reguliert wird, untersuchten wir eine potenzielle Beeinflussung von Spry2 durch miR-21 im Lungenkrebs. Daher analysierten wir im Zuge dieser Dissertation die miR-21 Mengen in Zelllinien und Geweben des nicht-kleinzelligen Lungenkarzinoms. Übereinstimmend mit früheren Studien weisen unsere Resultate nach dass miR-21 verstärkt im Tumor vorhanden ist verglichen mit Normalgewebe. Zusätzlich konnten wir zeigen dass der Anstieg von miR-21 mit zunehmender Malignität ausgeprägter ist. Wie zu erwarten war wiesen jene Tumore mit besonders hoher miR-21 Menge eine stark reduzierte Spry2 Expression auf. Im Gegensatz zur Erhöhung von miR-21 in Geweben waren die miR-21 Mengen in den Zelllinien vergleichbar mit denen im Normalgewebe und nicht-malignen Zellen. Dementsprechend fanden wir keine Korrelation zwischen den Levels an miR-21 und der Spry2 Expression in Zelllinien des nicht-kleinzelligen Lungenkarzinoms. Trotzdem war die Beobachtung dass miR-21 ausschließlich im Gewebekontext erhöht wurde besonders interessant weil diese Daten darauf hinwiesen dass Komponenten des Tumormikromilieus, die nicht in der Zellkultur nachgeahmt werden, eine entscheidende Rolle in der Regulierung von miR-21 spielen. Deshalb untersuchten wir den Einfluss von Tumor-assoziierten Bedingungen auf miR-21. Während Tumor-assoziierte Fibroblasten die Expression von miR-21 nicht beeinflussten, führten sowohl kontaktunabhängiges Wachstum als auch Hypoxie zu einem Anstieg der miR-21 Menge in Zelllinien des nicht-kleinzelligen Lungenkarzinoms. Diese Ergebnisse zeigen dass miR-21 vorwiegend durch gewebespezifische und nicht intrinsische Faktoren reguliert wird. In Zellen des nicht-kleinzelligen Lungenkarzinoms, die kontaktunabhängig wuchsen oder unter Hypoxie kultiviert wurden, waren die Level an Spry2 vermindert. Diese Resultate lassen eine Regulierung von Spry2 durch miR-21 vermuten. Im Gegensatz zu den Daten die für Spry2 erhalten wurden, zeigten die Ergebnisse der Spry4 Expressionsanalysen in verschiedenen Zelllinien dass Spry4 unter hypoxischen Bedingungen hochreguliert wird. Der Anstieg der Spry4 Expression in Folge von Eisenmangel war unabhängig von Zelltyp, Differenzierung und Bösartigkeit. Des weiteren deckte unsere Studie eine Mitogen-unabhängige Regulation von Spry4 auf. Eine genauere Untersuchung der zugrundeliegenden Mechanismen ergab dass hauptsächlich erhöhte mRNA Stabilität und Transkriptionsaktivität für den Anstieg von Spry4 bei Eisenentzug verantwortlich sind, wohingegen Spry4 Proteine destabilisiert werden. Eine Mitwirkung des zentralen Transkriptionsfaktors HIF-1 (Hypoxie-induzierter Faktor-1) an der Spry4 Promoterregulation konnte gezeigt werden. Die Analyse der MAPK Signaltransduktion unter hypoxischen Bedingungen deutete eine Hemmung dieses Signalweges durch Spry4 an. Unsere Resultate indizieren eine Beteiligung von Spry4 an der zellulären Adaption an Sauerstoffmangel. Zusammenfassend konnten die Daten der Dissertation aufzeigen dass die Expression der Spry Proteine durch unterschiedliche Regulationsmechanismen kontrolliert wird um eine adäquate Verfügbarkeit der verschiedenen Mitglieder der Spry Proteinfamilie zu gewährleisten.

Abstract (English)

Mitogen-activated protein kinase (MAPK) pathways represent key signalling cascades that interfere with a broad range of cellular processes such as proliferation, differentiation, apoptosis and migration. These pathways are modulated by various mechanisms, including the negative-feedback regulators Sprouty1-4 (Spry1-4). Spry family members are known to have overlapping modes of action but their functions are not redundant. Spry proteins fulfill a central role in proliferative signalling and are frequently downregulated in diverse malignancies. Hence they are assumed to be tumor suppressors. Especially Spry2 expression is suppressed in many tumor entities including lung cancer. Since microRNA-21 (miR-21) was recently reported to target Spry2, we investigated the potential impact of miR-21 on Spry2 expression in lung cancer. In this thesis we analysed miR-21 levels in Non-small cell lung cancer (NSCLC)-derived tissue samples and cell lines. Consistent with earlier studies, the obtained results demonstrate that miR-21 is elevated in tumor versus normal lung tissue. Additionally we unveiled that with progression of the disease the increase of miR-21 is considerably more pronounced. As expected, lung tumor tissues with high miR-21 levels tended to express low Spry2 amounts. In contrast to the lung tumor tissues, NSCLC-derived cell lines exhibited miR-21 levels comparable to those of non-malignant tissues and cell lines. Accordingly, we found no correlation between miR-21 levels and Spry2 expression in NSCLC-derived cell lines. Nonetheless the observation that miR-21 was upregulated solely in the tissue context was particularly interesting since the data indicated that microenvironmental conditions, which are not mimicked in cell culture, play an important role in regulation of miR-21. Hence we studied the influence of tumor-associated environmental factors on miR-21. While the expression of miR-21 was not affected by cancer-associated fibroblasts, both oxygen withdrawal and anchorage-independent growth led to augmented miR-21 levels in NSCLC-derived cell lines. These results highlight that miR-21 is regulated by tissue-specific microenvironmental conditions rather than intrinsic factors. NSCLC-derived cells growing anchorage-independently or under hypoxia harboured reduced Spry2 levels, pointing to miR-21-mediated regulation of Spry2. In contrast to the data obtained for Spry2, evaluation of Spry4 expression under hypoxic conditions revealed that Spry4 is upregulated in diverse cell lines. The increase of Spry4 expression following iron deprivation was irrespective of cell origin, differentiation and malignancy. Moreover, this study uncovered a mitogen-independent regulation of Spry4. A detailed analysis of the underlying mechanisms showed that primarily enhanced mRNA stability and augmented transcriptional activity account for Spry4 enhancement, while Spry4 protein was destabilized upon iron withdrawal. Hypoxia-inducible factor-1, a main transcriptional regulator during hypoxia, was shown to be involved in Spry4 promoter control. Analysis of MAPK signalling illustrated that Spry4 presumably suppresses this pathway under hypoxic conditions, indicating that Spry4 contributes to the cellular adaption to hypoxia. In summary our data demonstrate that the expression of Spry proteins is controlled by distinct regulatory mechanisms in order to ensure appropriate availability of the different Spry protein family members.

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