Titelaufnahme

Titel
The role of p-21 activated kinase in colitis driven colorectal carcinogenesis / submitted by Kyle Dammann
VerfasserDammann, Kyle
Begutachter / BegutachterinGasche, Christoph
Erschienen2015
UmfangXVIII, 155 Bl. : graph. Darst.
HochschulschriftWien, Med. Univ., Diss., 2015
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)PAK1 / Krebs / Kolitis
Schlagwörter (EN)PAK1 / Cancer / Colitis
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-5807 Persistent Identifier (URN)
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The role of p-21 activated kinase in colitis driven colorectal carcinogenesis [8.11 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Einleitung: P-21 aktivierten Kinase (PAK1) aktiviert die Rho-GTPase Rac1/Cdc42, welche an der Zellhomöostase intestinaler Epithelzellen beteiligt ist. Zusätzlich fungiert PAK1 als Gerüstprotein sowie auch als Kinase an Zellmembranen, Zytoplasma und im Zellkern. Eine Aktivierung von PAK1 führt zu zytoskeletalen Umbauten und zu Aktivierung von Signalkaskaden, die für die epitheliale Zellmigration entlang der intestinalen Villi benötigt werden. Somit reguliert dieses Protein auch die Proliferation der Darmkrypten. Beispiele hierfür sind der MAPK, PI3K/AKT, Wnt/[beta]-catenin und NF-[kappa]B Signalweg.

Interessanterweise blockiert der entzündungshemmende Arzneistoff 5-Aminosalicylsäure (5-ASA) vieler dieser Signalwege und wir konnten zeigen, dass PAK1 eines von 5-ASAs therapeutischen Zielen ist. Methoden und Ergebnisse: Mittels einer Immunhistochemie (IHC) von PAK1 in Gewebe von gesunden Kontrollen, Chronisch entzündlicher Darmerkrankung und Kolitis assoziiertem Krebs (CAC) konnte gezeigt werden, dass PAK1 in entzündetem intestinalen und tumorösen Gewebe überexprimiert und aktiviert wird. Eine transiente WT-PAK1 Überexpression induzierte Proliferation und Zellüberleben in normalen Kolonepithelzellen.

Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass pro-inflammatorische Zytokine wie IL-1b, IFN[gamma] und TNF-[alpha] eine Phosphorylierung von PAK1 induzierten. Besonders TNF-[alpha] stellte sich als ein potenter Aktivator von PAK1 heraus und führte zu co-Lokalisation der NF-[kappa]B Untereinheit p65 sowohl in das Zytoplasma wie auch in den Kern. Eine PAK1 Aktivierung führte zu einer Herunterregulierung von PPAR[gamma] und einer transkriptionalen Aktvierung von p65. Desweiteren konnte mittels einer IHC von p-PAK1 gezeigt werden, dass bei der Colitis Ulcerosa die PAK1 Aktivierung vor allem in den luminal gelegenen Epithelzellen stattfindet. Sowohl die intraperitoneale Injektion von TNF-[alpha] bei Mäusen, wie auch die TNF-[alpha] Behandlung von Kolonepithelzellen und Dünndarmorganoide triggerten eine PAK1 Aktivierung und eine Translokation von p65 in den Kern. Dieser Effekt konnte in Dünndarmorganoiden, welche aus PAK1-/- Mäusen isoliert wurden oder ein in-vitro knock down von PAK1 mittels siRNAs erfahren hatten, aufgehoben werden. In einem AOM/DSS Mausmodel für den CAC führte sowohl eine Deletion von PAK1 sowie auch eine 5-ASA Behandlung zu einer reduzierten Aktivierung des PAK1-AKT-[beta]-catenin und m-TOR Signalweges.

Interessanterweise war die Anzahl invasiver Tumore in den PAK-/- - Mäusen erhöht. Schlussfolgerung: Die oben angeführte Datenlage spricht dafür, dass (1) PAK1 überexprimiert ist bei einer chronischen Entzündung des Darmes und bei CAC; (2) PAK1 zur Aktivierung der PI3K/AKT, Wnt/[beta]-catenin, mTOR and NF-[kappa]B Signalübertragungswege beiträgt; (3) PAK1 den NF-[kappa]B Signalweg über Stabilisierung und Translokation von p65 und Regulierung von PPAR[gamma] moduliert; (4) PAK1 die Tumorgenese im CAC fördert; (5) 5-ASA der Überexpression von PAK1 und den damit einhergehenden Effekten auf die Zellproliferation und Apoptose entgegenwirkt.

Zusammenfassung (Englisch)

Introduction: P-21 activated kinase 1 (PAK1) is an effector of the Rho-GTPases Rac1/Cdc42, which is involved in intestinal epithelial cell homeostasis. PAK1 has both kinase and scaffold function and fulfills its roles at the membrane, cytoplasm and in the nucleus.

Activation of PAK1 induces cytoskeletal rearrangements and signaling cascades required for epithelial cell migration and survival along the intestinal villus axis in addition to regulating proliferation throughout the crypts. Such pathways which are activated by PAK1 include the mitogen activated protein kinases (MAPK), phosphoinositide 3-kinases (PI3K/AKT), nuclear factor kappa B (NF-[kappa]B), and Wnt/[beta]-catenin. Interestingly, the anti-inflammatory drug 5-ASA modulates most of these pathways, and we previously identified that PAK1 is one of 5-ASA's targets. Methods & Results: Immunohistochemistry (IHC) of PAK1 from healthy controls, inflammatory bowel disease (IBD), and colitis associated cancer (CAC) patient samples revealed PAK1 was overexpressed and activated in intestinal inflammation and malignancy.

Transient WT-PAK1 overexpression increased proliferation and survival in normal colonic epithelial cells, and 5-ASA blocked the effect of PAK1 overexpression. Pro-inflammatory cytokines IL-1[beta], IFN[gamma], and TNF[alpha] induced PAK1 phosphorylation. TNF[alpha] was a potent activator of PAK1 which induced co-localization of the NF-[kappa]B subunit p65 in the cytoplasm and nucleus. PAK1 activation led to downregulation of PPAR[gamma] and transcriptional activation of p65. IHC of p-PAK1 revealed PAK1 activation in UC was localized to the luminal epithelial surface. Intra-peritoneal injection of TNF[alpha] in mice, or treatment of colonic epithelial cells or small intestinal organoids with TNF[alpha] triggered PAK1 activation and nuclear translocation of p65.

This was impaired in small intestinal organoids isolated from PAK1-/- mice or in vitro knock down of PAK1 with siRNA in colonic epithelial cells. In an AOM/DSS mouse model of CAC, both PAK1 deletion and 5-ASA treatment reduced PAK1-AKT-[beta]-catenin and m-TOR signaling.

Surprisingly, tumor invasiveness was increased in PAK1-/- mice.

Conclusions: Overall these data indicate that (1) PAK1 is overexpressed in chronic gut inflammation and in CAC (2) PAK1 contributes to PI3K/AKT, Wnt/[beta]-catenin, mTOR and NF-kB cell survival pathways (3) PAK1 modulates NF-kB pathway through p65 stability and nuclear localization and modulation of PPAR[gamma] (4) PAK1 promotes tumorigenesis in CAC (5) 5-ASA counteracts PAK1 overexpression and its effect on cell proliferation and apoptosis.