Titelaufnahme

Titel
Sprouty2 and Sprouty4 exert distinguishable tumor-repressing effects in osteosarcoma and breast cancer, but only Sprouty2 is able to rescue the oncogenic functions of microRNA-21 / submitted by Mag. rer. nat. Vanita Vanas
Verfasser / VerfasserinVanas, Vanita
Betreuer / BetreuerinSutterlüty-Fall, Hedwig
ErschienenWien, 2016
UmfangXV, 136 Seiten : Illustrationen
HochschulschriftMedizinische Universität Wien, Dissertation, 2016
Anmerkung
Zusammenfassung in deutscher Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Sprouty / mikroRNA / miR-21
Schlagwörter (EN)Sprouty / microRNA / miR-21
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-9346 Persistent Identifier (URN)
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Sprouty2 and Sprouty4 exert distinguishable tumor-repressing effects in osteosarcoma and breast cancer, but only Sprouty2 is able to rescue the oncogenic functions of microRNA-21 [3.19 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Sprouty Proteine spielen eine wichtige Rolle in der Regulation von Signaltransduktion. Über unterschiedliche Mechanismen ist es ihnen meistens möglich, Signalkaskaden abzuschwächen. Nur in wenigen Fällen -wohl weitgehend abhängig vom extern vorhandenen Signalinduktor kann ein erhöhter Level an Sprouty Proteinen die Signalwirkung in der Zelle auch verstärken. Dementsprechend ist auch die ihnen nachgewiesene Rolle bei der Tumorentstehung höchst unterschiedlich.

Da einzelne Funktionen, insbesondere von Sprouty2 und Sprouty4 unterschiedlich ausgeübt werden können, haben wir beschlossen, die Wirkungsweise dieser beiden Sprouty Proteine in Brustkrebs und Osteosarkom-Zelllinien vergleichend zu untersuchen. In Brustkrebszellen war Sprouty4 effizienter bei der Inhibierung der Zellproliferation und der Migration als Sprouty2. Dazu passend konnte gezeigt werden, dass in der Brustkrebs-Zelllinie mit erhöhter Sprouty4 Expression eine Reduktion der Sprouty4 Proteinlevels zu einer gesteigerten Proliferation geführt hat. Die stärker inhibierende Wirkung von Sprouty4 ist vermutlich durch einen verminderten Anstieg der Phosphorylierung von ERK in Folge von Seruminduktion verursacht.

Ganz im Gegensatz zu diesen Daten, war in Osteosarkomzellen, ausschließlich Sprouty2 in der Lage eine tumorsuppressive Funktion zu erfüllen. Bei ektopischer Sprouty2 Überexpression stellen Osteosarkom-Zelllinien die Zellteilung nahezu ein. Interessanterweise hemmt in diesem Zelltyp Sprouty2 die Aktivierung des MAPK Signaltransduktionsweges wesentlich effizienter als Sprouty4. N-terminal gelegene Strukturen sind für diesen Unterschied verantwortlich.

Obwohl die signifikante Repression von Sprouty2 Expression in Osteosarkomen noch nicht eindeutig untersucht wurde, ist bekannt, dass ein wichtiger Regulator von Sprouty2, nämlich mikroRNA-21 in Osteosarkomen erhöht ist. In meiner Thesis konnte ich zeigen, dass Osteosarkomzellen mit erhöhten mikroRNA-21 Levels durch eine schnellere Zellverdoppelung charakterisiert sind. Umgekehrt verlangsamt sich die Proliferation von Osteosarkomzellen, wenn die Aktivität von mikroRNA-21 reduziert wird. Zusätzlich zeigte sich, dass die endogenen Sprouty2 Levels auf die Modulation der mikroRNA-21 Aktivitäten reagieren, und dass die ektopische Expression von Sprouty2 die Wirkung von mikroRNA-21 Überexpression komplett aufhebt. Neben der proliferationsfördernden Wirkung konnte mikroRNA-21 auch die Sensitivität der Osteosarkomzellen gegenüber Cisplatin erhöhen, während Migration und die Empfindlichkeit der Zellen gegenüber Doxorubicin und Methotrexat von den mikroRNA-21 Expressionslevel unbeeinflusst bleiben. Die erhöhte Sensitivität gegenüber Cisplatin im Falle von erhöhten mikroRNA-21 Levels ist bei gleichzeitiger Überexpression von Sprouty2 teilweise aufgehoben. Diese Ergebnisse zeigen deutlich, dass die Regulation von Sprouty2 durch mikroRNA-21 zumindest im Osteosarkom bedeutend ist.

In der Lunge, wo Sprouty2 auch als Tumorsuppressor wirkt, ist mikroRNA-21 zwar im Tumorgewebe deutlich höher als im dazugehörigen Normalgewebe, diese Erhöhung kann aber in Zelllinien nur beobachtet werden, wenn tumorspezifische Wachstumsbedingungen wie Hypoxie oder Sphäroides Zellwachstum simuliert werden.

Zusammenfassend können wir sagen, dass die Sensitivität des MAPK Signaltransduktionsweg auf Spouty2 und Sprouty4 in Brustkrebszellen und Osteosarkomzellen unterschiedlich ist. Damit einhergehend ist das Ausmaß der hemmenden Wirkung der beiden Sprouty Proteine auf Wachstum und Migration klar zu unterscheiden. Die Regulation von Sprouty2 durch das OnkomiR mikroRNA-21 dürfte in Osteosarkomen entscheidend sein.

Zusammenfassung (Englisch)

Sprouty proteins are important modulators of receptor tyrosine kinase-mediated signaling. Primarily, these proteins suppress signaling cascades like MAPK pathway. Nonetheless, there is evidence that in response to certain extracellular signal conditions at least Sprouty2 is able to sustain cell signaling. Due to these opposing roles in signal transduction, Sprouty proteins can function as tumor suppressors as well as oncogenes, mainly dependent on the origin of the cancer. Since the available data indicate that especially Sprouty2 and Sprouty4 may exert distinguishable roles, we first compared the function of these two Sprouty proteins in breast cancer- as well as osteosarcoma-derived cells.

In breast cancer-derived cell lines, we observed that compared to Sprouty2, Sprouty4 is the more potent inhibitor of cell proliferation and migration. Accordingly, knock-down of Sprouty4 levels in cells with high endogenous expression of Sprouty4 decelerated cell proliferation. Concurrently, the induction of ERK in response to serum in the tested breast cancer cells was primarily repressed by Sprouty4 indicating that the impact of Sprouty4 on cell proliferation was due to interference with the MAPK pathway.

In contrast to the observations in breast cancer, we demonstrated that Sprouty2 acts as a potent tumor suppressor in osteosarcoma, where Sprouty4 fails to influence malignant characteristics of the cells. Ectopic expression of Sprouty2 almost arrested cell proliferation in osteosarcoma-derived cells. Both Sprouty proteins are able to interfere with MAPK pathway activation, but Sprouty2 inhibits ERK phosphorylation much more efficient. The difference in this function arises from structures located at the N-terminus of Sprouty2.

Although, Sprouty2 expression in osteosarcoma tissue is not documented yet, it is reported that microRNA-21, an important regulator of Sprouty2, is frequently overexpressed. We modulated microRNA-21 activity, either by expressing a sponge construct for suppressing its activity or by overexpression of primiR-21. Our study illustrates that microRNA-21 accelerated cell proliferation and ectopic expression of Sprouty2 in microRNA-21 overexpressing cells compensated this effect. Contrarily, modulation of microRNA-21 left cell migration unaffected. In addition, augmented microRNA-21 activity led to increased sensitivity of the cells towards cisplatin treatment, while it had no effect on resistance to other commonly used chemotherapeutic agents like doxorubicin and methotrexate. Simultaneous ectopic expression of Sprouty2 and microRNA-21 reversed the microRNA-21-mediated effect on cell sensibility towards cisplatin treatment. Our data suggest that the regulation of Sprouty2 by microRNA-21 plays an important role in osteosarcoma.

In lung cancer, where Sprouty2 is reported to act as a tumor suppressor, microRNA-21 is clearly elevated in tumor tissue compared to the corresponding normal tissue. Surprisingly, this increase in microRNA-21 expression could only be observed in NSCLC-derived cell lines after simulation of tumor-specific growth conditions like hypoxia or anchorage-independent growth.

In summary, we concluded that the influence of Sprouty2 and Sprouty4 on MAPK signaling cascade differs in breast cancer and osteosarcoma. In line with this observation, the effect of the two Sprouty isoforms on migration and proliferation varies clearly in these two tumor entities. Additionally, the regulation of Sprouty2 by microRNA-21 seems to be essential for the malignant phenotype of osteosarcoma.