Irle, Inga C.:

Epigenetische Regulation der konservativen Serinportease HtrA1

Duisburg, Essen (2009), 162 BL.
Dissertation / Fach: Biologie
Fakultät für Biologie » Mikrobiologie
Ehrmann, Michael (Doktorvater, Betreuerin)
Bayer, Peter; Nalbant, Perihan (GutachterIn)
Duisburg, Essen, Univ., Diss., 2009
Abstract:
HtrA1 gehört zu der HtrA (High temperature requirement)-Familie der Serin-Proteasen, einer
Gruppe hochkonservierter Proteasen, die sowohl eukaryotische, als auch prokaryotische
Mitglieder umfasst. Gemeinsames Merkmal dieser Serinproteasen ist das Vorhandensein
einer hoch-konservierten Trypsin-ähnlichen Domäne und mindestens einer PDZ-Domäne am
C-Terminus. HtrA1 wurde ursprünglich als herunter reguliertes Gen in SV40-transfomierten
Fibroblasten identifiziert und wurde seitdem mit verschiedenen Krankheitsbildern, wie z.B.
Arthritis, altersbedingter Makuladegeneration und der Alzheimerschen Krankheit, in
Verbindung gebracht.
HtrA1 ist außerdem für einige Krebsarten, wie z.B. Ovarialkarzinome, Melanome und
Mesotheliome, von Bedeutung. Die Expression von HtrA1 ist in diesen Tumoren herunter
reguliert. Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Mechanismus, der für die aberrante
Verminderung der HtrA1-Expression in Tumorzellen verantwortlich ist, identifiziert. Der
HtrA1-Promotor enthält eine CpG island, die in Kolonkarzinomzelllinien und Darmpolypen
von APCMin/+-Mäusen hypermethyliert ist. Diese Hypermethylierung korreliert mit der
Inhibition der HtrA1-Expression. Damit konnte HtrA1 erstmals mit der Entstehung des
Kolonkarzinoms in Verbindung gebracht werden. Durch Behandlung mit epigenetischen
Pharmazeutika kann die Expression von HtrA1 in Zelllinien, die einen hypermethylierten
HtrA1-Promotor aufweisen, wiederhergestellt werden. Demzufolge ist die DNA-Methylierung
reversibel.
Außerdem konnte gezeigt werden, dass durch die Suppression von MBD2, einem Mitglied
der MBD-Proteinfamilie, die HtrA1-Expression in Zellen mit einem hypermethylierten HtrA1-
Promotor gesteigert werden kann. In Zellen mit einem unmethylierten HtrA1-Promotor hat die
MBD2-Suppression hingegen keinen Effekt. Demnach bindet MBD2 methylierungsabhängig
an den Promotor und inhibiert die Transkription von HtrA1.
Aufgrund der Fähigkeit an die Promotoren von Tumorsuppressorgenen zu binden und der
Tatsache, dass der Verlust von MBD2 in APCMin/+-Mäusen die Tumorigenese stark
vermindert, wird MBD2 als interessanter potentieller Angriffspunkt für die Etablierung neuer
Therapiestrategien zur Behandlung von Krebserkrankungen angesehen.
Zusätzlich wurde die Interaktion von rekombinant hergestelltem MBD2b und DNA mit einem
EMSA analysiert. Mit Hilfe des EMSAs konnte eine methylierungsabhängige Bindung des
gereinigten MBD2s an DNA-Oligonucleotide nachgewiesen werden. Außerdem wurden
Substanzen hinsichtlich ihrer Fähigkeit, die Interaktion von MBD2b mit methylierter DNA zu vielversprechender Angriffspunkt diskutiert. Therapeutisch interessant wären Substanzen,
die die Interaktion von MBD2 mit der methylierten DNA oder dem rekrutierten
Transkriptionsrepressorkomplex hemmen. Mittels eines weiteren HTS (High Troughput
Screen), bei dem eine andere Substanzbibliothek getestet wird, könnten solche Substanzen
identifiziert werden. Diese könnten dann biochemisch, zellbiologisch und in vivo analysiert
werden.
Für MBD2 sind bisher keine Strukturinformationen verfügbar. Diese würden jedoch helfen,
die Interaktion von MBD2 mit der DNA und dem Transkriptionsrepressorkomplex genau zu
verstehen. Mit Hilfe dieser Informationen wäre es möglich Moleküle zu modellieren, die die
Interaktion spezifisch stören.
MBD2 stellt ferner ein in vitro Substrat von HtrA1 dar. In der Vergangenheit wurde außerdem
gezeigt, dass HtrA1 zum Teil im Zellkern lokalisiert ist (Clawson et al. 2008). Da MBD2
ebenfalls innerhalb des Zellkerns vorliegt, könnte es demnach potentiell in vivo von HtrA1
proteolysiert werden. Diese Fragestellung sollte in Zukunft genauer untersucht werden, um
eine potentielle Bedeutung von HtrA1 für die Regulation der MBD2-Homöostase zu klären.
Eine solche Funktion hätte dramatische Folgen für die Tumorprogression in Zellen, in denen
die HtrA1-Expression abgeschaltet ist. Nach Verlust von HtrA1 würde MBD2 nicht mehr
proteolysiert werden. Dementsprechend würde die Konzentration von MBD2 in der Zelle
stark ansteigen und es könnte häufiger an die methylierten Promotoren von
Tumorsuppressorgenen, u.a. von HtrA1, binden und deren Expression inhibieren. Diese
Kaskade würde die Tumorprogression erheblich fördern. Aus diesem Grund ist es von
großer Bedeutung diese potentielle Funktion von HtrA1 in Zukunft näher zu analysieren.