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Abteilung Signaltransduktion und Wachstumskontrolle (A100)

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Forschungsschwerpunkt A<br />

Zell- <strong>und</strong> Tumorbiologie<br />

<strong>Abteilung</strong> <strong>A100</strong><br />

Signaltransduction <strong>und</strong> <strong>Wachstumskontrolle</strong><br />

<strong>Abteilung</strong> <strong>Signaltransduktion</strong> <strong>und</strong> <strong>Wachstumskontrolle</strong> (<strong>A100</strong>)<br />

Leiter: Prof. Dr. Peter Angel<br />

Gruppenleiterin<br />

Dr. Marina Schorpp-Kistner<br />

Wissenschaftliche Mitarbeiter<br />

Dr. Sabine Gack *<br />

Dr. Bettina Hartenstein<br />

Dr. Jochen Hess Dr. Frederik Marmé (11/02-)*<br />

Dr. Hartmut Richter Dr. Axel Szabowski *<br />

Doktoranden<br />

Hanna Bierbaum ( - 4/03)* Bernd Dittrich *<br />

Lore Florin * Julia Knebel *<br />

Regina Müller *<br />

Oliver Pein<br />

Verena Proft (10/03 - )<br />

Diplomanden<br />

Wibke Lips ( - 9/02) Björn Textor (11/03 - )<br />

Technische Angestellte<br />

Melanie Sator-Schmitt Sibylle Teurich<br />

Tanja Raubinger ( - 6/03) Ingeborg Vogt (1/03 - )<br />

Birgitta Vonderstrass (11/03 - )<br />

Azubi<br />

Steffen Bannert ( - 5/02) Nicole Echner ( - 6/02)<br />

Nico Keller (2/03 - ) Susanah Heck (6/03 - )<br />

Zentral<br />

Jessica Birn (ZTL, 7/02 - ) * Sabrina Zahner, Sekretärin (½)<br />

*) finanziert durch Drittmittel<br />

Die Funktion <strong>und</strong> Regulation von Transkriptionsfaktoren<br />

<strong>und</strong> deren Zielgene in der Regulation von<br />

physiologischen <strong>und</strong> pathologischen Prozessen<br />

Das Forschungsprogramm der <strong>Abteilung</strong><br />

<strong>Signaltransduktion</strong> <strong>und</strong> <strong>Wachstumskontrolle</strong> ist an<br />

der Schnittstelle von Zell- <strong>und</strong> Molekularbiologie auf dem<br />

Gebiet Genregulation durch extrazelluläre Signale (vor allem<br />

Strahlung <strong>und</strong> andere genotoxische Substanzen mit<br />

kanzerogenen oder tumorpromovierenden Eigenschaften)<br />

<strong>und</strong> biomedizinischer Forschung unter Verwendung<br />

von krankheitsrelevanten Tiermodellen oder davon abgeleitete<br />

in vitro Organsysteme angesiedelt. Die Arbeiten<br />

konzentrieren sich auf die Funktion <strong>und</strong> Regulation des<br />

Transkriptionsfaktors AP-1 (Fos/Jun) <strong>und</strong> der Identifizierung<br />

<strong>und</strong> funktionellen Analyse von AP-1 Zielgenen<br />

durch Genom-weite Expressionsanalyse. AP-1 ist der<br />

Sammelbegriff für verschiedene homo- <strong>und</strong> heterodimere<br />

Proteinkomplexe, deren Untereinheiten sich aus<br />

den Mitgliedern der Fos, Jun <strong>und</strong> CREB/ATF Proteinfamilien<br />

zusammensetzten. Zum einen unterscheidet sich<br />

die Sequenzspezifität der verschiedenen Dimere leicht<br />

voneinander. Zum anderen weist die Transkription der<br />

fos <strong>und</strong> jun Gene, als auch die Transaktivierungsfunktion<br />

der davon abgeleiteten Proteine Unterschiede auf. Die<br />

bisherigen Arbeiten machen deutlich, dass die einzelnen<br />

AP-1 Untereinheiten für die Regulation komplexer biologischer<br />

Prozesse (z. B. Zellproliferation, Transformation,<br />

Embryonalentwicklung, Angiogenese, Regeneration der<br />

Haut, Immunantwort, Apoptose <strong>und</strong> Schutzwirkungen<br />

gegenüber DNA-schädigenden Substanzen) eine entscheidende<br />

Rolle spielt (1-4).<br />

Schwerpunkte der Arbeiten der <strong>Abteilung</strong> sind das Verständnis<br />

der:<br />

a) Aufklärung der Funktion der verschiedenen Jun <strong>und</strong><br />

Fos Proteine bei physiologischen <strong>und</strong> pathologischen<br />

Prozessen<br />

b) Isolierung, Regulation <strong>und</strong> Funktionsanalyse von AP-<br />

1-abhängigen Zielgene<br />

c) Klonierung <strong>und</strong> Charakterisierung neuer Tumor-assoziierter<br />

Gene<br />

d) Mechanismen der Aktivitätskontrolle von AP-1 in Abhängigkeit<br />

von extrazellulären Signalen<br />

Wir wollen durch das Verständnis der durch Gr<strong>und</strong>lagenforschung<br />

identifizierten Genprogramme (z.B. die Lokalisation<br />

spezifischer Genprodukte in der Zelle, <strong>und</strong> das<br />

Verständnis ihrer „natürlichen“ Funktion in einem Organismus)<br />

helfen komplexe Krankheitsbilder beim Menschen<br />

diagnostisch zu erfassen. Gleichzeitig wollen wir informative<br />

Mausmodelle für menschliche Krankheiten etablieren,<br />

um in multidisziplinärer Zusammenarbeit mit Klinikern<br />

Möglichkeiten für neue Therapieformen für menschliche<br />

Krankheiten zu entwickeln.<br />

Internet: http://www.dkfz.de/signal_transduction<br />

59<br />

DKFZ 2004: Wissenschaftlicher Ergebnisbericht 2002 - 2003


60<br />

Forschungsschwerpunkt A<br />

Zell- <strong>und</strong> Tumorbiologie<br />

Zell-autonome Funktionen von c-Jun, c-Fos <strong>und</strong><br />

FosB bei der Regulation von Zellproliferation <strong>und</strong><br />

Antwort auf genotoxische Substanzen<br />

A. Kolbus, H. Bierbaum<br />

In Kollaboration mit Ingrid Herr, Klaus-Michael Debatin, Sven<br />

Baumann, Sören Eichhorst, Sabine Kirchhoff, Peter Krammer,<br />

DKFZ; Martin Schreiber <strong>und</strong> Erwin F. Wagner, Institut für Molekulare<br />

Pathologie Wien, Österreich; Michael Karin, UC San Diego,<br />

La Jolla, USA<br />

Die Synthese der Fos <strong>und</strong> Jun Proteine wird nach Behandlung<br />

von Zellen mit DNA-schädigenden Substanzen (Strahlung,<br />

chemische Karzinogene, z.B. alkylierende Agenzien)<br />

stark erhöht [1,3]. Dies lässt darauf schließen, dass diese<br />

Transkriptionsfaktoren eine wichtige Rolle bei der zellulären<br />

Antwort auf solche Stressfaktoren spielen. In Fibroblasten,<br />

die aus c-Jun oder c-Fos Knockout-Mäusen etabliert wurden,<br />

konnte diese Annahme experimentell bestätigt werden.<br />

c-Fos-defiziente Zellen weisen eine Hypersensitivität<br />

gegenüber UV Strahlung <strong>und</strong> chemischen Mutagenen (z.B.<br />

Alkylantien) auf. Dieser Effekt scheint jedoch auf Fibroblasten<br />

beschränkt zu sein, da verschiedenste Mutagene <strong>und</strong><br />

physiologische Induktoren von Apoptose in Thymozyten<br />

<strong>und</strong> aktivierten T-Zellen aus Wildtyp <strong>und</strong> c-Fos-defizienten<br />

den programmierten Zelltod mit vergleichbarer Effizienz induzieren<br />

[5,6]. Zellen aus c-Jun-defiziente Mäusen verlieren<br />

die Fähigkeit, nach Behandlung mit UV Strahlung oder<br />

chemischen Mutagenen in Apoptose zu gehen [7]. Die<br />

Unterschiede zwischen Wildtyp <strong>und</strong> Mutantenzelle beruht<br />

auf dem Verlust der Induktion von Fos/Jun-abhängigen<br />

Genen, darunter das Gen, das für CD95-L kodiert. CD95-L<br />

bindet an das Zelloberflächenantigen CD95 <strong>und</strong> es kommt<br />

nachfolgend zur Aktivierung einer Serie von Caspasen, an<br />

deren Ende die DNA Fragmentierung <strong>und</strong> Zelltod steht.<br />

c-Jun spielt daher eine essentielle Rolle bei der Synthese<br />

von Apoptose-auslösenden Proteinen (z.B. CD95-L), während<br />

die Komponenten des CD95-spezifischen Signalwegs,<br />

der zur Auslösung von Apoptose führt, unabhängig von c-<br />

Jun exprimiert werden [7]. Neben der „Stress“-induzierten<br />

Apoptose in Fibroblasten spielt AP-1-abhängige Induktion<br />

von CD95-L auch bei der induzierten Apoptose in aktivierten<br />

T-Zellen eine wichtige Rolle, wobei hier FosB als<br />

entscheidender Dimerisierungspartner zu fungieren scheint<br />

[8].<br />

Funktion von JunB in vivo <strong>und</strong> in vitro<br />

M. Schorpp-Kistner, S. Andrecht, D. Schmidt,<br />

B. Hartenstein, J. Hess, N. Keon, S. Gack,<br />

M. Sator-Schmitt, T. Raubinger, S. Teurich<br />

In Kollaboration mit Norbert Fusenig, DKFZ; Emanuelle Passegue<br />

<strong>und</strong> Erwin F. Wagner, Institut für Molekulare Pathologie Wien,<br />

Österreich<br />

<strong>Abteilung</strong> <strong>A100</strong><br />

Signaltransduction <strong>und</strong> <strong>Wachstumskontrolle</strong><br />

Die Ergebnisse unserer bisherigen Arbeiten ergaben deutliche<br />

Hinweise darauf, dass die verschiedenen Mitglieder<br />

der Jun Proteinfamilie (c-Jun, JunB, JunD) spezifische, zum<br />

Teil nicht-überlappende Funktionen in AP-1-abhängigen<br />

Prozessen spielen. Diese Annahme wurde durch den spezifischen<br />

Phänotyp der JunB knockout Mäuse unterstrichen,<br />

der sich deutlich von denjenigen unterscheidet, die durch<br />

den Verlust anderer AP-1 Untereinheiten (z.B. c-Jun, JunD,<br />

Fos Proteine) hervorgerufen werden [3]. Die junB -/- Embryonen<br />

entwickeln sich normal bis zum Tag 7.5 der Embryogenese<br />

<strong>und</strong> sterben dann innerhalb von zwei Tagen auf<br />

Gr<strong>und</strong> von Fehlentwicklungen bei der Blutgefäßbildung der<br />

extraembryonalen Gewebe (Dottersack, Plazenta), wodurch<br />

der notwendige Transport von Nährstoffe von der<br />

Mutter zum Embryo nicht im ausreichenden Umfang stattfindet.<br />

Um die molekularen Gr<strong>und</strong>lagen für diesen Phänotyp<br />

aufzuklären, haben wir verschiedene in vitro Zellkultursysteme<br />

mit Zellen aus Wildtyp <strong>und</strong> mutierten Mäusen etabliert,<br />

darunter Fibroblasten, primäre Endothelzellen, die<br />

anschließend durch stabile SV40 T-Antigen Expression immortalisiert<br />

wurden (Endothelioma), <strong>und</strong> JunB-defizienten<br />

embryonale Stammzellen (ES). Vor allem mit dem in vitro<br />

Differenzierungssystem der ES Zellen zu sog. „embryoid<br />

bodies“, bei denen die in vivo Defekte bei der Ausbildung<br />

von Blutgefäßen nachgeahmt werden konnten, war es<br />

möglich VEGF (ein Hauptregulator der Vaskulogenese <strong>und</strong><br />

Angiogenese) als JunB-abhängiges Zielgen zu identifizieren<br />

[9,10]. Es zeigte sich, dass die Expression dieses Gens<br />

unter vermindertem Sauerstoffdruck (Hypoxie), dem Hauptstimulus<br />

von Angiogenese <strong>und</strong> Vaskulogenese, in JunBdefizienten<br />

ES Zellen, Fibroblasten <strong>und</strong> Endothelioma fast<br />

vollständig aufgehoben ist. Dies beruht darauf, dass JunB<br />

direkt an den VEGF Promotor bindet, <strong>und</strong> zusammen mit<br />

dem Transkriptionsfaktor HIF1α für die positive VEGF Expression<br />

benötigt wird [9,10]. Neben der physiologischen<br />

Funktion von JunB in der Vaskulogenese <strong>und</strong> Angiogenese<br />

haben unsere Arbeiten auch deutliche Hinweise auf eine<br />

wichtige Rolle von JunB bei der Tumorangiogenese erbracht.<br />

Nach Injektion von ES Zellen <strong>und</strong> nachfolgender Ausbildung<br />

von Teratokarzinomen zeigte es sich, dass Tumore,<br />

die sich von JunB-defizienten Zellen ableiten, ein geringeres<br />

Tumorvolumen <strong>und</strong> kaum vaskuläre Strukturen aufwiesen.<br />

Dies ging einher mit einer stark reduzierten Expression<br />

von VEGF in den Tumorzellen, was die Ursache für das<br />

stark verminderte Einwandern von Blutgefäßen in den<br />

Tumor sein könnte [9,10].<br />

Obwohl junB -/- Embryonen in der frühen Phase der Embryonalentwicklung<br />

sterben, ist es uns gelungen daraus<br />

primäre Fibroblasten zu isolieren <strong>und</strong> durch spontane Immortalisierung<br />

permanente Linien zu generieren [11,12].<br />

Diese Zellen wurden für die Aufklärung der Rolle von JunB<br />

in der Proliferationskontrolle <strong>und</strong> Antwort auf Strahlung<br />

<strong>und</strong> Oncoproteine untersucht. JunB greift an zwei Stellen<br />

im Zellzyklus regulatorisch ein: zum einen führt das Fehlen<br />

von JunB zu einem beschleunigten Übergang der Zellen<br />

von der G1 in die S-Phase. Dies beruht auf einer reduzierten<br />

Expression des CDK Inhibitors p16 ink einer spontan erhöhten<br />

Expression von c-Jun. Im weiteren Verlauf der Zellzyklusprogression<br />

kommt es in JunB-defizienten Zellen zu<br />

einem verzögerten Übergang von S nach G2/M was mit<br />

einer verringerten Expression <strong>und</strong> Kinaseaktivität von Cyclin A<br />

assoziiert ist. Alle Defekte können durch Einbringen eines<br />

JunB-ER Expressionsvektors Hormon-abhängig revertiert<br />

werden [11,12]. Durch den Nachweis i) der Bindung von<br />

JunB in vitro an eine CRE Sequenz im Cyclin A Promotor, ii)<br />

der CRE-abhängigen transkriptionellen Aktivierung des Cyclin<br />

A Promotors durch Überexpression von JunB (zusammen<br />

mit ATF2) <strong>und</strong> iii) der verringerten AP-1 Bindungsaktivität<br />

an das CRE Element in JunB-defizienten Zellen konnten<br />

wir erstmals Cyclin A als direktes <strong>und</strong> positiv reguliertes<br />

JunB Zielgen identifizieren [11,12].<br />

Veränderte Expression von Zellzyklusregulatoren (Cyclin D1,<br />

Cyclin A, p16) ist auch die Ursache für pathologische Veränderungen<br />

bei der Knochenentwicklung <strong>und</strong> -homöostase<br />

in sog. „JunB rescue“ Mäusen, die durch Einkreuzen einer<br />

junB transgenen Mauslinie in den junB -/- Hintergr<strong>und</strong> generiert<br />

wurden, wodurch der embryonal letale Phänotyp<br />

wieder revertiert werden kann [13,14]. Die adulten Tiere<br />

DKFZ 2004: Wissenschaftlicher Ergebnisbericht 2002 - 2003


Forschungsschwerpunkt A<br />

Zell- <strong>und</strong> Tumorbiologie<br />

weisen eine ubiquitäre, jedoch stark verringerte Expression<br />

von JunB auf. In vivo sind deutliche Veränderungen in<br />

der Anordnung <strong>und</strong> Differenzierungsgrad der Zellen in der<br />

Wachstumszone der Röhrenknochen zu erkennen, was zu<br />

einer deutlichen Verringerung der Körperlänge der Mäuse<br />

<strong>und</strong> zur Ausprägung von Osteoporose führt. Auch in in<br />

vitro Knochenzellkulturen sind diese Veränderungen der<br />

Zellproliferation sichtbar, was JunB als wichtigen Regulator<br />

der Knochenzellproliferation <strong>und</strong> Differenzierung ausweist<br />

[14,15].<br />

Die „JunB rescue“ Mäuse wurde auch verwendet, um die<br />

kritische Rolle von JunB bei der Differenzierung von T-Helferzellen<br />

(Th) zu identifizieren [13]. Hier zeigte sich, dass das<br />

Fehlen von JunB die Differenzierung von CD4+ Th Zellen in<br />

die Th2 Linie blockiert. Dies beruht auf einer fehlenden<br />

transkriptionellen Aktivierung des IL-4 Gens; -einem Schlüsselregulator<br />

der Differenzierung von T-Zellen in die Th2<br />

Linie [13]. Um diese in vitro Bef<strong>und</strong>en an isolierten T -<br />

Zellen auf ihre in vivo Relevanz zu überprüfen, wurde die<br />

Ausprägung einer Th2-abhängigen, experimentell-induzierten<br />

allergischen Asthmareaktion in Wildtyp <strong>und</strong> JunBdefizienten<br />

Mäusen bestimmt. Es zeigte sich, dass in den<br />

mutierten Mäusen die dafür typischen Symptome (Infiltration<br />

von eosinophilen Zellen <strong>und</strong> Schleimbildung in den<br />

Bronchien) in weitaus geringerem Maß ausgeprägt sind,<br />

was die Rolle von JunB bei diesem Aspekt der Immunantwort<br />

unterstreicht [13].<br />

Mit zunehmendem Alter entwickeln „JunB rescue“ Mäuse<br />

einen myeloproliferativen Defekt, der einer chronischen<br />

myeloiden Leukämie (CML) beim Menschen ähnelt [3,16].<br />

Der pathologische Phänotyp ist durch eine erhöhte Anzahl<br />

von Granulozyten Vorläuferzellen <strong>und</strong> reifen neutrophilen<br />

Granulozyten, die keine JunB Expression aufweisen gekennzeichnet.<br />

Diese Daten weisen JunB als kritischer Regulator<br />

der Differenzierung von Blutzellen aus <strong>und</strong> unterstreichen<br />

die postulierte Funktion von JunB als Tumorsupressor [3,16].<br />

Trans-regulatorische Funktionen der Jun Proteine<br />

in Zellproliferation <strong>und</strong> Differenzierung<br />

A. Szabowski, L. Florin, W. Lips, S. Andrecht,<br />

M. Schorpp-Kistner<br />

In Kollaboration mit Nicole Maas-Szabowski, Norbert Fusenig,<br />

Gunnar Wrobel, Peter Lichter, DKFZ<br />

<strong>Abteilung</strong> <strong>A100</strong><br />

Signaltransduction <strong>und</strong> <strong>Wachstumskontrolle</strong><br />

Neben der Aufklärung der Zell-autonomen Funktion der<br />

Jun Proteine in der Zellzykluskontrolle <strong>und</strong> bei positiven<br />

oder negativen Interaktionen mit anderen Transkriptionsfaktoren<br />

(z.B. TAF7/TAFii55, [17]; Glucocorticoid Rezeptor<br />

<strong>und</strong> NFκB, [18]; Cbfa1, [19]] konnten wir durch Verwendung<br />

der junB -/- <strong>und</strong> c-jun -/- Fibroblasten erstmals den<br />

Einfluss von c-Jun <strong>und</strong> JunB bei der Regulation der Proliferation<br />

<strong>und</strong> Differenzierung in trans identifizieren [20-22].<br />

Unter Verwendung eines Co-Kultursystems mit primären<br />

menschlichen Keratinozyten <strong>und</strong> murinen Fibroblasten in<br />

einem 3-dimensionalen organotypischen in vitro Hautmodell<br />

haben wir den Beitrag von c-Jun <strong>und</strong>/oder JunB Zielgenen<br />

in Fibroblasten zum Zytokin-abhängigen regulatorischen<br />

Wechselspiel zwischen dem dermalen <strong>und</strong> epidermalen Kompartiment<br />

der Haut beschäftigt. Durch Verwendung der<br />

genetisch veränderten c-jun -/- <strong>und</strong> junB -/- Fibroblasten wird<br />

die Proliferation <strong>und</strong> Differenzierung der Keratinozyten<br />

massiv verändert. Dies beruht darauf, dass c-Jun <strong>und</strong> JunB<br />

gegenläufig die Il-1-abhängige Expression von KGF <strong>und</strong> GM-<br />

CSF regulieren. Den direkten Nachweis der kausalen Rolle<br />

dieser AP-1-abhängigen Zytokine konnten wir durch Verwendung<br />

von neutralisierenden GM-CSF Antikörper erbringen,<br />

die die Epithelbildung in Gegenwart von Wildtyp Fibroblasten<br />

drastisch reduzierte <strong>und</strong> den pathologischen Phänotyp<br />

der junB -/- Co-Kulturen fast völlig aufhob. In Übereinstimmung<br />

mit früheren Vermutungen führt die Verwendung<br />

von neutralisierenden Antikörper gegen IL-1 ebenfalls<br />

zu einer partiellen Reversion des Phänotyps der<br />

junB -/- Fibroblasten organotypischen Kultur <strong>und</strong> Kulturen,<br />

die auf Wildtyp Fibroblasten basieren, zeigen nur noch eine<br />

geringe Epithelbildung [20-22]. Diese Daten unterstreichen<br />

noch einmal das Modell des doppelt-parakrinen Wirkmechanismus<br />

z.B. bei der W<strong>und</strong>heilung, wo durch Synthese<br />

<strong>und</strong> Ausschüttung von IL-1 durch Keratinozyten die Produktion<br />

von Zytokinen in Fibroblasten (darunter KGF <strong>und</strong><br />

GM-CSF) gesteuert wird, die dann parakrin wieder auf<br />

Keratinozyten wirken <strong>und</strong> Proliferation <strong>und</strong> Differenzierung<br />

regulieren. Wir haben jetzt begonnen, durch umfassende<br />

Genexpressionsanalyse („expression profiling“) von Wildtyp<br />

<strong>und</strong> c-jun -/- bzw. junB -/- Fibroblasten bisher unbekannte Zielgene<br />

zu identifizieren, deren Expression c-Jun <strong>und</strong> JunBabhängig<br />

verläuft <strong>und</strong> durch IL-1 reguliert wird. Wir konzentrieren<br />

uns dabei auf sezernierte Proteine (z.B. „stromaderived<br />

factor“, SDF), die wir jetzt einer funktionellen Analyse<br />

in der 3-dimensionalen organotypischen Co-Kultur unterziehen.<br />

Parallel dazu haben wir begonnen ein in vivo Mausmodell<br />

zu etablieren, um den Beitrag von Genprodukten aus dem<br />

Stroma für die Ausbildung oder Reparatur der Epidermis zu<br />

untersuchen. Dazu haben wir transgene Mauslinien hergestellt,<br />

die die Cre Rekombinase unter der Kontrolle des<br />

Kollagen(I)α2 Gens exprimieren. Nach Kreuzung dieser Linie<br />

mit einer ROSA26R Reportermaus, die ein induzierbares<br />

LacZ Gen trägt, zeigte es sich, dass Cre Aktivität tatsächlich<br />

auf Zellen mit mesenchymalem Ursprung (Fibroblasten,<br />

Osteoblasten, Zellen im Bindegewebe verschiedener Organe)<br />

beschränkt ist [23]. Diese Mäuse werden jetzt mit<br />

„floxed c-jun“ <strong>und</strong> „floxed junB“ Mäusen (die kürzlich in<br />

Zusammenarbeit mit dem Labor von Erwin F Wagner etabliert<br />

wurden) verpaart, um den spezifischen Beitrag von<br />

c-Jun <strong>und</strong> JunB-abhängigen Genen in vivo zu bestimmen.<br />

Wir glauben, dass die weiteren Analysen dieser Mäuse, als<br />

auch der Jun-defizienten Fibroblasten (<strong>und</strong> hier vor allem<br />

die junB -/- Fibroblasten) im in vitro 3D Hautmodell neben<br />

dem Verständnis der physiologischen Prozesse der Haut<br />

(Differenzierung, W<strong>und</strong>heilung) auch die Etablierung<br />

molekularbiologischer Werkzeuge zur Analyse von pathologischen<br />

Veränderungen der Haut (Psoriasis, chronische<br />

Entzündungen, verzögerte W<strong>und</strong>heilung; Tumorerkrankungen)<br />

bringen wird.<br />

Klonierung neuerTumor-assoziierter Gene in der<br />

Maus<br />

J. Hess, R. Müller, B. Dittrich, H. Richter, V. Proft,<br />

U. Breitenbach, C. Gebhardt, I. Vogt<br />

In Kollaboration mit Gerhard Fürstenberger, Gunnar Wrobel, Jörg<br />

Schlingemann, Lars Hummerich, Peter Lichter, DKFZ; Cornelia<br />

Mauch, Roswitha Nischt, Universitätsklinik Köln, Peter Steinlein,<br />

Institut für Molekulare Pathologie, Wien, Österreich, Babette<br />

Heyer, Zena Werb, University of California, San Francisco, USA<br />

Sequentielle Behandlung der Maushaut mit TPA führt zur<br />

Ausbildung von Papillomen <strong>und</strong> nachfolgend zum Auftreten<br />

von Karzinomen (Mehrstufenmodell der chemisch-induzierten<br />

Hautkarzinogenese). In Zellinien, die sich von den<br />

verschiedenen Tumorstadien ableiten, wurde eine Korre-<br />

61<br />

DKFZ 2004: Wissenschaftlicher Ergebnisbericht 2002 - 2003


62<br />

Forschungsschwerpunkt A<br />

Zell- <strong>und</strong> Tumorbiologie<br />

lation zwischen basaler Expression der Matrix Metalloproteinase<br />

interstitiellen Kollagenase-3 (MMP-13) <strong>und</strong> zunehmender<br />

Malignität der Tumorzellen beschrieben. Daneben<br />

wurde beim Menschen in einigen Fällen auch eine Induktion<br />

von interstitiellen Kollagenasen im Tumor-angrenzenden<br />

Stromagewebe gef<strong>und</strong>en. Dies lässt vermuten, dass<br />

dieses Enzym, dem zusammen mit anderen Mitgliedern der<br />

MMP Familie eine essentielle Rolle beim Gewebeumbau zugeschrieben<br />

wird [24, <strong>und</strong> darin angegebene Referenzen),<br />

ähnlich wie bei der Entstehung <strong>und</strong> Ausbreitung von<br />

Knochentumoren [25] auch zur Ausbildung <strong>und</strong> Ausbreitung<br />

von Hauttumoren beitragen könnte. Durch Herstellung<br />

von konditionalen („floxed“) MMP-13 Maus Mutanten,<br />

in denen spezifisch die Expression in Keratinozyten ausgeschaltet<br />

werden kann, versuchen wir zur Zeit diese Frage<br />

zu beantworten. Erste Ergebnisse zeigen, dass MMP-13-<br />

defiziente Mäuse lebensfähig sind <strong>und</strong> zur funktionellen<br />

Analyse von MMP-13 bezüglich Gewebeumbau (W<strong>und</strong>heilung)<br />

<strong>und</strong> Tumorgenese verwendet werden können.<br />

Basierend auf den experimentellen Bedingungen, die zu<br />

einer deutlich erhöhten Expression des MMP-13 Gens in<br />

TPA-behandelter Maushaut führen, haben wir durch subtraktiven<br />

cDNA Klonierung (SSH) eine Kollektion von 3000<br />

TPA-induzierten cDNAs isoliert, <strong>und</strong> auf solche Gene untersucht,<br />

die eine konstitutiv hohe Expression in den Hauttumoren<br />

aufweisen. In dieser Subgruppe von zum Teil völlig<br />

unbekannten Genen haben wir als neue Tumor-assoziierte<br />

Gene die noch wenig charakterisierte Serin Protease BSSP<br />

[26] <strong>und</strong> Mitglieder der S100 Proteine [27] identifiziert.<br />

Zusätzlich haben wir im Berichtszeitraum in Kollaboration<br />

mit Prof. Peter Lichter (DKFZ Heidelberg) die Methodik des<br />

„large-scale gene profiling“ in der <strong>Abteilung</strong> etabliert <strong>und</strong><br />

eine umfassende Genexpressionsanalyse der verschiedenen<br />

Stadien der Mehrstufenkarzinogenese der Maus durchgeführt.<br />

Auch hier konnten wir eine Vielzahl von unbekannten<br />

<strong>und</strong> bekannten Genen finden, die bisher noch<br />

nicht im Zusammenhang mit Tumorgenese beschrieben<br />

wurden, <strong>und</strong> als potentielle Onkogene oder Tumorsupressoren<br />

angesehen werden können [28]. Die derzeit<br />

laufenden Arbeiten konzentrieren sich zum einen auf die<br />

Bestimmung des Expressionsmusters diese cDNAs in verschiedenen<br />

Stadien der chemisch induzierten Hautkarzinogenese<br />

(Papillome, Karzinome) als auch in Tumoren aus<br />

anderen Geweben. Zum anderen untersuchen wir die Expression<br />

der bisher isolierten, neuen Tumor-assoziierten<br />

Gene der Maus in menschlichen Tumoren, um mögliche<br />

neue, spezifische Markergene für diese Tumore zu etablieren.<br />

Komplettiert werden diese Arbeiten durch funktionelle<br />

Studien in Zellkulturen bezüglich Zellproliferation,<br />

Apoptose, Migration <strong>und</strong> Invasion, als auch die Etablierung<br />

von transgenen <strong>und</strong> knockout Mausmodelle, um den spezifischen<br />

Beitrag dieser Gene zum Prozess der Tumorgenese<br />

zu entschlüsseln.<br />

Publikationen (* = externer Koautor)<br />

[1] Angel, P. (2001) AP-1. In: Encyclopedic Reference of Cancer,<br />

M. Schwab (Ed.). Springer Verlag Heidelberg, p. 60-67<br />

[2] Angel P., Szabowski, A. and Schorpp-Kistner, M. (2001) Function<br />

and regulation of AP-1 subunits in skin physiology and pathology.<br />

Oncogene, 20, 2413-23.<br />

[3] Schorpp-Kistner, M., *Herrlich, P. and Angel, P. (2002). The<br />

AP-1 family of transcription factors: Structure, regulation and<br />

functional analysis in mice. In: Targets for Cancer Chemotherapy.<br />

N.B. La Thangue and L. R. Bandara (Eds.) Humana Press,<br />

Totowa, New Jersey. p. 29-52<br />

<strong>Abteilung</strong> <strong>A100</strong><br />

Signaltransduction <strong>und</strong> <strong>Wachstumskontrolle</strong><br />

[4] Angel, P. (2003) The multi-gene family of transcription factor<br />

AP-1. In: Handbook of Cell Signaling Vol. 3. R. Bradshaw and E.<br />

Dennis (Eds.) Elsevier Science, San Diego, CA, USA, p. 99-105<br />

[5] Bierbaum, H. (2002) Die Funktion des Transkriptionsfaktors<br />

AP-1 in der Apoptoseregulation. Dissertation, Universität Bonn.<br />

[6] Bierbaum, H., Baumann, S., Herr, I., Tuckermann, J., Hess,<br />

J., Schorpp-Kistner, M. and Angel, P. (2004) Early activation and<br />

induction of apoptosis in T cells is independent of c-Fos. Annals<br />

New York Academy of Sciences, 1010, 225-231<br />

[7] Kolbus, A., Herr, I., *Schreiber, M., Debatin, K.M., *Wagner,<br />

E.F. and Angel, P. (2000) c-Jun-dependent induction of CD95L is<br />

critically involved in the induction of apoptosis by alkylating<br />

agents. Mol. Cell. Biol.20, 575-582<br />

[8] Baumann, S., Eichhorst, S., Hess, J., Krüger, A., Angel, P.,<br />

Krammer, P. and Kirchhoff, S. (2003) An unexpected function for<br />

FosB in activation-induced cell death in T cells. Oncogene, 22,<br />

1333-9<br />

[9] Schmidt, D. (2002) Role of JunB in Hypoxia-mediated Cell Response<br />

and Tumour Angiogenesis. Dissertation, Universität<br />

Freiburg.<br />

[10] Schmidt, D., Andrecht, S., Sator-Schmitt, M., Fusenig, N.E.,<br />

Angel, P. and Schorpp-Kistner, M. (2004) Hypoxia-mediated<br />

VEGF-induction and tumor angiogenesis are JunB-dependent. J<br />

Cell Biol., eingereicht<br />

[11] Andrecht, S. (2001) Identifikation von positiven <strong>und</strong><br />

negativen Funktionen des Transkriptionsfaktors JunB bei der<br />

Zellzyklusregulation. Dissertation, Universität Hannover.<br />

[12] Andrecht S, Kolbus A, Hartenstein B, Angel P, Schorpp-<br />

Kistner M. (2002) Cell cycle promoting activity of JunB through<br />

cyclin A activation. J Biol Chem.277, 35961-8.<br />

[13] Hartenstein B, Teurich S, Hess J, Schenkel J, Schorpp-<br />

Kistner M, Angel P. (2002) Th2 cell-specific cytokine expression<br />

and allergen-induced airway inflammation depend on JunB. EMBO<br />

J. 21, 6321-9<br />

[14] Hess, J., Hartenstein, B., Teurich, S., Schmidt, D., Schorpp-<br />

Kistner, M. and Angel, P. (2003) Defective endochondral ossification<br />

in mice with strongly compromised expression of JunB, J. Cell<br />

Sci, 116, 4587-96<br />

[15] *Kenner, L., *Hoebertz, A., Keon, N., *Beil, T., *Amling, M.,<br />

*Karreth, F., *Eferl, R., *Szremska, A., Schorpp-Kistner, M., Angel,<br />

P. and *Wagner, E.F. (2004) Reduced bone formation and<br />

severe osteoporosis in mice lacking JunB J. Cell Biol., 164, 613-<br />

623<br />

[16] *Passegue, E., *Jochum, W., Schorpp-Kistner, M., *Möhle-<br />

Steinlein, U. and *Wagner, E.F. (2001) Chronic myeloid leukemia<br />

with increased granulocyte progenitors in mice lacking JunB expression<br />

in the myeloid lineage. Cell, 104, 21-32<br />

[17] Munz, C., *Psichari, E., *Mandilia, D., *Lavigne, A.,<br />

*Spiliotaki, M., Oehler, T., *Davidson, I., *Tora, L., Angel, P. and<br />

*Pintzas, A. (2003) TAF7 (TAFii55) plays a role in the transcriptional<br />

activation by c-Jun. J. Biol. Chem., 278, 21510-6<br />

[18] Reichardt HM, Tuckermann JP, *Gottlicher M, Vujic M, *Weih<br />

F, Angel P, *Herrlich P, Schütz G. (2001) Repression of inflammatory<br />

responses in the absence of DNA binding by the glucocorticoid<br />

receptor. EMBO J. 20, 7168-73.<br />

[19] Hess J, Porte D, Munz C, Angel P. (2001) AP-1 and Cbfa/<br />

runt physically interact and regulate parathyroid hormone-dependent<br />

MMP13 expression in osteoblasts through a new osteoblast-specific<br />

element 2/AP-1 composite element. J Biol Chem.<br />

276, 20029-38.<br />

[20] Szabowski A, Maas-Szabowski N, Andrecht S, Kolbus A,<br />

Schorpp-Kistner M, Fusenig NE, Angel P. (2000) c-Jun and JunB<br />

antagonistically control cytokine-regulated mesenchymal-epidermal<br />

interaction in skin. Cell. 103, 745-55<br />

[21] Angel P, Szabowski A, Schorpp-Kistner M. (2001) Function<br />

and regulation of AP-1 subunits in skin physiology and pathology.<br />

Oncogene. 20, 2413-23<br />

[22] Angel, P. and Szabowski, A. (2002) Function of AP-1 target<br />

genes in mesenchymal-epithelial cross-talk in skin. Biochem.<br />

Pharmacol. 64, 949-56<br />

DKFZ 2004: Wissenschaftlicher Ergebnisbericht 2002 - 2003


Forschungsschwerpunkt A<br />

Zell- <strong>und</strong> Tumorbiologie<br />

<strong>Abteilung</strong> <strong>A100</strong><br />

Signaltransduction <strong>und</strong> <strong>Wachstumskontrolle</strong><br />

[23] Florin, L., Alter, H., Szabowski, A., Schütz, G. and Angel, P.<br />

(2004) Genetic targeting of mesenchymal cells in CRE recombinase<br />

transgenic mice, Genesis, 38; 139-144<br />

[24] *Fieber, C., *Baumann, P, Vallon, R., *Termeer, C., *Simon,<br />

J.C., *Hofmann, M., Angel, P. *Herrlich, P. and *Sleeman, J<br />

(2003) Hyaluronan-oligosaccharide-induced transcription of<br />

metalloproteases. J. Cell Sci., 117, 359-67<br />

[25] Tuckermann JP, Vallon R, Gack S, *Grigoriadis AE, Porte D,<br />

*Lutz A, *Wagner EF, *Schmidt J, Angel P. (2001) Expression of<br />

collagenase-3 (MMP-13) in c-fos-induced osteosarcomas and<br />

chondrosarcomas is restricted to a subset of cells of the osteo-/<br />

chondrogenic lineage. Differentiation. 69, 49-57.<br />

[26] Breitenbach U, Tuckermann JP, Gebhardt C, Richter KH,<br />

Furstenberger G, *Christofori G, Angel P. (2001) Keratinocytespecific<br />

onset of serine protease BSSP expression in experimental<br />

carcinogenesis. J Invest Dermatol.117, 634-40.<br />

[27] Gebhardt C, Breitenbach U, Tuckermann JP, Dittrich BT,<br />

Richter KH, Angel P. (2002) Calgranulins S100A8 and S100A9 are<br />

negatively regulated by glucocorticoids in a c-Fos-dependent<br />

manner and overexpressed throughout skin carcinogenesis.<br />

Oncogene. 21, 4266-76.<br />

[28] Schlingemann, J., Hess, J., Wrobel, G., Breitenbach, U.,<br />

Gebhardt, C., *Steinlein, P., Kramer, H., Fürstenberger, G.,<br />

Hahn, M., Angel, P and Lichter, P. (2003) Profile of gene expression<br />

induced by TPA in murine epithelial cells. Int. J. Cancer, 104,<br />

699-708<br />

63<br />

DKFZ 2004: Wissenschaftlicher Ergebnisbericht 2002 - 2003

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