Abteilung Signaltransduktion und Wachstumskontrolle (A100)
Abteilung Signaltransduktion und Wachstumskontrolle (A100)
Abteilung Signaltransduktion und Wachstumskontrolle (A100)
Sie wollen auch ein ePaper? Erhöhen Sie die Reichweite Ihrer Titel.
YUMPU macht aus Druck-PDFs automatisch weboptimierte ePaper, die Google liebt.
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