Analyse der Todesrezeptor-Signalwege und deren Modifikationen

Abstract

The death receptor-induced signalling pathway is one of the most important pathways to activate the programmed cell death in defective or infected cells. A number of different signalling pathways could lead to the programmed cell death in multicellular organisms. Normally, organisms are in a state of equilibrium between proliferation and cell death. Cancer as well as other diseases are associated to the deregulation of programmed cell death. Cell death could be induced via different programmes, which are specifically defined by the cellular location, the type of induction or the execution. Decoding the cell death mechanisms is essential to uncover and establish more harmless and targeted therapies. One type of cell death, which is in the focus of research, is the extrinsic apoptosis. A main protein of extrinsic apoptosis is caspase-8, which plays an important role as the core component of the DISC (death-inducing signalling complex) and the subsequent caspase cascade. In addition to the induction of DISC by DLs (death ligands), PTM (posttranslational modifications) could have an important function in the activation and stabilization of caspase-8. In previous studies, caspase-8 has been shown to undergo several PTM. Methylation of caspase-8 has not been reported so far. In this thesis, first insights into a potential link between caspase-8 methylation and the PRMT5 methyltransferase complex could be observed. Furthermore, the influence of PRMT5 inhibition on the activity of caspase-8 could be detected. In addition, a possible link between the mutations of potential methylation sites of caspase-8 and the reduction of DL-induced caspase cascade as well as cell viability could be uncovered. In addition to gathering initial evidence for a potential methylation of caspase-8, in this dissertation, the molecular mechanism of the cell death induced by the peptide RL2 in breast carcinoma cells was uncovered. Previous studies have shown that RL2 administration leads to cell death in breast cancer cells. Mitophagy was shown to play the major role in RL2-mediated effects in this dissertation. Furthermore, the interplay between RL2-induced mitophagy and extrinsic apoptosis was investigated. This analysis has shown how these two cell death signalling pathways interact with each other and how this can be used for translational applications. Both projects of this dissertation are devoted to decoding the extrinsic apoptosis mechanisms, as well as the potential development of new therapeutic approaches.

Der Todesrezeptor-induzierte Signalweg ist einer der wichtigsten Signalwege um den programmierten Zelltod in defekten, überflüssigen oder infizierten Zellen zu ermöglichen. Eine Vielzahl von unterschiedlichen Signalwegen kann zu einer gezielten Induzierung des Zelltodes in mehrzelligen Organismen führen. Dabei befindet sich der mehrzellige Organismus in einem Gleichgewicht aus Proliferation und Zellsterben. Krebserkrankungen sowie weitere Krankheitsarten können zu einer molekularen Inhibierung des Zelltodes führen, sodass der Zelltod in defekten oder überschüssigen Zellen kaum bzw. gar nicht erfolgen kann. Innerhalb des Zelltodes kann zwischen unterschiedliche Arten differenziert werden, bei denen die Unterteilung anhand von Morphologien oder zellulären Prozessen erfolgt. Eine Zelltodart, die im Fokus der Forschung steht, ist die extrinsische Apoptose. Ein Hauptprotein der extrinsischen Apoptose ist Caspase-8, welches als Bestandteil des DISC (death inducing signaling complex/ Todesinduzierender Signal-Komplex) und der anschließenden Caspase-Kaskade eine bedeutende Rolle spielt. Neben der Induzierung des DISC durch Todesliganden können PTM (Posttranslationale Modifikationen) eine wichtige Funktion für die Aktivierung und Stabilität von Caspase-8 besitzen. In früheren Studien konnten erste PTM an Caspase-8 nachgewiesen werden. Methylierungen wurden bisher nicht in einen Zusammenhang mit Caspase-8 gebracht. In dieser Dissertation konnten erste Erkenntnisse über eine potenzielle Verbindung zwischen Caspase-8 und dem Methyltransferase-Komplex PRMT5 erfasst werden. Darüber hinaus wurde die Bedeutung einer PRMT5-Inhibierung auf die Spaltung von Caspase-8 verdeutlicht. Zusätzlich konnte eine mögliche Verbindung zwischen Mutationen der potenziellen Methylierungsstellen von Caspase-8 mit der Reduzierung der Caspase-Kaskade und der Reduzierung der Zellviabilität erstellt werden. Darüber hinaus stehen Einzelmutationen der potenziellen Methylierungsstellen im Verdacht an Karzinomerkrankungen beteiligt zu sein. Neben der Erfassung erster Hinweise auf eine potenzielle Methylierung von Caspase-8 konnte in dieser Dissertation der Mechanismus des Peptids RL2 innerhalb von Mammakarzinomzellen entschlüsselt werden. In früheren Studien konnte gezeigt werden, dass RL2 in Mammakarzinomzellen Zelltod auslöst. Mit Hilfe von massenspektrometrischen Screenings, Western Blot Analysen und IP konnte Mitophagie als wichtigster Mechanismus entschlüsselt werden. Darüber hinaus konnte das Zusammenspiel zwischen RL2-induzierter Mitophagie und extrinsischer Apoptose, also potenzielle Co-Stimulation, in Mammakarzinomzelllinien beobachtet werden. Dieses Zusammenspiel zeigt, wie unterschiedliche Zelltodsignalwege miteinander agieren können und welche Effekte es für eine potenzielle Therapie geben kann. Beide Projekte dieser Dissertation beruhen auf einer Entschlüsselung der extrinsischen Apoptosemechanismen sowie der potenziellen Nutzung innerhalb von Stimulationen für mögliche Therapeutika.