Acyl-CoA-Synthetase 5 als mitochondrialer Modifikator der intestinalen Wnt-Signaltransduktion

Klaus, Christina; Gaßler, Nikolaus

doi:32249

Acyl-CoA-Synthetase 5 als mitochondrialer Modifikator der intestinalen Wnt-Signaltransduktion = Acyl-CoA Synthetase 5 as mitochondrial modifier of intestinal Wnt signal transduction

Klaus, Christina

2013

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Christina Klaus

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2013

UmfangVIII, 117 Bl. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2013

Zsfassung in dt. und engl. Sprache

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Gaßler, Nikolaus (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2013-02-06

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-44836
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/210488/files/4483.pdf

Einrichtungen

Lehr- und Forschungsgebiet Pathologie (Molekulare und ultrastrukturelle Pathologie) (528001-4)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Palmitoylierung (Genormte SW) ; Darmschleimhaut (Genormte SW) ; Carcinogenese (Genormte SW) ; Biowissenschaften, Biologie (frei) ; ACSL5 (frei) ; Wnt (frei) ; palmitoylation (frei) ; intestinal mucosa (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 570

Kurzfassung
Die intestinale Schleimhaut ist eine strukturell und funktionell hochkomplexe Einheit, die eine kontrollierte Abgrenzung zum Darmlumen ermöglicht. So werden einerseits Aufschluss und gezielte Aufnahme alimentärer Stoffe unter Wahrung der immunologischen Toleranz realisiert und andererseits die Penetration von Mikroorganismen sowie bakterieller Überwuchs verhindert. Zur Gewährleistung dieser verschiedenen Funktionen ist die kontinuierliche Regeneration des Deckepithels entlang der Krypten-Zotten-Achse im Dünndarm bzw. der Krypten-Plateau-Achse im Dickdarm ein ganz wesentlicher Mechanismus. Die Kernphänomene der Regeneration des intestinalen Deckepithels umfassen Zellproliferation, Zelldifferenzierung und Apoptose. Diese teils gegenläufig orientierten Prozesse werden durch zahlreiche, sich gegenseitig beeinflussende Signaltransduktionswege molekular aufeinander abgestimmt und durch Modifikatoren reguliert. Ein solcher Modifikator ist Acyl-CoA-Synthetase 5 (ACSL5). Hierbei handelt es sich um ein Beispiel für einen bidirektionalen Modifikator, der einerseits proapoptotische und andererseits antiproliferative Eigenschaften aufweist und insofern auch möglicherweise Relevanz für die intestinale Karzinogenese hat. Während der molekulare Mechanismus der proapoptotischen ACSL5-Wirkung bereits charakterisiert werden konnte, bleibt die Molekularbiologie der antiproliferativen ACSL5-Aktivität bislang unverstanden. Ziel des Projektes war es, diesen Mechanismus molekularbiologisch zu charakterisieren. Es wurde die Arbeitshypothese geprüft, ob die ACSL5-Aktivität eine antiproliferative Modifikation der Wnt-Signaltransduktion, die einen hohen Stellenwert in der Regeneration der intestinalen Schleimhaut und auch in der intestinalen Karzinogenese hat, bedingt. Am Beispiel der Zellkultur konnte gezeigt werden, dass eine ACSL5-Überexpression in etablierten Zelllinien mit einer Überexpression von Wnt2B, einem mitochondrial exprimierten Protein der Wnt-Signaltransduktion, assoziiert ist. Wnt2B wird in Gegenwart von ACSL5 im Mitochondrium angereichert und transloziert nicht in den Zellkern. Mittels Luciferase-Reporter-Assay konnte schlüssig nachgewiesen werden, dass die ACSL5-bedingte Retention von Wnt2B im Mitochondrium mit einer signifikant verminderten Wnt-Aktivität verbunden war. Als molekulare Ursache der Wnt2B-Akkumulation konnte eine ACSL5-abhängige Palmitoylierung von Wnt2B identifiziert werden. Diese Zellkulturbefunde wurden nachfolgend im APCmin/+-Mausmodell, an humanen Gewebeproben normaler Darmschleimhaut, intraepithelialen Neoplasien (Adenom) und an Adenokarzinomen der Darmschleimhaut weiter verifiziert. In der normalen Darmschleimhaut konnte die Assoziation von ACSL5-Expression und Akkumulation des palmitoylierten Wnt2B nachgewiesen werden. Dieser Befund weist auf die physiologische Relevanz des neu identifizierten Mechanismus hin. Die in der Zellkultur gefundene Korrelation von ACSL5-Expression/Wnt2B-Palmitoylierung mit dem Invasionsverhalten/Malignitätsgrad war in vivo jedoch nur ansatzweise gegeben. So zeigte sich insbesondere in den malignen Neoplasien dahingehend eine Entkopplung der unmittelbaren Assoziation von ACSL5-und Wnt2B-Expression, dass auch bei vermindertem ACSL5-Gehalt Wnt2B in Mitochondrien vermehrt palmitoyliert vorlag. Es wird davon ausgegangen, dass komplexe tumorimmanente molekulare Aberrationen zur ACSL5-Wnt2B-Entkopplung führen. Mit der vorliegenden Arbeit konnte ein bislang unbekannter molekularer Wnt-assoziierter Signalweg identifiziert werden, der die antiproliferativ modifizierende Funktion der ACSL5 im intestinalen Deckepithel abbildet. Die mögliche Bedeutung dieses Signalwegs für die Homeostase der intestinalen Darmschleimhaut und die intestinale Karzinogenese wurde herausgearbeitet.

The intestinal mucosa is characterised by a high complexity in terms of structure and functions and allows for a controlled demarcation towards the gut lumen. On the one hand, it is responsible for pulping and selective absorption of alimentary substances ensuring the immunological tolerance, on the other hand it prevents the penetration of microorganisms as well as bacterial outgrowth. The continous regeneration of surface epithelia along the crypt-villus-axis in the small intestine or the crypt-plateau-axis in the colon respectively is crucial to assuring these various functions. The core phenomena of intestinal surface epithelia regeneration comprise cell proliferation, differentiation and apoptosis. These partly contrarily oriented processes are molecularly balanced through numerous interacting signalling pathways and regulated by modifying factors. One of these modifiers is acyl-CoA synthetase 5 (ACSL5). It is one example for a bidirectional modifier with proapoptotic and antiproliferative characteristics and could hence be of significant relevance for intestinal carcinogenesis. While the molecular mechanism of proliferating effects through ACSL5 activity is already known, the molecular biology of antiproliferative effects still remains unclear. The aim of this thesis was to characterise said mechanism from a molecular biological viewpoint. To this end the working hypothesis was examined in order to detect an antiproliferative modification of Wnt signalling by ACSL5 which is of significant value for intestinal epithelia regeneration and intestinal carcinogenesis. Using cell culture models, an association between ACSL5 overexpression and an overexpression of Wnt2B, a mitochondrially expressed protein of the Wnt signalling family, was revealed. In the presence of ACSL5, Wnt2B accumulates in mitochondrion and is unable to translocate into the nucleus. By means of a luciferase reporter assay, we were able to demonstrate that the retention of Wnt2B in mitochondrion induced by ACSL5 was associated with a significant decrease in Wnt activity. As a molecular reason for this Wnt2B accumulation we identified an ACSL5-dependent palmitoylation of Wnt2B. The findings from the cell culture models were verified using an APCmin/+ mouse model, human tissue of intestinal neoplasia (adenoma) and adenocarcinoma of intestinal mucosa. In the normal mucosa the association of ACSL5 and Wnt2B was established, the correlation of ACSL5 expression / Wnt2B palmitoylation with the invasion status / malignity found in the cell culture could, however, only rudimentarily be observed in vivo. Especially in malignant neoplasia the direct association between ACSL5 and Wnt2B expression could not be established, as mitochondrial Wnt2B was found palmitoylated even at decreased ACSL5 expression levels. A possible explanation for this could be tumour innate molecular aberrations. This thesis identifies a molecular Wnt-associated signalling mechanism, which hadn't been known to date. This mechanism illustrates the antiproliferative modifying functions of ACSL5 in intestinal surface epithelia. Furthermore, the study explores the significance of said mechanism for the homeostasis of the intestinal mucosa and intestinal carcinogenesis.

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