Molecular analysis of the role of Caspase-8 during liver regeneration and tumorigenesis

Freimuth, Julia; Liedtke, Christian

doi:910014301

Molecular analysis of the role of Caspase-8 during liver regeneration and tumorigenesis = Molekulare Analysen zur Rolle von Caspase-8 während der Leberregeneration und Tumorgenese

Freimuth, Julia (Author)

2009

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Julia Freimuth

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2009

UmfangXIII, 125 Bl. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2009

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Liedtke, Christian (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2009-10-28

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-30091
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/51420/files/Freimuth_Julia.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl für Innere Medizin (mit dem Schwerpunkt Gastroenterologie und Stoffwechselkrankheiten) (531030-2)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Apoptosis (Genormte SW) ; Leberresektion (Genormte SW) ; Regeneration (Genormte SW) ; NMR-Tomographie (Genormte SW) ; Medizin (frei) ; Magnetresonanztomographie (frei) ; MRT (frei) ; Hepatozelluläres Karzinom (frei) ; magnetic resonance imaging (frei) ; MRI (frei) ; Hepatocellular carcinoma (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 610

Kurzfassung
Das Zytokin TNF-alpha bewirkt über die Bindung an den TNF-Rezeptor 1 die Aktivierung von zwei unterschiedlichen Komplexen. Komplex-I verursacht die Aktivierung von NF-kappaB und Jun-Kinasen (JNK), welche pro-inflammatorische proliferative Signale vermitteln. Komplex-II induziert Apoptose durch Caspase-8 Aktivierung. Weiterhin spielt TNF-alpha eine entscheidende Rolle während der frühen Leberregeneration nach partieller Hepatektomie (PH), da es an der Gentranskription von Cyclin D via NF-kappaB, c-Jun/ AP-1 und E2F1 beteiligt ist. Ziel der Arbeit war die Untersuchung der Funktion von Caspase-8 im Rahmen der Leberregeneration und Termination. Desweiteren sollte die Rolle von Caspase-8 bei der Initiation und im Verlauf des hepatozellulären Karzinoms analysiert werden. Um die Rolle von Caspase-8 im Zusammenhang mit TNF-induzierter Leberregeneration zu untersuchen, wurden Tiere mit Caspase-8 Expression (f/f) und Caspase-8 deletierte Mäuse (delta) generiert und einer 2/3 Hepatektomie unterzogen. In beiden Genotypen konnte ein zeitgleiches Ende der Regeneration festgestellt werden. Dies lässt das Fazit zu, dass Caspase-8 für den Terminationprozess keine Rolle spielt. Interessanterweise konnte jedoch eine verstärkte NF-kappaB und c-Jun/ AP-1 Aktivierung in Caspase-8 deletierten Mäusen beobachtet werden. Dies war auf eine veränderte Komplex-I Formation zurückzuführen und verursachte letztendlich eine Verstärkung der Cyclin D1 Transkription und einen schnelleren Einstieg in den Zellzyklus. Zur Charakterisierung von Casp8deltahepMäusen im Modell der Hepatokarzinogenese, wurde ein Protokol für die Anwendung der Magnetresonanztomographie (MRT) etabliert. Hierbei konnte demonstriert werden, dass ein Fehlen von Caspase-8 in Zusammenhang mit einer c-myc Überexpression (Casp8deltahepalb-myctg) in murinen Lebern zu einer verzögerten Tumorentstehung, gefolgt von einem verstärkten Wachstum der Tumore führt. Diese Daten geben klare Anhaltspunkte für die protektive Wirkung von Caspase-8 bei der Manifestation des hepatozellulären Karzinoms. Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass Caspase-8 nicht nur pro- sondern auch anti-apoptotische Funktionen hat. Ein Fehlen von Caspase-8 führt zu einem veränderten Komplex-I, einer erhöhten NF-kappaB/JNK-Aktivierung, gefolgt von einer schnelleren Cyclin D-Expression und Zellzyklus-Aktivierung.

Binding of the cytokine TNF-alpha to TNF-Receptor 1 mediates pleiotropic effects via two different signaling complexes. Complex-I triggers activation of NF-kappaB and activation of c-Jun N-terminal kinases (JNK) leading to inflammation and/ or cell proliferation, whereas complex-II induces apoptosis through Caspase-8. TNF signaling is crucial for the priming phase of liver regeneration following partial hepatectomy (PH) which directly contributes to gene activation of Cyclin D via NF-kappaB, c-Jun/ AP-1 and E2F1. The aim of the present study was to investigate the consequences of Caspase-8 deletion for TNF signaling during liver regeneration and termination as well as the role of Caspase-8 for initiation and development of hepatocellular carcinoma. Consequently, animals expressing Caspase-8 (f/f) on a regular level or mice deleted (delta) in Caspase-8 were generated to define the role of Caspase-8 during TNF-mediated signaling and subjected to 2/3 PH. Cessation of liver regeneration was observed in the same manner in both genotypes at equal time points clearly indicating that the function of Caspase-8 is dispensable for the process of termination. Surprisingly, animals with deleted Caspase-8 were more prone to TNF-mediated NF-kappaB and c-Jun/ AP-1 activation due to advantageous formation of complex-I subsequently leading to earlier onset of cell cycle progression. For the characterization of Casp8deltahep mice in genetic models of hepatocarcinogenesis, a standardized protocol for the application of magnetic resonance imaging (MRI) on genetically modified mice was established. Using this technique and conventional methods it was demonstrated that concomitant Caspase-8 ablation and c-myc over-expression in murine livers (Casp8deltahepalb-myctg) caused delayed tumor development but accelerated progression of HCC when compared to alb-myctg mice. These findings provide strong evidence for a protective function of Caspase-8 in hepatocellular carcinogenesis. In summary, it was demonstrated that Caspase-8 mediates not only pro-apoptotic, but also non-apoptotic functions as it contributes to the proper assembly of TNF- complex-I formation. Thus, ablation of Caspase-8 results in aberrant complex-I formation and subsequently accelerated NF-kappaB and JNK activation eventually leading to earlier Cyclin D expression and induction of cell cycle activity.

Fulltext:
PDF