Die Deoxyhypusin-Synthase als ein mögliches Ziel für die Behandlung von Glioblastoma multiforme und die Rolle des eukaryotischen Translationsinitiationsfaktors eIF-5A2 in vivo

Abstract

Krebserkrankungen entstehen durch die Akkumulation von genetischen und epigenetischen Veränderungen, die unter anderem dazu führen, dass zelluläre Mechanismen zur Regulation von Wachstum, Zellteilung und Zellzykluskontrolle außer Kraft gesetzt werden. Diese, für die Transformation der Zellen notwendigen, Mutationen („Driver-Mutationen“) können beispielsweise zur Fehlfunktion von Kontrollproteinen und kritischen Signalrezeptoren führen. Auch die Überexpression von Pro-proliferativen Mechanismen (z. B. in der Transkriptions- und Translationskontrolle) trägt zu einer unkontrollierten Proliferation und damit zum Tumorwachstum bei. Die „Driver-Mutationen“ können zudem von weiteren genetischen Veränderungen begleitet werden, die zu einem aggressiveren Phänotyp und damit zu einer schlechteren Prognose führen können. Die Suche nach weiteren, deregulierten Faktoren, führt zum Einen zu einem besseren Verständnis von Krebserkrankungen, ermöglicht zum Anderen aber auch die Identifikation neuer molekularer Ziele, die sich für die Behandlung von malignen Neoplasien als nützlich erweisen könnten. Der eukaryotische Translationsinitiationsfaktor 5A (eIF-5A) trägt die einzigartige, posttranslationale Modifikation Hypusin. eIF-5A und die Hypusin bildenden Enzyme werden in hoch proliferativen Geweben und Zellen stark exprimiert, wozu beispielsweise auch aggressive Tumorzellen gehören. Hypusin ist für die bekannten Funktionen von eIF-5A essentiell und seine Synthese durch die Enzyme DHS und DOHH lässt sich durch kleinmolekulare Inhibitoren unterbinden. eIF-5A und insbesondere die Isoform eIF-5A2 konnte in der Vergangenheit als Tumor fördernd und unter bestimmten Bedingungen als Tumor initiierend identifiziert werden. Da aggressive Hirntumore stark proliferieren, war die Hypothese, dass das Hypusinsystem in diesen Tumoren eine wichtige Rolle für das starke und ungehemmte Wachstum der Tumorzellen spielt. Um diese Hypothese zu bearbeiten, wurde im Rahmen dieser Arbeit die DHS als ein mögliches therapeutisches Ziel in hochgradigen Hirntumoren (Glioblastomen) untersucht und die Auswirkung einer inhibierten Hypusinsynthese auf Glioblastomzelllinien, sowie „gesunde“, primäre Astrozyten analysiert. Die Funktion der Isoform eIF-5A2 ist weitestgehend nicht verstanden, ihre vermutliche Rolle in bestimmten Krebsarten macht es allerdings zu einem interessanten Ziel der biomedizinischen Forschung. Sie wird hauptsächlich im Gehirn und in der Testis exprimiert und hat damit, im Vergleich zu eIF-5A, eine relativ spezifische Expression. Die Untersuchungen, die sich mit eIF-5A2 beschäftigen, wurden bisher weitestgehend in Hefen oder Zellkulturen durchgeführt. Um ein besseres Verständnis für die Funktion von eIF-5A2 in einem pharmakologisch relevanten Modellorganismus zu bekommen, wurde daher damit begonnen eine „Knockout“-Maus zu erstellen, die für zukünftige Analysen zur Verfügung steht. Mit Hilfe dieser „Knockout“-Maus lassen sich möglicherweise neue Erkenntnisse zu systemischen und organspezifischen Funktionen in Säugern gewinnen.

Neoplastic diseases emerge via the accumulation genetic and epigenetic changes, which lead to a deactivation of regulatory mechanisms responsible for the regulation of cell growth, proliferation and cell cycle control. These mutations, which are necessary for a cellular transformation (driver mutations), can result in a malfunction of control factors or critical signal receptors. Additionally, the overexpression of Pro-proliferative mechanisms, e.g. control components of the transcriptional and translational apparatus can contribute to an uncontrolled proliferation and thus, to tumor growth. Driver mutations can be accompanied by additional genetic changes, which can lead to a more aggressive tumor phenotype and a worse prognosis for patients. The search for undiscovered deregulated factors leads to a better understanding of cancers and further might lead to the identification of new molecular targets for the treatment of malignant diseases. The eukaryotic translation initiations factor 5A (eIF-5A) carries a unique post- translational modification, the amino acid hypusine. eIF-5A and the hypusin forming enzymes are expressed in highly proliferative cells, including tumor cells. Hypusine is essential for the activity of eIF-5A, although its cellular and molecular functions aren’t fully understood. However, the hypusine formation via the enzymes deoxyhypusine synthase (DHS) and deoxyhypusine hydroxylase (DOHH) can be inhibited by small molecule compounds. eIF-5A and especially the isoform eIF-5A2 have been identified as tumor growth inducing or pro-proliferative factors under certain conditions. Since highgrade brain tumors are highly proliferative, it was our hypothesis that the hypusine system plays an important role in the strong and unregulated growth of these tumors. To test this hypothesis, we investigated the role of eIF-5A in high grade brain tumors (glioblastomas) and the impact of an inhibited hypusine modification on tumor cells and “healthy” primary astrocytes. The functions of the isoform eIF-5A2 are little understood, though, its probable role in certain cancer types makes it a very interesting target for biomedical research projects. It is expressed mainly in the brain and testis. Hence, it has a rather specific expression pattern, compared to eIF-5A. Most investigations regarding eIF-5A2 have been performed in yeast or cell cultures. The construction of a murine knock out modell was started, to gain a better understanding of the mechanisms of eIF-5A2 in vivo. This conditional knock out mouse can be used for further analysis to obtain a deeper insight of the systemic and organ specific eIF-5A2 function.