Untersuchung der Signalvorgänge von Autophagie, Apoptose und Entzündung
In unserer Arbeitsgruppe verfolgen wir verschiedene zell- und tumorbiologische Forschungsschwerpunkte. Ein Schwerpunkt unserer Arbeitsgruppe befasst sich mit der Signaltransduktion des programmierten Zelltodes (Apoptose) und der Autophagie. Darüber hinaus untersuchen wir, inwieweit apoptotische, post-apoptotische und nekrotische Zellen die Immunantwort modulieren und damit zur Entstehung von Inflammation und Autoimmunerkrankungen beitragen. In einem weiteren Forschungsschwerpunkt untersuchen wir die Bedeutung des IkB-Proteins IkB-z (IkBzeta) in apoptotischen und inflammatorischen Prozessen. Die einzelnen Forschungsschwerpunkte sind:
· Untersuchung der molekularen Wirkungsweise der Apoptose-Induktion von pharmakologischen Agenzien
Wir haben uns in den letzen Jahren intensiv mit den Signalvorgängen der Apoptose-Induktion von unterschiedlichen pharmakologischen Agenzien (wie Chemotherapeutika, Mistellektinen, Prostaglandinen, Ribavirin, Myrtucommulon und Tributylzinn) beschäftigt (1-6). Wir konnten zudem erstmals zeigen, dass der Proteinkinase-Inhibitor Staurosporin in der Lage ist, in Zytostatika-resistenten Tumorzellen das endogene Selbstmordprogramm über einen bislang neuartigen intrinsischen Apoptose-Signalweg zu aktivieren. Wir untersuchen hierbei die Signaltransduktionswege von Staurosporin bei der Apoptose-Induktion mit dem Ziel der Entwicklung neuartiger Zytostatika, welche die Eliminierung von Tumoren ermöglichen, die bislang gegenüber konventionellen DNA-schädigenden Zytostatika resistent sind (7, 8).
· Identifizierung Apoptose-relevanter Zielproteine im PI3K/Akt-Signalweg
Der PI3K/Akt(PKB)-Signalweg stellt einen zentralen durch Phosphorylierung regulierten Überlebens-Signalweg dar, welcher in vielen Tumoren aktiv ist. Folglich sind wir an der Identifizierung der Signalmechanismen interessiert, über die der PI3K/Akt-Weg posttranslationell oder durch Inhibition der Genexpression die Aktivierung des endogenen Selbstmordprogrammes blockiert (9).
· Charakterisierung des neuen IêB-Proteins IκB-ζ
IkB-Proteine sind essentielle Regulatoren des Transkriptionsfaktors NF-kB, der eine Schlüsselstellung in einer Vielzahl biologischer Prozesse, wie Entzündungsantwort und Apoptose, einnimmt. IkB-z wurde von uns durch ein differentielles Screening von Apoptose-sensitiven und -resistenten Tumorzellen identifiziert. Im Gegensatz zu den klassischen IkB-Proteinen ist IkB-z im Zellkern lokalisiert und besitzt eine Transaktivierungsdomäne, die es ihm ermöglicht, transkriptionelle Prozesse zu regulieren. Interessanterweise kann dieses neue IkB-Homolog jedoch nicht nur als Genaktivator, sondern auch als Repressor der Genexpression fungieren. Es konnte bereits gezeigt werden, dass IkB-z eine wichtige Rolle in apoptotischen und inflammatorischen Prozessen spielt (10).
· Untersuchung der Kinase Ulk1/Atg1 in der Aktivierung von Autophagie
Die Kinase Ulk1/Atg1 ist die bislang einzige Kinase innerhalb der Autophagie-assoziierten Atg-Proteine und Teil des mTORC1 regulierten Ulk1/Atg13/FIP200-Komplexes. Hierbei sind wir an der Identifizierung von Ulk1-Substraten und deren Charakterisierung im Rahmen der Autophagie-Aktivierung interessiert (11-14).
· Untersuchung zur Clearance apoptotischer, primär und sekundär nekrotischer Zellen und deren Interaktion mit Phagozyten und dendritischen Zellen
Wir konnten erstmals zeigen, dass apoptotische Zellen neben 'Eat-me'-Signalen auch lösliche Attraktionssignale ('Find-me'-Signale) sezernieren. Durch diese chemotaktischen Signale werden die Phagozyten zu den apoptotischen Zellen gelockt, wodurch diese rechtzeitig vor dem Auftreten sekundärer Nekrose eliminiert werden. Wir haben hierbei gezeigt, dass durch Caspase-3 vermittelte Aktivierung der calcium-unabhängigen Phospholipase A2 (iPLA2) das Attraktionssignal Lysophosphatidylcholin (LPC) generiert wird und anschließend über einen ABC-Transporter freigesetzt wird. LPC induziert daraufhin über die Bindung an den G-gekoppelten Rezeptor G2A die Attraktion des Phagozyten (15-20).
Publikationen zu diesem Thema
1. Bantel H, Engels IH, Voelter W, Schulze-Osthoff K, Wesselborg S. Mistletoe lectin activates caspase-8/FLICE independently of death receptor signaling and enhances anticancer drug-induced apoptosis. Cancer Res 1999; 59:2083-2090
2. Engels IH, Stepczynska A, Stroh C, Lauber K, Berg C, Schwenzer R, Wajant H, Janicke RU, Porter AG, Belka C, Gregor M, Schulze-Osthoff K, Wesselborg S. Caspase-8/FLICE functions as an executioner caspase in anticancer drug-induced apoptosis. Oncogene 2000; 19:4563-4573
3. Berg CP, Rothbart A, Lauber K, Stein GM, Engels IH, Belka C, Janicke RU, Schulze-Osthoff K, Wesselborg S. Tributyltin (TBT) induces ultra-rapid caspase activation independent of apoptosome formation in human platelets. Oncogene 2003; 22:775-780
4. Nencioni A, Lauber K, Grunebach F, Van Parijs L, Denzlinger C, Wesselborg S, Brossart P. Cyclopentenone prostaglandins induce lymphocyte apoptosis by activating the mitochondrial apoptosis pathway independent of external death receptor signaling. J Immunol 2003; 171:5148-5156
5. Schlosser SF, Schuler M, Berg CP, Lauber K, Schulze-Osthoff K, Schmahl FW, Wesselborg S. Ribavirin and alpha interferon enhance death receptor-mediated apoptosis and caspase activation in human hepatoma cells. Antimicrob Agents Chemother 2003; 47:1912-1921
6. Tretiakova I, Blaesius D, Maxia L, Wesselborg S, Schulze-Osthoff K, Cinatl J, Jr., Michaelis M, Werz O. Myrtucommulone from Myrtus communis induces apoptosis in cancer cells via the mitochondrial pathway involving caspase-9. Apoptosis 2008; 13:119-131
7. Stepczynska A, Lauber K, Engels IH, Janssen O, Kabelitz D, Wesselborg S, Schulze-Osthoff K. Staurosporine and conventional anticancer drugs induce overlapping, yet distinct pathways of apoptosis and caspase activation. Oncogene 2001; 20:1193-1202
8. Manns J, Daubrawa M, Driessen S, Paasch F, Hoffmann N, Löffler A, Lauber K, Dieterle A, Alers S, Iftner T, Schulze-Osthoff K, Stork B, Wesselborg S. Triggering of a novel intrinsic apoptosis pathway by the kinase inhibitor staurosporine: activation of caspase-9 in the absence of Apaf-1. FASEB J 2011; 25:3250-61
9. Dieterle A, Orth R, Daubrawa M, Grotemeier A, Alers S, Ullrich S, Lammers R, Wesselborg S, Stork B. The Akt inhibitor triciribine sensitizes prostate carcinoma cells to TRAIL-induced apoptosis. Int J Cancer 2009; 125:932-941
10. Lindenblatt C, Schulze-Osthoff K, Totzke G. IkBzeta expression is regulated by miR-124a. Cell Cycle 2009; 8:2019-23
11. Alers S, Löffler AS, Wesselborg S, Stork B. AMPK - mTOR - Ulk1/2 in the regulation of autophagy: crosstalk, shortcuts and feedbacks. Mol Cell Biol 2012; 32:2-11
12. Alers S, Löffler AS, Paasch F, Dieterle AM, Keppeler H, Lauber K, Campbell DG, Fehrenbacher B, Schaller M, Wesselborg S, Stork B. Atg13 and FIP200 act independently of Ulk1 and Ulk2 in autophagy induction. Autophagy 2011; 7:1423-1433
13. Löffler AS, Alers S, Dieterle AM, Keppeler H, Franz-Wachtel M, Kundu M, Campbell DG, Wesselborg S, Alessi DR, Stork B. Ulk1-mediated phosphorylation of AMPK constitutes a negative regulatory feedback loop. Autophagy 2011; 7:696-706
14. Grotemeier A, Alers S, Pfisterer SG, Paasch F, Daubrawa M, Dieterle A, Viollet B, Wesselborg S, Proikas-Cezanne T, Stork B. AMPK-independent induction of autophagy by cytosolic Ca2+ increase. Cell Signal 2010; 22:914-925
15. Blume KE, Soeroes S, Keppeler H, Stevanovic S, Kretschmer D, Rautenberg M, Wesselborg S, Lauber K. Cleavage of Annexin A1 by ADAM10 during Secondary Necrosis Generates a Monocytic "Find-Me" Signal. J Immunol 2012; 188:135-145
16. Peter C, Wesselborg S, Herrmann M, Lauber K. Dangerous attraction: phagocyte recruitment and danger signals of apoptotic and necrotic cells. Apoptosis 2010; 15:1007-1028
17. Blume KE, Soeroes S, Waibel M, Keppeler H, Wesselborg S, Herrmann M, Schulze-Osthoff K, Lauber K. Cell surface externalization of annexin A1 as a failsafe mechanism preventing inflammatory responses during secondary necrosis. J Immunol 2009; 183:8138-8147
18. Peter C, Waibel M, Radu CG, Yang LV, Witte ON, Schulze-Osthoff K, Wesselborg S, Lauber K. Migration to apoptotic "find-me" signals is mediated via the phagocyte receptor G2A. J Biol Chem 2008; 283:5296-5305
19. Berg CP, Stein GM, Keppeler H, Gregor M, Wesselborg S, Lauber K. Apoptosis-associated antigens recognized by autoantibodies in patients with the autoimmune liver disease primary biliary cirrhosis. Apoptosis 2008; 13:63-75
20. Lauber K, Bohn E, Krober SM, Xiao YJ, Blumenthal SG, Lindemann RK, Marini P, Wiedig C, Zobywalski A, Baksh S, Xu Y, Autenrieth IB, Schulze-Osthoff K, Belka C, Stuhler G, Wesselborg S. Apoptotic cells induce migration of phagocytes via caspase-3-mediated release of a lipid attraction signal. Cell 2003; 113:717-730
Kooperationen
Prof. Kai Stühler: Proteomics und Phospho-Proteomics von Caspase-9 und Caspase-9 Interaktionsproteinen
Prof. Reiner Jänicke: Apoptose-Signaling
Prof. Gerhard Fritz: Genotoxine und Apoptose-Signaling