Molekulare Analyse zur Rolle von Cyclin E für den G0/S-Phase Zellzyklusübergang und die maligne Transformation der Hepatozyten
Zusammenfassung der Projektergebnisse
E-Cycline (Cyclin E1, E2) regulieren die Aktivität der Cyclin-abhängige Kinase Cdk2 und kontrollieren so den Eintritt ruhender Zellen in die DNA-Synthesephase des Zellzyklus. Der Cyclin E/Cdk2 Komplex ist daher an Entwicklungs- und Regenerationsprozessen beteiligt und hat potentiell eine große Bedeutung für die Karzinogenese. Patienten mit einem Hepatozellulären Karzinom (HCC) zeigen mehrheitlich eine Überexpression von Cyclin E1. Allerdings haben Untersuchungen anderer Arbeitsgruppen kurz vor Beginn dieses Projektes nachgewiesen, dass überraschender Weise Cyclin E1, Cyclin E2 und Cdk2 für die Initiierung der Zellteilung nicht essentiell sind. Daher wurde postuliert, dass bislang noch unverstandene Funktionsüberlappungen weiterer Cycline und Cdks (z.B. Cyclin A, Cdk1) einen Funktionsverlust von E-Cyclinen oder Cdk2 kompensieren können. Ziel des nun abgeschlossenen Projektes war es, die Funktion der E-Cycline in Hepatozyten und in maligne transformierten Hepatomzellen in vivo neu zu definieren. Wir konnten zunächst zeigen, dass eine singuläre genetische Inaktivierung von Cyclin E1, Cyclin E2 oder Cdk2 in Mäusen nicht ausreicht, um die Leberregeneration nach partieller Hepatektomie zu blockieren. In umfangreichen genetischen Analysen gelang es uns, durch die Generierung einer Cyclin E1/Cyclin E2/Cdk2 triple-knockout Maus den kompletten Cyclin E/Cdk2 Komplex in der Leber vollständig zu deletieren und so die Leberregeneration zu inhibieren. Weitere genetische Analysen ergaben, dass für die Inhibition der Zellzyklusaktivität in der gesunden Leber mindestens die Deletion von Cyclin E1 und Cdk2 bzw. von Cyclin E1 und Cyclin E2 erforderlich ist, während nicht-transformierte Hepatozyten ohne Cyclin E1 vollständig lebensfähig sind und eine uneingeschränkte Zellteilungsfähigkeit besitzen. Im Gegensatz dazu zeigten unsere Untersuchungen in zwei unabhängigen Leberkrebsmodellen, dass die genetische Inaktivierung von Cyclin E1 oder Cdk2 in Mäusen nahezu vollständig vor der Entstehung eines Hepatozellulären Karzinoms schützt. Daher sind sowohl Cyclin E1 als auch Cdk2 für die HCC-Entstehung absolut essentiell. Wir konnten dadurch erstmals eine individuelle Funktion von Cyclin E1 für die Krebsentstehung nachweisen, die nicht durch andere Cycline kompensiert werden kann. Zusätzlich ist Cyclin E1 spezifisch für das Überleben und die Proliferation maligne transformierter Primärhepatomzellen notwendig. Die zugrundeliegenden molekularen Mechanismen wurden weitgehend aufgeklärt und zeigen, dass Hepatozyten im Verlauf der malignen Transformation eine Abhängigkeit von hohen Cyclin E1 Expressionsspiegeln entwickeln, die es ihnen erlaubt, sich optimal an hohe Zellteilungsraten anzupassen. Eine akute Inhibition von Cyclin E1 unter diesen Bedingungen bewirkt dann umfangreiche Fehler in der Mitose (mitotische Katastrophe) und nachfolgend ein schnelles Absterben der transformierten Hepatomzellen. Die Daten aus unserem Projekt lassen den Schluss zu, dass Cyclin E1 eine neue und vielversprechende Zielstruktur für die Therapie des Hepatozellulären Karzinoms sein könnte, da die Inhibition in gesunden, nicht-transformierten Hepatozyten keinen Effekt auslöst, während sie transformierte Leber-Tumorzellen gerichtet abtötet. Zusammenfassend wurden in unserem Projekt alle gestellten Ziele erreicht. Wir konnten die redundanten Funktionen der E-Cycline in der gesunden Leber nahezu vollständig aufklären und haben darüber hinaus Cyclin E1 als neuen, zentralen Mediator der Leberkrebsentstehung identifiziert. Diese neuen Befunde können potentiell für die Anwendung in der Leberkrebstherapie genutzt werden; dies soll in einem bereits bewilligten Neuantrag vertiefend geprüft werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Expression of a cyclin e1 isoform in mice is correlated with the quiescent cell cycle status of hepatocytes in vivo. Hepatology. 2006;44:164-173
Zschemisch NH, Liedtke C, Dierssen U, Nevzorova YA, Wustefeld T, Borlak J, Manns MP, Trautwein C
- Hepatocytes from embryonic stem cells: Prometheus revisited? Hepatology. 2007;45:829-830
Liedtke C, Streetz KL
- Is interleukin-6 a gender-specific risk factor for liver cancer? Hepatology. 2007;46:1304-1305
Sander LE, Trautwein C, Liedtke C
- Maid (gcip) is involved in cell cycle control of hepatocytes. Hepatology. 2007;45:404-411
Sonnenberg-Riethmacher E, Wustefeld T, Miehe M, Trautwein C, Riethmacher D
- A dual role of p21 in liver regeneration and hepatocarcinogenesis. Hepatology. 2008;48:1713-1714
Liedtke C, Trautwein C
- Aberrant cell cycle progression and endoreplication in regenerating livers of mice that lack a single e-type cyclin. Gastroenterology. 2009;137:691-703, 703 e691-696
Nevzorova YA, Tschaharganeh D, Gassler N, Geng Y, Weiskirchen R, Sicinski P, Trautwein C, Liedtke C
- Reduced expression of fibroblast growth factor receptor 2iiib in hepatocellular carcinoma induces a more aggressive growth. Am J Pathol. 2010;176:1433-1442
. Amann T, Bataille F, Spruss T, Dettmer K, Wild P, Liedtke C, Muhlbauer M, Kiefer P, Oefner PJ, Trautwein C, Bosserhoff AK, Hellerbrand C
- Concurrent deletion of cyclin e1 and cyclin-dependent kinase 2 in hepatocytes inhibits DNA replication and liver regeneration in mice. Hepatology. 2014;59:651-660
Hu W, Nevzorova YA, Haas U, Moro N, Sicinski P, Geng Y, Barbacid M, Trautwein C, Liedtke C
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/hep.26584) - Pro-apoptotic sorafenib signaling in murine hepatocytes depends on malignancy and is associated with puma expression in vitro and in vivo. Cell death & disease. 2014;5:e1030
Sonntag R, Gassler N, Bangen JM, Trautwein C, Liedtke C
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/cddis.2013.557)
