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Titel: Mechanismen der GSK-3-Beta-vermittelten Regulation des onkogenen Transkriptionsfaktors NFATc2 im Pankreaskarzinom
Autor: Dobes, Sandra
Weitere Beteiligte: Ellenrieder, Volker (Prof. Dr.)
Erscheinungsjahr: 2011
URI: https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2011/0370
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2011-03709
DOI: https://doi.org/10.17192/z2011.0370
DDC: Biowissenschaften, Biologie
Titel(trans.): Insights into GSK-3beta-mediated regulation of the oncogenic transcription factor NFATc2 in pancreatic cancer.

Dokument

Schlagwörter:
Transkriptionsfaktor, transcription factor

Zusammenfassung:
GSK-3-Beta ist eine multifunktionelle Kinase, deren Deregulation mit mehreren Erkrankungen, wie z.B. Diabetes, Alzheimer oder Krebs assoziiert ist. Ursprünglich wurde ihr eine tumorhemmende Rolle aufgrund ihrer Beteiligung im Wnt-Beta-Catenin-Signalweg zugeschrieben. Neueste Erkenntnisse enthüllten jedoch eine entscheidende pro-proliferative Rolle im Pankreaskarzinom, welche mit einem aggressiven Phänotyp einhergeht. GSK-3-Beta ist überdies ein Hauptmodulator der Calcineurin/NFAT-Signalkaskade. In T-Zellen vermittelt sie die Phosphorylierung von NFATc2 im Zellkern und leitet dadurch einen nukleären Export ein. Eigene Vorarbeiten konnten mehrere entscheidende, NFAT-vermittelte Mechanismen der Wachtumsstimulation im Pankreaskarzinom identifizieren. Über aktivierende bzw. hemmende Mechanismen des NFAT-Metabolismus im Tumor gibt es bisher nur unzureichende Erkenntnisse. Ziel dieser Arbeit war es, eine mögliche GSK-3-Beta-NFATc2-Interaktion im Pankreaskarzinom zu charakterisieren und den Einsatz von GSK-3-Beta-Inhibitoren zur spezifischen Hemmung von NFATc2 zu evaluieren. Hierbei konnte ein neuer, phosphorylierungsabhängiger GSK-3-Beta/NFATc2-Signalweg identifiziert werden, welcher wesentlich zum Wachstum von Pankreaskarzinomzellen beiträgt. Mechanistisch beobachteten wir, dass GSK-3-Beta drei konservierte Serine in der SP2-Region des NFATc2-Proteins phosphoryliert und dieses dadurch vor einem raschen Abbau im Zellkern bewahrt. Durch zielgerichtete Mutagenese konnte gezeigt werden, dass die konstitutive Phosphorylierung der SP2-Region mit einem verstärkten Tumorwachstum in vitro und in vivo einhergeht. Weiterhin konnten wir den onkogenen Transkriptionsfaktor STAT3 als NFATc2-Partnerprotein identifizieren und erstmals zeigen, dass GSK-3-Beta pSP2-unabhängig einen nukleären NFATc2-STAT3-Komplex rekrutiert und damit die Transaktivierung eines NFAT-responsiven Promotors verstärkt. Zusammenfassend wurde eine onkogene Rolle von GSK-3-Beta im Pankreaskarzinom charakterisiert, welche über die vielschichtige Regulation des onkogenen NFATc2-Transkriptionsfaktors vermittelt wird. Dabei wird einerseits die Stabilität des NFATc2-Proteins durch SP2-Phosphorylierung erhöht und andererseits wird die transkriptionelle Aktivität, unabhängig von der SP2-Phosphorylierung, durch Stabilisierung einer NFATc-2-STAT3-Interaktion induziert. Somit beschreibt diese Arbeit einen neuen onkogenen Signalweg und enthüllt neue Perspektiven für therapeutische Ansätze.

Summary:
GSK-3-Beta is a multifunctional kinase which is deregulated in many diseases, such as diabetes, Alzheimers’s disease or cancer. It was originally considered to be a tumor suppressor due to its implication in the Wnt/ -catenin signaling pathway. Recent studies however revealed a crucial pro-proliferative role in pancreatic cancer which is accompanied by an aggressive phenotype. GSK-3 is moreover a main modulator of the Calcineurin/NFAT signaling pathway. Thereby, it serves to phosphorylate NFAT proteins in the nucleus in order to induce their nuclear export. Own previous works could identify several crucial NFATc2-mediated mechanisms of pancreatic tumor growth stimulation. However, there is rare evidence about upstream regulatory pathways targeting NFATc2 metabolism in cancer. The aim of this study was to assess a potential GSK-3-Beta-NFATc2 interaction in pancreatic cancer and to evaluate the use of GSK-3-Beta inhibitors to specifically target NFATc2. Herein, we identified a novel phosphorylation-dependent GSK-3-Beta-NFATc2 stabilization pathway which significantly contributes to pancreatic cancer growth. Mechanistically, we found that GSK-3-Beta phosphorylates three conserved serines in the SP2 region of NFATc2 and thereby preserves a rapid degradation in the nucleus. By sitedirected mutagenesis, we could furthermore show that constitutive phosphorylation of NFATc2 accelerates tumor growth in vitro and in vivo. In addition, we identified STAT3 as a partner of NFATc2 and showed for the first time, that GSK-3-Beta stabilizes the interaction of NFATc2 with the oncogenic transcription factor and that this in turn enhances transcriptional activity on an NFAT-responsive promoter. Taken together this study reveals an oncogenic role of GSK-3-Beta in pancreatic cancer which is carried by a multi-faceted regulation of the transcription factor NFATc2. On the one hand, NFATc2 protein stability is strengthened by SP2 phosphorylation and on the other hand, transcriptional activity is stabilized independent of SP2 phosphorylation by recruiting a nuclear NFATc2-STAT3 complex. In summary, this novel oncogenic pathway provides further mechanistic insights into pancreatic cancer and opens new therapeutic prospects.


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