Publikationsserver der Universitätsbibliothek Marburg

Titel:Galectin-3: Endozytose und Recycling in polaren Epithelzellen sowie seine Rolle im klarzelligen Nierenzellkarzinom
Autor:Straube, Tamara
Weitere Beteiligte: Jacob, Ralf (Prof.)
Veröffentlicht:2014
URI:https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2014/0165
DOI: https://doi.org/10.17192/z2014.0165
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2014-01652
DDC:610 Medizin, Gesundheit
Titel(trans.):Galectin-3: Endocytosis and recycling in polar epithelial cells and its role in clear cell renal cell carcinoma
Publikationsdatum:2014-08-07
Lizenz:https://rightsstatements.org/vocab/InC-NC/1.0/

Dokument

Schlagwörter:
endocytosis, Recycling, clear cell renal cell carcinoma, Galectin-3, Galectin-3, recycling, Epithelzelle, polar epithelial cell, klarzelliges Nierenzellkarzinom, Endocytose

Zusammenfassung:
Polare Epithelzellen stellen die Voraussetzung für ein funktionierendes Organ, wie z.B die Niere, dar. Sie bilden ein Monolayer an der Organaußenseite, das als Barriere gegen die Umwelt fungiert aber auch als Austauschsystem mit der Umwelt dient. Die polarisierte Struktur einer Epithelzelle ist durch eine apikale und basolaterale Membrandomäne charakterisiert. Diese Domänen sind durch tight-junctions voneinander separiert und unterscheiden sich in ihrer Lipid- und Proteinzusammensetzung. Die Polarität der Zelle wird durch einen gerichteten Transport von Lipiden und Proteinen aufrechterhalten. Im apikalen Proteintransport existieren zwei Transportwege, die sich aufgrund der Affinität der darin transportierten Proteine zu lipid rafts in einen raft abhängigen und einen raft unabhängigen Transportweg untergliedern lassen. Die Trennung der Transportwege erfolgt in einem post-Golgi Kompartiment und beruht auf der Ausbildung hochmolekularer cluster, vermittelt durch den Sortierrezeptor Galectin-3. Galectin-3 ist ein Galactose bindendes Lectin und fungiert als apikale Sortierplattform für raft unabhängige Glykoproteine. Es ist nicht nur intrazellulär präsent, sondern wird auch über einen unkonventionellen Sekretionsweg in den Extrazellulärraum transportiert. Von dort kann es vermutlich erneut in die Zelle aufgenommen werden wobei der Endozytosemechanismus noch ungeklärt ist. In der vorliegenden Arbeit konnte zunächst mit Hilfe von biochemischen Analysen ein Rezyklierungsprozess von endozytiertem rekombinantem Galectin-3 beobachtet werden. Mit Hilfe von TGN-Exit Analysen und anschließender DRM-Isolation konnte gezeigt werden, dass Galectin-3 60 min nach TGN-Block im Extrazellulärraum vorliegt und bei Wiederaufnahme in die Zelle mit lipid rafts assoziiert. Ergebnisse der hochauflösenden Mikroskopie und die Verwendung eines lipid raft Inhibitors bestätigen eine lipid raft abhängige Endozytose von Galectin-3. Desweiteren konnten Hinweise darauf gewonnen werden, dass die Bindung von Galectin-3 an Zuckerreste auf der Zelloberfläche eine entscheidende Rolle bei der Internalisierung spielt. Zudem konnte gezeigt werden, dass die Assoziation mit lipid rafts und die Internalisierung des Lectins pH-abhängig erfolgen. Während seines Rezyklierungsprozesses passiert Galectin-3 mit seinen gebunden Liganden verschiedene endosomale Kompartimente mit unterschiedlichen pH-Werten. In der vorliegenden Arbeit konnten erste Hinweise auf den Einfluss des pH-Wertes während des apikalen Proteintransportes des Neurotrophinrezeptors p75 und des Glykoproteins gp80 gesammelt werden. Zugleich konnten Anzeichen für eine pH-Abhängigkeit der durch Galectin-3 induzierten Bildung hochmolekularer cluster ermittelt werden. Neben seiner Funktion als apikaler Sortierrezeptor ist Galectin-3 an zahlreichen weiteren zellulären Prozessen wie der Regulierung des Zellzyklus, der Zell-Zell- Adhäsion, der Apoptose und Angiogenese beteiligt. Aufgrund dieser Funktionen spielt es eine wichtige Rolle während der Tumorgenese in Nierenzellen. Unter Verwendung konfokaler Fluoreszenzmikroskopie von humanem Nierengewebe und klarzelligem Nierenzellkarzinomgewebe konnte Aufschluss über die Lokalisation von Galectin-3 sowie verschiedener apikaler und basolateraler Markerproteine gewonnen werden. Galectin-3 konnte im gesunden Nierengewebe in einzelnen Epithelzellen des distalen Tubulus und Sammelrohres lokalisiert werden. Im Tumorgewebe zeigt es eine diffusere Verteilung und ist vermehrt im Zellkern zu beobachten. Mit Hilfe biochemischer Analysen konnte festgestellt werden, dass die Expression des Lectins bei 75% der untersuchten Patienten im klarzelligem Nierenzellkarzinom im Vergleich zum normalen Gewebe ansteigt. Dieser Expressionsanstieg korreliert während der Tumordifferenzierung mit dem Rückgang der Expression des Zell-Zell-Adhäsionmoleküls CEACAM1. Desweiteren konnten Interaktionspartner des Lectins während der Tumordifferenzierung mittels Galectin-3-Affinitätssäule identifiziert werden.

Summary:
Polar epithelial cells are the prerequisite for a functional organ like the kidney. They build a monolayer on the outer surface of the organ forming a barrier and exchange system between the organ and its environment. The polarized structure of epithelial cells is characterized by apical and basolateral plasma membrane domains. These two membrane domains are separated by tight junctions and differ in their lipid and protein composition. The polarity of the cell is maintained by a directional transport of lipids and proteins to their target membrane. In apical protein transport the sorting pathways can be subdivided by the affinity of the transported protein to lipid rafts into a lipid raft dependent or independent pathway. The separation of the transport routes takes place in a post-Golgi compartment, based on the formation of high molecular clusters mediated by the sorting receptor galectin-3. Galectin-3 is a galactose-binding lectin acting as an apical sorting platform for raft independent glycoproteins. It is not only present intracellularly but can also be transported via an unconventional secretory pathway into the extracellular space. Presumably it can be taken up from the extracellular space into the cell again, but the exact mechanism of endocytosis is still unclear. In the present study a recycling process of endocytosed recombinant human galectin-3 could be observed by biochemical analyses. By using TGN-Exit analyses followed by DRM-isolation it could be shown that galectin-3 is present in the extracellular space 60 min after TGN-block. During its resumption this lectin is obviously associated with lipid rafts. Results of high-resolution microscopy and the use of a lipid raft inhibitor confirmed a lipid raft dependent endocytosis of galectin-3. Furthermore the binding affinity of galectin-3 to sugar residues on the cell surface seems to play a pivotal role in internalization of the lectin. Additionally the association of galectin-3 with lipid rafts and the endocytosis occur in a pHdependent manner. During the recycling process galectin-3 and its ligands pass different endosomal compartments with varying pH. Furthermore in the present work, first indications for the influence of the pH during apical protein transport of the p75 neurotrophin receptor and the glycoprotein gp80 could be collected. At the same time evidence of a pH dependent galectin-3 induced cluster formation was determined. Galectin-3 is involved in many cellular processes like cell cycle regulation, cell-cell adhesion, apoptosis and angiogenesis. Due to these functions it is possible that this lectin participates in tumor progression in renal cells. Confocal fluorescence microscopy of human renal tissue and clear cell renal cell carcinoma tissue were used to obtain new insights in the localization of galectin-3 as well as various apical and basolateral marker proteins. In normal kidney tissue galectin-3 can be observed in single epithelial cells in the distal tubules and collecting ducts while in tumor tissue the localization is diffuse and shifted into the cell Nucleus. The expression of galectin-3 increases in the tumor tissue compared to the normal kidney tissue in 75% of patients with clear cell renal cell carcinoma used in this study. This increase in protein expression during tumor differentiation correlates with the decrease in the expression of the cell-cell adhesion protein CEACAM1. Furthermore, some interaction partners of galectin-3 during tumor progression could be identified by using a galectin-3 affinity column.


* Das Dokument ist im Internet frei zugänglich - Hinweise zu den Nutzungsrechten