title: Untersuchungen zur Bedeutung der Peptidyl-Prolyl-Isomerase Pin1 bei der Pathogenese von Kopf-Hals-Tumoren
title: Studies on the role of the peptidyl-Prolyl-isomerase Pin1 in head and neck cancer
Creators: name: Rath, Ariane
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2012
Subjects: Carcinogenese
Carcinogenesis
Kopf-Hals-Karzinome
Head and neck cancer
Peptidyl-Prolyl-Isomerase
Medizin, Gesundheit
Peptidyl-Prolyl-isomerase

description: Squamous cell carcinoma of the
      head and neck (HNSCC) represent world-wide the eighth most
      common tumor entity. The 5-year-survival-rate for all tumor
      stages collectively is below 50%. Loco-regional control is
      the central aim for the treatment of this disease.
      Unfortunately most patients are diagnosed at advanced disease
      stages and have to be treated with chemo- and radiation
      therapy. In order to improve disease outcome of HNSCC
      patients it is essential to discover new target proteins
      embedded in oncogenesis that could possibly be treated by
      novel therapeutics. Pin1 is a peptidyl-prolyl isomerase
      (PPIase) belonging to the subfamily of the so-called
      parvulines. It is characterized by its unique substrate
      specifitiy, binding exclusively phosphorylated Ser/Thr-Pro
      residues. Because of its high substrate specifity Pin1 is
      linked to many cell cycle kinases that play a major role in
      oncogenesis. Pin1 is the only PPIase being essential for cell
      cycle function. It was found to be overexpressed in many
      human tumors, some of them expressing the unphosphorylated
      probably active form of the protein. Expression status of
      Pin1 at the protein and mRNA were assessed by western blot
      analyses, immunohistochemistry, immunocytochemistry and
      quantitative RT-PCR in 17 HNSCC cell lines and 41 HNSCC
      tissues-samples. The results were compared to normal mucosa
      of the oral cavity as a control. Isoelectric variants of Pin1
      were observed after isoelectric focussing and 2D gel
      electrophoresis. Thus, the phosphorylation status of the
      PPIase could be defined in tumor tissues and compared to
      normal tissues. Furthermore, the effect of Pin1 inhibition
      with its naturally existing inhibitor Juglone as well as with
      Pin1-specific siRNA was examined by FACS analysis. In the
      analyzed HNSCC tumor tissues and cell lines Pin1 expression
      levels were found upregulated compared to normal control
      tissue samples. In addition, Pin1 was found
      hypophosphorylated and thus probably overactivated in tumor
      tissues in comparison to normal mucosa. Inhibition of Pin1
      via juglone and via Pin1- specific siRNA showed increase in
      dead cells at cell cycle analysis. The results point to Pin1
      as a key-player in carcinogenesis of head and neck squamous
      cell cancer. The PPIase was found overexpressed and is
      present typically in its active unphosphorylated form.
      However, no significant correlation between Pin1 expression
      levels and clinical data could be found. It still has to be
      investigated why Pin1 is frequently dephosphorylated in HNSCC
      tissues. No obvious increase of programmed cell death has
      been found in HNSCC cells following Pin1 inhibition with
      juglone and transfection with Pin1-specific siRNA but the
      fraction of cells in the sub-G1 phase of the cell cycle was
      increased. It will be a subject of further studies to
      discover what mechanisms lead to reduced Pin1 phosphorylation
      in tumor cells and which pathways could replace inhibited
      Pin1 function in a tumor cells in order to avoid apoptosis.
      Moreover, further exploration is necessary to define the role
      of Pin1 as a useful target for HNSCC therapy.
description: Plattenepithelkarzinome der
      Kopf-Hals-Region (HNSCC) stellen die Tumorentität mit der
      achthäufigsten Inzidenz weltweilt dar. Dabei ist die
      durchschnittliche 5-Jahres-Überlebensrate unter 50%. Die
      lokoregionäre Kontrolle ist dabei das entscheidende
      Behandlungsziel. Leider präsentiert sich ein Großteil der
      Erkrankten in fortgeschrittenen Stadien, die durch chemo-
      bzw. strahlentherapeutische Maßnahmen angegangen werden
      müssen. Um die bisher begrenzte Auswahl an gezielt gegen
      Tumoren gerichteten Therapeutika zu erweitern, ist es
      notwendig in Kopf-Hals-Tumorgeweben neue Zielproteine zu
      identifizieren, die im gestörten Zellstoffwechsel der Tumore
      eine Rolle spielen. Pin1 ist eine Peptidyl-Prolyl-Isomerase
      (PPIase) aus der Familie der Parvuline. Sie zeichnet sich
      durch eine unter PPIasen einzigartige Substratspezifität für
      phosphorylierte Ser/Thr-Pro-Sequenzen aus. Aufgrund dieser
      Substratspezifität arbeitet sie eng mit verschiedenen
      Zellzykluskinasen, die in der Onkogenese eine Rolle spielen,
      zusammen. Sie ist die bisher einzige Isomerase, die für einen
      korrekten Ablauf des Zellzyklus unabdingbar ist. In vielen
      Tumoren wurde Pin1 überexprimiert vorgefunden. In manchen
      Tumoren liegt es zudem als überwiegend unphosphorylierte Form
      vor, wobei die unphosphorylierte Form des Pin1-Proteins
      wahrscheinlich die aktive Form darstellt. Mittels
      Immunhistochemie, Immunzytochemie, Immunbiochemie und
      quantitativer PCR wurde der Expressionsstatus von Pin1 in 17
      HNSCC-Tumorzelllinien und 41 HNSCC-Tumorgeweben untersucht
      und mit normaler Kontrollschleimhaut verglichen. Weiterhin
      konnten isoelektrische Varianten des Pin1-Proteins in der
      2D-Gel-Analyse beobachtet werden. So konnte der
      Phosphorylierungszustand von Pin1 in Tumorgeweben und
      Normalgeweben verglichen werden. Schließlich wurden die
      Konsequenzen einer Pin1-Hemmung durch den natürlich
      vorkommenden Pin1-Inhibitor Juglone sowie durch
      Pin1-spezifische siRNA mittels FACS-Analyse untersucht. Pin1
      wurde in den untersuchten Tumorgeweben und –zelllinien
      stärker exprimiert als in den Normalgeweben. Auch war Pin1 in
      den Tumorgeweben verglichen mit Normalgeweben
      hypophosphoryliert, was vereinbar ist mit einer
      Überaktivierung des Proteins. Eine Hemmung von Pin1 führte in
      den untersuchten Zelllinien sowohl nach Behandlung mit
      Juglone als auch nach Transfektion mit Pin1-siRNA zu einer
      Erhöhung der Fraktion toter Zellen. Die Ergebnisse dieser
      Arbeit deuten darauf hin, dass Pin1 auch in
      Kopf-Hals-Karzinomen eine Rolle bei der Tumorentstehung
      spielt. Es ist überexprimiert und liegt anscheinend vermehrt
      in seiner aktiven Form vor. Allerdings konnte kein
      statistischer Zusammenhang zwischen den klinischen Daten der
      Patienten, von denen die Tumorgewebe stammten, und dem
      jeweiligen Pin1-Expressionsgrad gezeigt werden. Warum Pin1 in
      Tumorgeweben meist in dephosphoryliertem Zustand vorliegt,
      muss in weiterführenden Studien noch näher untersucht werden.
      Eine vermehrte Apoptoserate nach Pin1-Hemmung durch den
      natürlich vorkommenden Pin1-Inhibitor Juglone als auch durch
      Pin1-spezifische siRNA konnte nicht beobachtet werden,
      allerdings zeigte sich ein Anstieg der Tumorzellfraktion in
      der sub-G1-Phase des Zellzyklus. Welche Faktoren den
      Phosphorylierungszustand von Pin1 beeinflussen, bleibt
      herauszufinden. Welche Signalkaskaden Pin1 ersetzen können,
      so dass die Tumorzelle trotz Pin1-Hemmung überleben kann,
      wäre Thema für weitere Forschung. Schließlich sind
      weiterführende Untersuchungen notwendig, um den potentiellen
      Stellenwert von Pin1 als neuen therapeutischen Angriffspunkt
      bei der Behandlung von HNSCC-Tumoren zu beurteilen.