title: Transkriptionsregulation der Pyruvatdehydrogenase-Kinase 4 (PDK4), einem zentralen Schalter des Glukosestoffwechsels, durch Zelladhäsion und onkogene Signalwege beim humanen Ovarialkarzinom
title: Transcriptional regulation of pyruvate dehydrogenase kinase 4 (PDK4), a key regulator of glucose metabolism, via cell adhesion and oncogenic signaling in human ovarian carcinoma
Creators: name: Schnitzer, Evelyn
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2016
Subjects: Life sciences
Pyruvatdehydrogenase-Kinase 4
Eierstockkrebs , Glucosestoffwechsel
Genregulation , Biowissenschaften
Medical sciences, Medicine
Medizin, Gesundheit
Transcriptional regulation
Zelladhäsion , Signaltransduktion

description: Ovarian cancer is the most lethal
      of all gynecologic malignancies mainly due to the passive
      dissemination of cancer cells within the peritoneal cavity.
      Thereby tumor cells detach as single cells or multicellular
      spheroids from the solid tumor nodules and spread via the
      peritoneal fluid to form metastases. Matrix detachment is
      therefore of high clinical relevance and thus warrants
      further investigations of the molecular mechanisms. The
      present work identified PDK4 as a gene that is strongly
      upregulated in primary human ovarian cancer cells and the
      ovarian carcinoma cell line SKOV-3 upon detachment. Moreover,
      the induction of PDK4 could be linked to the glycolytic
      metabolism in these cells consistent with the known function
      PDKs to inactivate pyruvate dehydrogenase and thereby
      suppress oxidative phosphorylation. It is also shown that
      interactions between components of the extracellular matrix
      and integrins regulate adhesion-dependent PDK4 expression.
      Therefore, a main part of this work focuses on a detailed
      interrogation of transcriptional control mechanisms acting on
      the PDK4 gene and the identification of signaling pathways
      controlled by adherent or non-adherent conditions in SKOV-3
      cells. Following pharmacological modulation of different
      signaling pathways or siRNA-mediated silencing of specific
      signaling proteins, the phosphorylation of critical signaling
      components, chromatin binding and transcriptional PDK4
      activity were determined. These studies showed that multiple
      pathways might cooperate in PDK4 induction upon detachment,
      including the SRC-PI3K-AKT-pathway, the GSK3-β-Catenin
      pathway, the estrogen receptor, the transcription factor
      C/EBPβ and cytoskeletal rearrangements. Beyond PDK4
      regulation under different adhesion conditions this work
      revealed a complex transcriptional control of PDK4 expression
      by oncogenic signaling in ovarian cancer cells. Thus,
      activation of the adenylyl cyclase-PKA-cAMP pathway,
      inhibition of the SRC-PI3K-AKT pathway as well as estrogen,
      glucocorticoids and cell-cell contacts were found to induce
      PDK4 expression. Taken together, the complex regulation of
      PDK4, including its induction by oncogenic pathways, and its
      central position in glucose metabolism point to a pivotal
      role of PDK4 in tumor metabolism and its potential as a
      therapeutic target for ovarian carcinoma.
description: Das Ovarialkarzinom ist die
      gynäkologische Krebserkrankung mit der höchsten Letalität,
      was vor allem durch die passive Metastasierung über den
      Peritonealraum bedingt ist. Dabei breiten sich Tumorzellen
      als Einzelzellen oder mehrzellige Sphäroide über die
      Peritonealflüssigkeit aus, um an anderer Stelle Metastasen
      auszubilden. Der damit einhergehende Adhärenzverlust dieser
      Zellen ist demnach von großer klinischer Relevanz und bedarf
      weiterer funktioneller Analysen. Im Rahmen dieser Arbeit
      konnte mit PDK4 erstmals ein Gen in primären humanen
      Ovarialkarzinomzellen und in der Modellzelllinie SKOV-3
      identifiziert werden, dessen Expression stark von Adhärenz
      und Adhärenzverlust beeinflusst wird. Die mit dem
      Adhärenzverlust einhergehende Induktion scheint mit dem
      glykolytischen Metabolismus dieser Zellen funktionell in
      Verbindung zu stehen, im Einklang mit der zentralen Rolle von
      PDKs als negative Regulatoren der Pyruvatdehydrogenase und
      somit der Energiegewinnung aus Glukose durch oxidative
      Phosphorylierung. Eine detaillierte Untersuchung der
      adhärenzvermittelten PDK4-Regulation zeigte, dass
      Interaktionen zwischen Komponenten der Extrazellulärmatrix
      und Integrinen dafür verantwortlich sind. Der weitere Fokus
      der vorliegenden Arbeit lag auf der detaillierten
      mechanistischen Aufklärung dieser transkriptionellen
      Kontrolle und die damit verbundene Identifizierung der
      verantwortlichen Signalwege anhand der Modellzelllinie
      SKOV-3. Hierzu wurde nach pharmakologischer Modulation
      bestimmter Signalwege oder einer RNAi-vermittelten Inhibition
      spezifischer Signalproteine die Phosphorylierung kritischer
      Signalkomponenten, Chromatinbindung und Regulation von PDK4
      untersucht. Die hierbei erzielten Ergebnisse deuten auf eine
      Kooperation mehrerer Signalwege bei der Regulation des
      PDK4-Gens durch Adhärenzverlust hin. Hierzu zählen der
      SRC-PI3K-AKT-Signalweg, die GSK3-β-Catenin-Signalkaskade, der
      Estrogenrezeptor, der Transkriptionsfaktor C/EBPβ und
      Umstrukturierungen des Aktinzytoskeletts. Über die
      adhärenzvermittelte PDK4-Regulation hinaus liefern die
      Ergebnisse dieser Arbeit ein Bild zur
      Transkriptionsregulation des PDK4-Gens durch tumorbiologisch
      relevante Signale im humanen Ovarialkarzinom. So führen die
      Aktivierung des Adenylylcyclase-cAMP-PKA-Signalwegs, die
      Inhibition des SRC-PI3K-AKT-Signalwegs sowie Estrogen,
      Glukokortikoid und Zell-Zell-Kontakte zu einer Induktion der
      PDK4-Expression. Die komplexe Regulation von PDK4,
      insbesondere auch durch onkogene Signalwege, und die zentrale
      Funktion im Glukosemetabolismus unterstreichen die
      essentielle Rolle von PDK4 im Tumormetabolismus und weisen
      auf PDK4 als mögliches therapeutisches Ziel bei der
      Behandlung des Ovarialkarzinoms hin.