Biochemical-Engineering von HL-60-Zellen: Integrin-Expression und Integrin- vermittelte Adhäsion

Abstract

Biochemical-Engineering ist ein effizientes Modifikationsverfahren für Glycoproteine der zellulären Plasmamembran. Es soll dazu dienen, strukturabhängige Funktionen von N- und O-Glycanen zu untersuchen. Ein wichtiges Ziel dieses Verfahrens sind Sialinsäuren (Synonym: Neuraminsäuren). Sie zeichnen sich als terminalgebundene Glycankomponenten durch ihre strukturelle Vielfalt und ihre dadurch differenzierten Funktionen bei der Embryonalentwicklung, Immunabwehr und Krebsentstehung aus. Diese Arbeit sollte zeigen, ob sich durch spezifische Modifikation der N-Acyl-Seitenkette von Sialinsäuren mittels des unphysiologischen Sialinsäure-Vorläufers N-Propanoyl-D-mannosamin (ManNProp) die ß1-Integrin-abhängige Adhäsion der humanen Leukämiezellinie HL-60 auf Fibronektinmatrix modulieren läßt. Es konnte gezeigt werden, daß HL-60-Zellen durch ManNProp langfristig verstärkt ß1-Integrin-abhängig auf Fibronektinmatrix adhärieren. Dies ging mit vermehrter ß1-Integrinexpression auf Proteinebene einher, zwar unabhängig von der Zelloberflächenexpression, aber im Zusammenhang mit verändertem Umbau und Clusterformierung von ß1-Integrinen, die adhäsionstypische morphologische Zellspreizung erzeugten. Zusätzlich konnte gezeigt werden, daß durch Hemmung der Signalmolekülfamilie Proteinkinase C (PKC) die adhäsionsinduzierende Wirkung von ManNProp auf die Leukämiezellinie HL-60 reversibel ist. Die Ergebnisse dieser Arbeit unterstreichen die Bedeutung strukturabhängiger Einflüsse von Glycanketten, inbesondere ihrer terminalgebundenen Sialinsäuren, auf Glycoprotein-gesteuerte Mechanismen wie der Zelladhäsion. Außerdem wird gezeigt wie durch spezifisch veränderte Analoga solche Basisfunktionen der Zelle moduliert werden können. Dies könnte beispielsweise bei der Regulation von Leukozyten-Homing im Rahmen entzündlicher Prozesse von Bedeutung sein.

Biochemical engineering is an efficient modification procedure for glycoproteins of the plasmamembrane to reveal functional relevance of N- and O-glycans especially of terminal bound sialic acids (synonym: neuraminic acids). Sialic acids have due to their structure diversity distinct implications in embryogenesis, immunresponse und cancerogenesis. The aim of this experimental work was to messure the effect of specific N-Acyl-side chain elongation of the sialic acids with the unphysiological precursor N-propanoyl-D-mannosamine (ManNProp) on integrin-dependent adhesion of the human leucemia cell line HL-60 upon fibronectin matrix. This work shows that prolonged incubation of HL-60 cells with ManNProp induces their ß1-integrin- dependent adherence on fibronectin matrix going along with increased expression of ß1-integrins on protein level. Although there was no increased ß1-integrin expression on the cell surface, the turnover and cluster formation of ß1-integrins was induced, latter responsible for cellspreading. Also it has been shown that inhibition of the Proteinkinase C (PKC) family was able to reduce the ManNProp effect on adhesion of HL-60 cells upon fibronectin matrix. These results emphasize the important role of structure dependent implications of glycans especially their terminal sialic acids on glycoprotein regulted processes like cell adhesion. Also it is shown how specific modified analogues modulate basic functions of the cell. This could have clinical relevance for example in the regulation of leukocyte homing during inflammation.