dc.contributor.author
Noack, Claudia
dc.date.accessioned
2018-06-07T22:10:25Z
dc.date.available
2013-07-08T10:47:57.928Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/8957
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-13156
dc.description.abstract
Trotz enormer medizinischer Bemühungen und geleisteter Forschungsarbeit
bleiben kardiovaskuläre Erkrankungen die häufigste Todesursache weltweit.
Insbesondere Myokardinfarkte führen aufgrund eines unausgeglichenen
Verhältnisses von Herzmuskel-Schädigung und -Wiederherstellung zu
Herzinsuffizienz. Mehrere Untersuchungen konnten zeigen, dass das postnatale
Herz regeneratives Potenzial besitzt und kein terminal differenziertes Organ
ist. Jedoch ist diese Regenerationsfähigkeit nicht ausreichend, um nach
kardialem Stress den Verlust von kontraktiler Kraft auszugleichen und damit
einer fortschreitenden Herzinsuffizienz entgegenzuwirken. Ein Verständnis der
molekularen Mechanismen, welche die Remodellierung und den Verlust der
Kontraktionsfähigkeit steuern, ist von essentieller Bedeutung zur Entwicklung
neuer Therapien. Wie in der embryonalen Kardiogenese nimmt der Wnt/β-Catenin-
Signaltransduktionsweg eine zentrale Rolle bei der Regulation von
kardiovaskulären Progenitorzellen (CPCs) ein. Eigene Ergebnisse unserer
Arbeitsgruppe belegen, dass eine Inhibition dieser Signalkette bei Mäusen
einen positiv-adaptiven Effekt auf die Herzremodellierung ausübt und zu
gesteigerter Kardiomyozyten-Differenzierung von endogenen CPCs führt. Daher
stellt eine Modulation des Wnt/β-Catenin-Signalweges einen vielversprechenden
Ansatz dar. Da β-Catenin ubiquitär im Organismus vorliegt, wurde mittels
Hefe-2-Hybrid Screening nach Herz-spezifischen Interaktionspartnern gesucht,
welche die kardiale Differenzierung regulieren. In der vorliegenden Arbeit
wurde der Zinkfinger-Transkriptionsfaktor Krüppel-like factor 15 (KLF15) als
neuer kardialer Interaktionspartner von β-Catenin identifiziert. Mittels Ko-
Immunpräzipitationen, Peptid-SPOT-Arrays und in vitro Mutationsstudien wurde
ein Regulationskomplex aus KLF15, β-Catenin, dessen transkriptionellen Ko-
Faktor T-cell factor 4 (TCF4) und dem nicht-kanonischen Wnt-Regulator Nemo-
like Kinase (NLK) gefunden. β-Catenin/TCF-abhängige Luziferase-Genreporter-
Studien zeigten einen konzentrationsabhängigen, inhibitorischen Effekt von
KLF15 auf diese Transkriptionsaktivität. Mechanistisch wurde gezeigt, dass
KLF15 zur vermehrten TCF4-Ubiquitinierung und damit subsequenten proteasomalen
Abbau beiträgt. Untersuchungen der hierfür relevanten Protein-
Interaktionsbereiche ergaben eine Notwendigkeit von mindestens zwei
unterschiedlichen Proteinbindedomänen, die am N- und am C-Terminus von KLF15
lokalisiert werden konnten. Zusätzlich ist der C-Terminus als ausreichende und
notwendige Region für die Zellkern-Lokalisation ermittelt worden.
Funktionelle, histologische und molekulare Analysen einer systemischen Klf15
-Knockout-Maus (Klf15-KO) zeigten in vivo sowohl eine bisher unbekannte
Fehlregulation des Wnt/β-Catenin-Signalweges spezifisch im Herzen als auch
einen kardialen Phänotyp, welcher sich bereits basal als systolische
Dysfunktion manifestierte. Diese trat progressiv im adulten Tier auf und
erfolgte ohne klare Ausbildung einer kardialen Hypertrophie oder Fibrosierung.
Bei hämodynamischer Belastung des kardiovaskulären Systems zeigte sich beim
Klf15-KO im Vergleich zu Wildtyp-Mäusen eine rapide Entwicklung von kardialer
Remodellierung mit starker Dilatation der linken Herzkammer, Versteifung des
Organs durch Fibrosierung, Verlust der Kontraktilität und hoher Mortalität.
Detaillierte quantitative durchflusszytometrische und qrt-PCR Analysen der
endogenen CPCs offenbarten eine gestörte Homöostase der Cell fate-Regulation
in den Klf15-KO-Herzen, die mit verstärkter Proliferation von Endothelzell-
Vorläufern auf Kosten der frühen Kardiomyozyten-Zell-Linie einherging. Die
Etablierung eines in vitro Kultivierungssystems der CPCs aus adulten
Mausherzen ermöglichte die Durchführung eines pharmakologischen Rescue-
Experiments mit dem β-Catenin/TCF-Inhibitor Quercetin. Dieses erlaubte eine
fast vollständige Wiederherstellung der normalen Cell fate-Homöostase der CPCs
aus Klf15-KO-Herzen und belegte den klaren Zusammenhang zur dysregulierten
Wnt/β-Catenin-Signalkaskade durch den funktionellen KLF15-Verlust. Die hier
gezeigte Regulation der adulten Progenitorzell-Homöostase ergänzt die bereits
bekannten und auch z.T. im humanen Herzen nachgewiesenen anti-hypertrophen und
-fibrotischen Effekten von KLF15 und belegt damit die essentielle Rolle von
KLF15 im adulten Herzen. Diese Erkenntnisse bieten ein neues Potenzial zur
Entwicklung neuartiger Therapieansätze, welche nicht nur symptomatische,
sondern kausale Behandlungen der Herzinsuffizienz verwirklichen könnten.
Weitere detaillierte Untersuchungen dieser KLF15-Regulationsmechanismen werden
helfen, um einen kardial-spezifischen Ansatz zu verfolgen.
de
dc.description.abstract
Despite the enormous investigative effort, cardiovascular diseases and in
particular myocardial infarction remains one of the major causes of heart
failure due to imbalanced myocardial damage and repair. Several studies
demonstrated a regenerative capacity of the adult mammalian heart arguing
against the notion of it being a terminally differentiated organ. However,
this regenerative ability is insufficient to stop loss of contractile function
under stress conditions, leading to end-stage heart failure. The elucidation
of the precise molecular mechanisms regulating cardiac remodelling and
preventing loss of cardiac function is essential to develop novel
therapeutical approaches. Similar to embryonic cardiogenesis, the
Wnt/β-catenin signalling pathway was shown to play a central role in the
regulation of progenitor cells of the adult heart (CPCs). Previous work of our
group indicated that the downregulation of Wnt/β-catenin signalling is
beneficial for adaptive cardiac remodelling and enhances differentiation of
endogenous CPCs. Therefore, Wnt pathway-based therapeutic agents are highly
attractive for the heart field. Since β-catenin is a ubiquitously expressed
protein, a yeast-2-hybrid screen was performed to identify cardiac specific
interaction partners of β-catenin with the ability to regulate differentiation
of CPCs. In the present study the zinc finger transcription factor Krüppel-
like factor 15 (KLF15) was found as a novel cardiac β-catenin interaction
partner. Using co-immunoprecipitation, peptide-SPOT arrays and in vitro
mutation studies a regulatory complex consisting of KLF15, β-catenin, its
transcriptional co-factor T-cell factor 4 (TCF4), and the non-canonical Wnt
regulator Nemo-like kinase (NLK) was identified. β-catenin/TCF-driven
luciferase reporter assays showed a concentration-dependent repressive effect
of KLF15 on β-catenin/TCF-mediated transcriptional activity. Mechanistically,
KLF15 contributed to enhanced TCF4-ubiquitination and its subsequent
proteasomal degradation. A detailed protein-protein interaction analysis
revealed two distinct domains at the N- and C-terminus of KLF15 to be required
for β-catenin/TCF inhibition. In addition, the C-terminus was found to be
sufficient and necessary for nuclear localisation. Functional, histological
and molecular analyses of a global Klf15-knockout mouse model (Klf15-KO)
showed a so far unknown cardiac specific KLF15-dependent de-regulation of the
Wnt/β-catenin signalling pathway in vivo as well as progressive systolic
dysfunction in adulthood. This dysfunction was not accompanied by cardiac
hypertrophy and/or fibrosis at baseline. Under induced hemodynamic stress
significant loss of contractile function accompanied with accelerated left
ventricular dilation and increased fibrosis resulted in high mortality in
Klf15-KO vs. wild-type mice. Analyses of the endogenous CPCs by quantitative
flow cytometry and qrt-PCR showed increased proliferation of endothelial
progenitors at the expense of the cardiomyogenic lineage indicating an
imbalanced cell fate regulation in the Klf15-KO hearts. The setup of an in
vitro culture system for adult CPCs enabled a pharmacological rescue
experiment using the β-catenin/TCF inhibitor Quercetin. This resulted in an
almost complete restoration of the Klf15-KO-CPC cell fate to wild-type CPC
levels substantiating that de-repression of Wnt/β-catenin signalling, upon
KLF15 loss, is responsible for the altered CPC homeostasis in Klf15-KO mice.
The presented work demonstrates the major impact of KLF15 on adult heart
biology at least in part by controlling CPC homeostasis. These observations
complement previous studies showing the anti-hypertrophic and anti-fibrotic
effects of KLF15, also shown in the human heart. This knowledge opens a new
avenue for the development of novel causal therapies of heart failure. Further
in-depth elucidations of the KLF15 regulatory mechanisms will reinforce
cardiac specific therapeutical approaches.
en
dc.format.extent
V, 135 S.
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
Wnt/β-catenin signalling
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::570 Biowissenschaften; Biologie
dc.title
Interaktion des Transkriptionsfaktors Krüppel-like factor 15 mit dem Wnt/β
-Catenin-Signaltransduktionsweg in adulten Mausherzen
dc.contributor.contact
claudia.noack@med.uni-goettingen.de
dc.contributor.firstReferee
PD Dr. Martin W. Bergmann
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Markus Wahl
dc.date.accepted
2013-06-17
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000094569-4
dc.title.translated
Interaction of the transcription factor Krüppel-like factor 15 with the
Wnt/β-catenin signalling pathway in adult mouse hearts
en
refubium.affiliation
Biologie, Chemie, Pharmazie
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000094569
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000013620
dcterms.accessRights.dnb
free
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open access