Signálová transdukce cytokinu Growth/Differentiation Factor -15

Bc. Eva Slavíčková

Master's thesis

Signal transduction of Growth/Differentiation Factor -15

Abstract:

Růstový diferenciační faktor-15 (GDF-15) je divergentním členem rodiny cytokinů transformujícího růstového faktoru-β (TGF-β), byl objeven před 15 lety. GDF-15 je vysoce exprimován v epiteliálních buňkách prostaty a v buňkách lidské placenty, přičemž jeho exprese při kardiovaskulárních onemocněních nebo v nádorově transformované tkáni ještě více narůstá. To naznačuje, že by mohl mít potenciální roli při vzniku a vývoji nádoru. GDF-15 zastává mnoho rozlišných funkcí a je všeobecně považován za součást buněčné antitumorigenní obrany. Exprese GDF-15 je v celé řadě tkání vyvolána působením chemopreventivních látek jakou jsou nesteroidní antiflogistika (NSAIDs) a 1α, 25-dihydroxyvitamin D3 (aktivní forma vitaminu D3). Obě látky významně ovlivňují proliferaci nádorových buněk a mohou vyvolávat zástavu v buněčném cyklu, případně apoptózu. Charakter společného působení těchto dvou látek ve smyslu aditivního efektu na regulaci cytokinetiky nádorových buněk dosud nebyl do detailu objasněn, i když interakce mezi efekty NSAIDs a vitaminem D3 pravděpodobně existuje. Na rozdíl od ostatních členů rodiny TGF-β nebyl u GDF-15 objasněn přenos jeho signálu do jádra buňky. Dosud nebyl odhalen receptor, kterým by byly účinky GDF-15 přenášeny do buňky. Předpokládá se, že GDF-15 realizuje přenos svého signálu do buňky aktivací některé ze signálních drah rodiny TGF-β. Na nádorové buněčné linii LNCaP bylo prokázáno společné působení nesteroidního antiflogistika indometacinu a aktivního vitamínu D3. Při společném působení obou látek na buňky LNCaP docházelo k posílení inhibice proliferace těchto buněk a vyšší indukci exprese cytokinu GDF-15 než při působení každé látky samostatně. Zároveň bylo zjištěno, že transkripční faktor VDR (receptor pro vitamín D), který je důležitý pro aktivitu 1α, 25-dihydroxyvitaminu D3, nasedá na promotor genu gdf-15 už v kontrolních neovlivněných buňkách LNCaP. To by mohl být jeden z mechanismů, jak u nádorových prostatických buněk dochází během nádorové transformace ke zvyšování hladiny GDF-15. GDF-15 způsobuje v rakovinných buňkách LAPC-4 nárůst aktivace fosforylovaného receptorového Smad2 proteinu. Pozorovaná fosforylace Smad2 vzrůstala s koncentrací i dobou působení GDF-15. GDF-15 v buňkách LAPC-4 aktivuje Smad závislou kanonickou dráhu typickou pro členy podrodiny TGF-β, i když je v rodině TGF-β řazen do podrodiny BMP. Předkládaná diplomová práce naznačuje nové mechanismy spolupráce účinků nesteroidních antiflogistik a 1α,25-dihydroxyvitaminu D3, přispívá svým dílem do celkového poznání o funkci a signalizaci cytokinu GDF-15 a otevírá zcela nový prostor pro další studie.

Abstract:

Growth/differentiation factor-15 (GDF-15) is a divergent member of the transforming growth factor-β (TGF-β) family, it was discovered 15 years ago. Normally, GDF-15 is highly expressed in prostate epithelial cells and in human placenta and its high expression is often associated with cardiovascular dysfunction or cancer progression. These findings suggest a possible significance of GDF-15 in cancerogenesis. GDF-15 holds many diverse functions and is generally considered to be part of the cell's antitumorigenic defense. Chemopreventive drugs such a non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) and 1α, 25-dihydroxyvitamin D3 (active form of vitamin D3) can induce expression of GDF-15 in variety of tissues. Both drugs significantly affect proliferation rate of cancer cells and induce arrest in cell cycle progression or apoptosis. Nature of combined action of these two drugs in case of aditive effect on regulation of cytokinetics of cancer cells has not been analyzed in detail yet, but interaction between effects of NSAIDs and active form of vitamin D3 probably exists. Unlike other members of TGF-β family there was no evidence of signal transduction of this cytokine. There is still confusion about type of receptor which GDF-15 binds to transfer its signal into the cell nucleus. It is assumed that GDF-15 realizes its signal transduction by activating one of the signaling pathways of TGF-β family. Experiments with cancer cell line LNCaP proved a combined action of non-steroidal anti-inflammatory drug indomethacin and active form of vitamin D3. Combined treatment of LNCaP cells with these two drugs led to enhancement of proliferation inhibition of these cells and higher induction of GDF-15 expression. Transcriptional factor VDR (receptor for vitamin D), which is essential for activity of 1α, 25-dihydroxyvitamin D3, binds to the promoter of gdf-15 gene in control untreated LNCaP cells. This could be one of the mechanisms how the level of GDF-15 is enhanced in cancer cells during cancer transformation and progression. Treatment of LAPC-4 cancer cell line with GDF-15 induce enhancement of activation of phosphorylated form of receptor-activated Smad2 protein. Observed phosphorylation of Smad2 was enhanced in time and concentration manner. GDF-15 could activate Smad dependent canonical pathway, which is typical for members of TGF-β subfamily, even though GDF-15 is structurally classified into the BMP subfamily. This diploma thesis suggests new mechanisms of combined chemopreventive actions of NSAIDs and 1α,25-dihydroxyvitamin D3, contributes to general knowledge about function and signalization of GDF-15 cytokine and opens new space for subsequent studies.

Keywords

TGF-β, GDF-15, nesteroidní antiflogistika, non-steroidal anti-inflammatory drugs, indomethacin, 1α, 25-dihydroxyvitamin D3, rakovina prostaty, prostate cancer, LNCaP, LAPC-4, signálová transdukce, signal transduction, Smad závislá signální dráha rodiny TGF-β, Smad dependent pathway of TGF-β family, Smad2

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 11. 1. 2012

Thesis defence

• Date of defence: 8. 2. 2012
• Supervisor: Mgr. Karel Souček, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Biology / Molecular Biology and Genetics