Universität zu Köln

Molecular mechanism of Indian Hedgehog signalling in human sebocytes

Sequaris, Gilles Frédéric Brice (2010) Molecular mechanism of Indian Hedgehog signalling in human sebocytes. PhD thesis, Universität zu Köln.

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    Abstract

    The hedgehog signalling pathway plays a crucial role during regulation of hair cycle and homeostasis of mammalian skin. Furthermore, misregulation of this pathway is attributed to a range of skin diseases and cancers. In previous studies Indian hedgehog was identified to be the only Hedgehog ligand expressed in sebaceous glands. Moreover, modulation of hedgehog pathway activity was shown to affect size and number of sebaceous glands in the skin. Thereby, local inactivation of the canonical Wnt pathway seems to be prerequisite for correct sebaceous gland development. However, the underlying molecular mechanism has not been clarified, yet. Therefore, we hypothesise that Indian hedgehog signalling regulates proliferation and/or differentiation in human sebocytes. Thereby, activation of Hedgehog pathway and inactivation of canonical Wnt signalling might be cross-linked. To test this, we applied the human sebocyte cell line SZ95 as in vitro model by comparing three distinct sebocyte populations depending on their differentiation state: “undifferentiated”, “differentiating” and “terminally differentiated” after induction by arachidonic acid treatment. Terminally differentiated sebocytes displayed increased expression of IHH without endogenous pathway activation. In contrast, undifferentiated sebocyte displayed increased proliferation rate upon pathway activation by GLI1 and GLI2 expression. Additionally, our findings point to a role of the lipid metabolism in regulating these processes as shown by modulation of gene expression by addition of arachidonic acid. Importantly, overexpression of GLI1, GLI2 and GLI3 also revealed that each GLI transcription factors preferentially activates a distinct set of established and potentially new Hedgehog target genes in human sebocytes. Additionally, we identified a new mechanism of mutual regulation between Hedgehog and Wnt pathways on protein level in human sebocytes. More precisely, overexpression of GLI3 and GLI2 transcription factors resulted in accumulation of non-phosphorylated, active β-CATENIN, although Wnt pathway activity was not increased. Conversely, augmented levels of β-CATENIN in combination with GLI1 activator dramatically increased Gli reporter activity. In summary, we propose the following model where undifferentiated sebocytes are the target cells of Hedgehog signals originating from mature sebocytes and GLI repressors might block endogenous Wnt pathway by interference with β-CATENIN.

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    Der Hedgehog-Signalweg spielt eine entscheidende Rolle bei der Regulation des Haarzyklus und der Homöostase in der Haut von Säugetieren. Darüber hinaus sind Fehlregulationen dieses Signalweges mit einer Reihe von Hautkrankheiten und Hauttumoren assoziiert. In früheren Arbeiten wurde Indian Hedgehog als der einzige Hedgehog Ligand identifiziert, welcher in Talgdrüsen expremiert wird. Zudem wurde mittels Manipulation der Hedgehog-Signalweg-Aktivität gezeigt, dass Größe und Anzahl der Talgdrüsen in der Haut durch diesen reguliert werden. Dabei scheint die lokale Inaktivierung des kanonischen Wnt-Signalwegs eine Voraussetzung für eine korrekte Talgdrüsen-Entwicklung zu sein. Allerdings konnten die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen noch nicht geklärt werden. Daher stellen wir die Hypothese auf, dass der Indian Hedgehog-Signalweg Proliferation und/oder Differenzierung von humanen Sebozyten regelt. Dabei könnten die Aktivierung des Hedgehog-Signalwegs und die Inaktivierung des kanonischen Wnt-Signalwegs miteinander verknüpft sein. Um dies zu prüfen, verwendeten wir die humane Talgdrüsen-Zelllinie SZ95 als in vitro-Modell und verglichen dabei drei distinkte Sebozyten-Populationen in Abhängigkeit ihres Reifegrades: "undifferenziert", "differenzierende" und "ausdifferenziert" nach Induktion mittels Arachidonsäure-Behandlung. Ausdifferenzierte Sebozyten zeigten eine erhöhte Expression von IHH ohne endogene Signalwegsaktivierung. Im Gegensatz dazu zeigten undifferenzierte Sebozyten erhöhte Proliferationsrate und Hedgehog-Signalaktivität nach Überexpression von GLI1 und GLI2. Zusätzlich konnten wir Hinweise auf eine Rolle des Fettstoffwechsels bei der Regulation dieser Prozesse mittels Genexpressionsanalyse nach Zugabe von Arachidonsäure finden. Interessanterweise, führte GLI1-, GLI2- und GLI3-Überexpression jeweils zur spezifischen Aktivierung von etablierten und potenziell neuen Zielgenen in humanen Sebozyten. Zusätzlich identifizierten wir einen neuen Mechanismus der die gegenseitige Regulation zwischen den Hedgehog- und Wnt-Signalwegen auf Protein-Ebene in humanen Sebozyten ermöglicht. Dabei führte die Überexpression von GLI3 und Gli2 zur Akkumulation von nicht-phosphoryliertem, aktivem β-CATENIN, obwohl gleichzeitig die Wnt-Signalweg-Aktivität gesenkt wurde. Umgekehrt führte die Co-Expression von β-CATENIN mit dem Transkriptionsaktivator GLI1 zu einer drastischen Erhöhung der Gli Reporter Aktivität. Zusammenfassend, schlagen wir folgendes Modell vor, bei dem undifferenzierte Sebozyten die Zielzellen der Ihh-Signale darstellen, die aus reifen Sebozyten sezerniert werden. Dabei könnten GLI-Repressoren den endogenen Wnt-Signalweg mittels Interferenz mit β-CATENIN blockieren.German
    Creators:
    CreatorsEmail
    Sequaris, Gilles Frédéric Bricegilles.sequaris@gmx.de
    Corporate Contributors: ZMMK
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-47007
    Subjects: Natural sciences and mathematics
    Life sciences
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    Indian HedgehogEnglish
    WntEnglish
    b-cateninEnglish
    sebocytesEnglish
    SZ95English
    Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Language: English
    Date: 31 December 2010
    Date Type: Publication
    Date of oral exam: 11 November 2011
    Full Text Status: Public
    Date Deposited: 19 Jun 2012 13:20:27
    Referee
    NameAcademic Title
    Roth, SiegfriedProf. Dr.
    Noegel, Angelika A.Prof. Dr.
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/4700

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