Universität zu Köln

The Hormone Nuclear Receptor DHR96 and its role in Ageing

Afschar, Sonita (2015) The Hormone Nuclear Receptor DHR96 and its role in Ageing. PhD thesis, Max Planck Institute for Biology of Ageing .

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    Abstract

    Kernrezeptoren sind Transkriptionsfaktoren, die durch die Bindung eines Liganden aktiviert werden und unterschiedlichste biologische Funktionen ausüben. Dazu gehören Entwicklung, Energie Homöostase, Stoffwechselprozesse und Reproduktion. Der Kernrezeptor DHR96 ist ein wichtiger Regulator im Prozess der Verstoffwechselung von Fremdstoffen (xenobiotischer Stoffwechsel). Des Weiteren ist DHR96 an Cholesterin und Triacylglycerin Stoffwechselvorgängen beteiligt. Im Menschen sind der Steroid X Rezeptor (SXR), der Konstitutive Androstane Rezeptor (CAR), und der Vitamin D Rezeptor (VDR) eng verwandt mit DHR96. Die Funktionen zwischen CAR, SXR und DHR96 sind konserviert, da diese den xenobiotischen Stoffwechsel und die Energie Homöostase modulieren. In C. elegans sind DAF-12 und NHR-8 ortholog zu DHR96. Interessanterweise ist DAF-12 ein wichtiger Regulator im Alterungsprozess. Die Identifizierung des DAF-12 Liganden, den sogenannten Dafachronic Acid (DA), sowie EMS generierte daf-12 Mutanten haben einen bedeutenden Beitrag zu DAF-12 Langlebigkeitsstudien geleistet. In adulten Würmern sind liganden-insensitive daf-12 Mutante langlebig. Auch wenn Interaktionsstudien gezeigt haben, dass DHR96 an Cholesterin binden kann, ist ein natürlicher Ligand von DHR96 noch unbekannt. Daher wird dieser wie auch die meisten anderen Drosophila Kernrezeptoren als „Orphan“ klassifiziert. Interessanterweise ist dhr96 ein Ziel Gen des Transkriptionsfaktors dFOXO (Forkhead-Box-Proteine), welcher eine Schlüsselkomponente des Insulin/Insulin-ähnlichen Wachstum Faktor Signalweges (IIS) darstellt. Der IIS-Signalweg ist ein hochkonservierter Mechanismus, der durch die Ernährung moduliert wird. Eine reduzierte Signal Übertragung des IIS-Signalweges erhöht die Lebensspanne unterschiedlicher Spezies und verzögert zahlreiche Alterungsmerkmale. Die Insulin Signalfolge hemmt die transkriptionelle Aktivität des dFOXO Proteins, wohingegen ein reduzierter IIS-Signalweg die transkriptionelle dFOXO Regulation induziert. Eine reduzierte Insulinsignalübertragung wirkt sich ebenso auf Fortpflanzung, Stressresistenz, Wachstum und Stoffwechselprozesse aus. Bei Fliegen Mutanten mit reduzierten IIS sind die erhöhte Lebensspanne und eine verbesserte xenobiotische Verstoffwechselung Effekte welche die Aktivität des dFOXO Proteins erfordern. Dagegen sind Effekte in Körpergröße, Fruchtbarkeit und oxidative Stressresistenz nicht von dFOXO beeinflusst. Da viele langlebige Mutanten von einer verstärkten zellschützenden Fähigkeit begleitet werden, ist eine Hypothese, dass die verbesserte Leistung toxische Stoffe abzubauen zu einer verlängerter Lebensspanne führt. Tatsächlich weisen RNA Transkriptionsprofile von langlebigen IIS-reduzierten Fliegenmutanten eine Hochregulation von zahlreichen Genen auf, die im Entgiftungsprozess involviert sind. Eine alterierte Expression von Entgiftungsgenen wurde ebenso in Langlebigkeitsstudien von IIS genetisch veränderten Mäusen und Würmern nachgewiesen. Aufgrund der Funktion des DHR96 Proteins in xenobiotischen Vorgängen und der Funktion des DAF-12 Proteins in der Regulation der Lebensdauer, habe ich unter Verwendung von genetischen Studien die Rolle von DHR96 im Alterungsprozess untersucht. Des Weiteren, habe ich den Zusammenhang zwischen DHR96 und dem IIS signalweg durch epistatische Analysen geprüft. Meine Resultate zeigen, dass eine ubiquitäre Überexpression des Wildtyp dhr96 sowie einer liganden-insensitive dhr96 Form die Lebenspanne und Stressresistenz erhöht, die Reproduktion verringert, und sich auf die Immunität auswirkt. Außerdem konnte ich eine Rolle von DHR96 in xenobiotischen Reaktionen innerhalb des IIS Signalweges nachweisen, wohingegen die jeweiligen Effekte in der Lebensdauer keinen direkten Zusammenhang aufweisen. Um die Regulation des DHR96 Proteins besser zu verstehen, habe ich in Kooperation mit Dan Magner und Shruti Chreti versucht den DHR96 Liganden zu identifizieren. Trotz der positiven Kontrolle, dass das DHR96 Liganden Sensor System funktioniert, war uns die Identifizierung des natürlichen Liganden nicht gelungen.

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    Hormone Nuclear Receptors are transcription factors that can respond to ligands, and modulate diverse biological functions, including development, metabolism, energy homeostasis, and reproduction. The Hormone Nuclear Receptor (HNR) DHR96 is a key regulator of the xenobiotic response, and is involved in cholesterol and Triacylglycerol metabolism. In humans, the Steroid X Receptor (SXR), the Constitutive Androstane Receptor (CAR) and the Vitamin D Receptor (VDR) are closely related to DHR96, and CAR and SXR share conserved function with DHR96 by modulating xenobiotic response and energy homeostasis. In C. elegans, DAF-12 and NHR-8 are the DHR96 orthologs. Interestingly, DAF-12 is a key regulator of lifespan. The identification of the DAF-12 ligand, the dafachonic acids, and EMS generated daf-12 mutants made a great contribution to DAF-12 longevity studies. In adult worms ligand-insensitive daf-12 alleles are long-lived. Although DHR96 was shown to bind to cholesterol, the natural ligand for DHR96 is unknown, thus DHR96 is classified as an orphan nuclear receptor as is the case for most HNRs in Drosophila. Interestingly, dhr96 has been identified as a target gene of the transcription factor dFOXO (Forkhead bOX-containing protein, subfamily O), a key regulator in the insulin/insulin-like growth factor signalling (IIS) pathway. IIS signalling is a highly conserved, nutrient-responsive pathway, and reduced IIS signalling increases lifespan across species and retards many age-related phenotypes. Insulin signalling blocks dFOXO transcriptional activity by nuclear exclusion, whereas reduced IIS signalling induces dFOXO transcriptional regulation of target genes. Reduced insulin signalling also affects fecundity, stress response, growth and metabolism. In D. melanogaster, extension of lifespan and increased xenobiotic resistance in IIS-reduced mutants are dependent upon dFOXO activity, while body size, fecundity and oxidative stress resistance are not affected. As many long-lived mutants are accompanied by an increased cytoprotective response, we hypothesis that the improved ability to metabolize toxic compounds might lead to the dFOXO mediated lifespan extension. Indeed, RNA transcript profiles of long-lived IIS-reduced flies indicate that many genes involved in detoxification processes are up-regulated. Altered expression of detoxification genes has been also shown in long-lived IIS mouse and worm mutants. According to the DHR96 function in xenobiotic response and the DAF-12 function in longevity, I investigated the role of DHR96 in ageing by using genetic tools in Drosophila. In addition, I studied the relationship between DHR96 and IIS signalling by epistatic analysis. My results show that ubiquitous over-expression of wild type as well as ligand-insensitive dhr96, which carries the equivalent mutation as in ligand-insensitive daf-12 mutants, extended lifespan, increased stress resistance, and reduced fecundity. Moreover, I could dissect a role of DHR96 in the xenobiotic response downstream of the IIS pathways, while lifespan effects were independent between DHR96 and IIS signalling. I could also show that the innate immunity in long-lived dhr96-lbd over-expressing flies was suppressed. This topic is of major interest, as suppressive effects on immunity are linked to aging in Drosophila.English
    Creators:
    CreatorsEmail
    Afschar, Sonitasonita.afschar@gmx.de
    Corporate Creators: Max-Planck Institute for Biology of Ageing
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-64504
    Subjects: Natural sciences and mathematics
    Life sciences
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    Hormone Nuclear Receptor, DHR96, IIS pathway, dfoxo transcription factor, detoxification, stress resistance, longevityEnglish
    Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät > Institut für Genetik
    Language: English
    Date: September 2015
    Date Type: Publication
    Date of oral exam: 05 December 2014
    Full Text Status: Public
    Date Deposited: 10 Dec 2015 16:09:27
    Referee
    NameAcademic Title
    Partridge, LindaProf. Dr.
    Hoppe, ThorstenProf. Dr.
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/6450

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