Expression kinetics of viral oncogenes, miRNAs and their targets during papilloma development in human papillomavirus 8 transgenic mice

Hufbauer, Martin (2010). Expression kinetics of viral oncogenes, miRNAs and their targets during papilloma development in human papillomavirus 8 transgenic mice. PhD thesis, Universität zu Köln. Open Access

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Abstract

An active role of cutaneous human papillomaviruses (HPV) in the pathogenesis of non-melanoma skin cancer (NMSC) in the general population is currently discussed. At least in immunosuppressed and epidermodysplasia verruciformis patients, an association between cutaneous HPV and NMSC is accepted. An oncogenic potential of the cutaneous HPV type 8 could be demonstrated in a transgenic mouse model, expressing all early genes of HPV8 (HPV8-CER), which shows spontaneous papilloma development, predominantly on scratched skin areas. A single UVA/B dose induces papillomatosis within three weeks in these mice, while the skin of FVB/N wild type mice heals completely within this time. In order to clarify the role of skin wounding and its influence on HPV gene expression in the early stages of tumor development in this mouse model, the kinetics and levels of transgene expression were analyzed in response to exogenous skin irritations induced by UVA/B-irradiation or mechanical wounding. Already on day one after irradiation enhanced HPV8 mRNA and protein levels were determined in the skin of HPV8-CER mice, which were preserved during the whole observation period of 30 days. Analogously in HPV8-E2 and -E6 mice papilloma development was also paralleled by enhanced transgene expression. Mechanically irritated skin also showed an enhanced HPV8 oncogene expression in HPV8-CER mice two days after irritation, which could be knocked down by tattooing HPV8-E6-specific small interfering RNA leading to a delay and a lower incidence of papilloma development. This substantiates the hypothesis that the early HPV8 gene expression after wounding is crucial for papillomatosis in mice. The expression kinetics of selected cellular microRNAs (miRNAs) and their targets were determined after induction of papillomatosis to check for a correlation with HPV8 oncogene expression. Several miRNAs (miRNA-17-5p, -21, -106a, -155, -206) and their targets (PTEN, PDCD4, Rb, KGF, MET) showed expression alterations often found to be associated with carcinogenesis. The alterations occurred in parallel to the increase of HPV8 oncogene expression, which raises the assumption that HPV8 can directly or indirectly induce these alterations.

Item Type:

Thesis (PhD thesis)

Translated title:

Title	Language
Expressionskinetik viraler Onkogene, miRNAs und deren Zielgene während der Papillomentwicklung in human papillomavirus 8 transgenen Mäusen	German
Expression kinetics of viral oncogenes, miRNAs and their targets during papilloma development in human papillomavirus 8 transgenic mice	English

Translated abstract:

Abstract

Language

Eine aktive Rolle von kutanen humanen Papillomviren (HPV) bei der Pathogenese von nicht-melanozytärem Hautkrebs (NMHK) wird zurzeit diskutiert. Eine Verbindung zwischen kutanen HPV und NMHK ist zumindest für immunsupprimierte und Epidermodysplasia verruciformis Patienten akzeptiert. Für den kutanen HPV Typ 8 konnte ein onkogenes Potential in einem transgenen Mausmodell gezeigt werden, welches alle frühen Gene von HPV8 exprimiert (HPV8-GFR). Diese Tiere entwickeln spontan Papillome, überwiegend auf zerkratzten Hautarealen. Eine einzige Bestrahlung mit UVA/B induziert in diesen Mäusen eine Papillomatose innerhalb von drei Wochen, während die Haut von FVB/N Wildtyp Mäusen in dieser Zeit vollständig verheilt. Um die Rolle der Hautverletzung und ihren Einfluss auf die HPV Genexpression in den frühen Stadien der Tumorentwicklung in diesem Mausmodell zu klären, wurden die Kinetik und Höhe der Transgenexpression analysiert als Antwort auf exogene Hautreizungen, verursacht durch UVA/B-Bestrahlung oder mechanische Verwundung. Bereits einen Tag nach Bestrahlung wurden erhöhte HPV8 mRNA und Protein Spiegel in der Haut von HPV8-GFR Mäusen ermittelt, die während der gesamten Beobachtungsdauer von 30 Tagen erhalten blieben. Analog dazu war die Papillomentwicklung in HPV8-E2 und HPV8-E6 Mäusen ebenfalls begleitet von einer erhöhten Transgenexpression. Mechanisch gereizte Haut zeigte ebenfalls eine erhöhte HPV8 Onkogenexpression in HPV8-GFR Mäusen zwei Tage nach der Reizung. Diese Expression konnte durch tätowieren einer HPV8-E6-spezifischen small interfering RNA unterdrückt werden, was die Papillomentwicklung verzögerte und reduzierte. Dies untermauert die Hypothese, dass die frühe HPV8 Genexpression nach der Verwundung entscheidend für die Papillomatose in Mäusen ist. Die Expressionskinetiken von ausgewählten microRNAs (miRNAs) und deren Zielgenen wurden nach Induktion der Papillomatose ermittelt, um zu prüfen, ob sie mit der HPV8 Onkogenexpression korrelieren. Mehrere miRNAs (miRNA-17-5p, -21,-106a, -155, -206) und deren Zielgene (PTEN, PDCD4, Rb, KGF, MET) zeigten Expressionsveränderungen die bekanntermaßen mit Karzinogenese assoziiert sind. Die Veränderungen wurden von einem Anstieg der HPV8 Onkogenexpression begleitet, was die Vermutung aufkommen lässt, dass HPV8 diese Veränderungen direkt oder indirekt induzieren kann.

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