The role of RIPK1 signaling in liver injury and cancer - Kölner UniversitätsPublikationsServer

Van, Trieu My (2017). The role of RIPK1 signaling in liver injury and cancer. PhD thesis, Universität zu Köln. Open Access

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Abstract

The serine/threonine kinase receptor-interacting protein kinase (RIPK) 1 with pro-death kinase-dependent and pro-survival kinase-independent functions has emerged as an important regulator of cell death, survival and inflammation downstream of death receptors (DR) and Toll-like receptors (TLR), including tumor necrosis factor receptor (TNFR) 1 and TLR4 respectively. The functions of RIPK1 in regulating liver homeostasis, inflammation and cell death are poorly understood and remain to be elucidated. In this study we aimed to investigate the biological significance of the kinase-dependent and -independent functions of RIPK1 specifically in maintaining liver homeostasis and in the regulation of acute liver injury and carcinogenesis using well-established murine models. Accordingly, mice lacking RIPK1 or its kinase activity specifically in liver-parenchymal cells (LPC) were generated using the Cre/LoxP system. LPC-specific RIPK1 deficiency did not affect normal liver development and homeostasis but sensitized RIPK1-deficient hepatocytes to spontaneous apoptotic death in vitro. In vivo, RIPK1LPC-KO mice were highly sensitive to lipopolysaccharide (LPS)-induced injury showing massive hepatocyte apoptosis that resulted in early death of mice. LPC-specific TNFR1, Fas-Associated via Death Domain (FADD) or TNFRSF1A-Associated via Death Domain (TRADD) ablation prevented LPS-induced liver injury in RIPK1LPC-KO mice, identifying TNFR1-TRADD-FADD-induced hepatocyte apoptosis as the cause of liver damage. Inactivation of RIPK1 kinase activity (D138N) did not phenocopy the high sensitivity of RIPK1LPC-KO mice to LPS-induced liver injury suggesting a RIPK1 scaffolding function in preventing LPS-induced toxicity. However, inactivation of RIPK1 kinase activity partially prevented TNFR1-induced cell death caused by LPS/D-Galactosamine (D-GalN) suggesting a RIPK1 kinase-dependent function in mediating LPS/D-GalN-induced death. LPC-specific RIPK1 knockout but not loss of its kinase activity reduced Diethylnitrosamine (DEN)-induced liver carcinogenesis in mice suggesting a kinase-independent function of RIPK1 in promoting liver tumorigenesis. Moreover, LPC-specific RIPK1 deficiency also reduced liver tumor formation in a model of dietary obesity-driven DEN-induced hepatocarcinogenesis. Reduced liver tumor development correlated with increased early DEN-induced Caspase-8-mediated hepatocyte apoptosis and reduced γH2AX levels in the liver of RIPK1LPC-KO mice. LPC-specific TNFR1 deficiency prevented increased early hepatocyte apoptosis and restored liver tumor development in DEN-injected RIPK1LPC-KO TNFR1LPC-KO mice. Taken together, the results presented in this work reveal a novel, important kinase-independent scaffolding function of RIPK1 in the regulation of liver cell survival, acute liver damage and liver cancer development.

Item Type:

Thesis (PhD thesis)

Translated abstract:

Abstract

Language

Die Serin/Threonin Rezeptor-interagierende Protein Kinase (RIPK)1 ist ein zentrales Protein, welches den Ausgang von TNF Rezeptor 1 (TNFR1)- und Toll-ähnlicher Rezeptor (TLR)-vermittelten Signalen durch Kinase-abhängigen und Kinase-unabhängigen Funktionen determiniert. Bis heute ist es unklar, in wie fern RIPK1 in der Regulierung von Leberfunktionen agiert. Deshalb wurde ein konditionales RIPK1-Allel erzeugt, welches die Cre-Recombinase vermittelte Deletion von RIPK1 in Leber-parenchymalen Zellen (LPZ) ermöglicht. Zusätzlich wurden RIPK1-Mutanten verwendet, welche, aufgrund eines Aminosäureaustausches an der Position 138 von Asparaginsäure zu Asparagin, eine mutierte Form von RIPK1 exprimieren (RIPK1D138N) und deshalb keine Kinaseaktivität besitzen. Mit Hilfe dieser Mutanten sollten die Kinase-abhängigen und Kinase-unabhängigen Funktionen von RIPK1 in der Regulierung bzw. Induzierung von Leberschäden und in der Initiierung von Leberkrebs untersucht werden. Die LPZ-spezifische Deletion von RIPK1 beeinflusste weder die Leberentwicklung noch die Leber Homöostase unter normalen Konditionen, sensibilisierte RIPK1-defiziente Hepatozyten jedoch zu spontaner Apoptose in vitro. RIPK1LPZ-KO Mäuse zeigten eine erhöhte Sensitivität gegenüber einer Lipopolysaccharid (LPS)-Injektion aufgrund von erhöhter Apoptose von Hepatozyten. Die LPZ-spezifische Deletion von TNFR1, Fas-assoziiert via Death Domain (FADD) oder TNFRSF1A-assoziiert via Death Domain (TRADD) schützte RIPK1-defiziente Hepatozyten vor Zelltod, wodurch die hohe Sensitivität von RIPK1LPZ-KO Mäusen nach einer LPS-Injektion vermindert werden konnte. Die Inaktivierung der Kinase Aktivität von RIPK1 schützte Mäuse vor LPS/D-Galactosamin (D-GalN) induzierten Leberschäden. Die LPZ-spezifische Deletion von RIPK1, aber nicht die Inaktivierung der Kinase Aktivität in Mäusen reduzierte Diethylnitrosamin (DEN)-induzierten Leberkrebs, was auf eine Kinase-unabhängige Funktion von RIPK1 in der Initiierung von Leberkrebs hindeutet. Darüber hinaus reduzierte die LPZ-spezifische Deletion von RIPK1 zum Teil DEN-induzierte Tumorentstehung in einem Mausmodel mit induzierter Adipositas. Eine reduzierte Entstehung von DEN-induziertem Leberkrebs korrelierte mit einer erhöhten Anzahl von frühzeitiger Caspase-8-vermittelter Apoptose und reduzierten DNS Schäden in RIPK1LPZ-KO Mäusen. Die Inhibierung des frühzeitigen Zelltodes durch die zusätzliche LPZ-spezifische Deletion von TNFR1 stellte die volle Entstehung von DEN-induziertem Leberkrebs in RIPK1LPZ-KO Mäusen wieder her. Zusammenfassend kann geschlussfolgert werden, dass die Resultate dieser Arbeit eine neue, wichtige Kinase-unabhängige Funktion von RIPK1 für die Expression von Überlebenssignalen enthüllen wodurch das Überleben von Hepatozyten beeinflusst wird. Durch diese Funktion reduziert RIPK1 durch LPS Injektion induzierte akute Leberschäden und verhindert somit Leberversagen. Wohingegen RIPK1 durch seine Überlebensfunktion erhöhten Zelltod nach DEN Injektion blockiert und dadurch zu erhöhter Tumorentstehung nach einer DEN Injektion führt.

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