Universität zu Köln

Brinkmann, Kerstin (2012). Ubiquitin C-terminal hydrolase-L1 (UCH-L1) stabilizes NOXA and impacts on cancer chemosusceptibility. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Resistance to apoptosis is a hallmark of tumour cells. It constitutes an important clinical problem since chemotherapy and irradiation act primarily by inducing apoptosis. Compounds inhibiting proteasomal activity are able to selectively induce tumour cell apoptosis and a growing body of evidence suggests the up-regulation of NOXA (a BH3-only protein) upon proteasome inhibition to be one of the essential events. However, the underlying molecular mechanisms giving rise to the selective NOXA up-regulation in tumour cells is poorly understood. The current work shows that in cells susceptible to proteasome inhibition NOXA protein was significantly less stable and continuously degraded by the Ubiquitin-Proteasome System (UPS). Amongst others, the degradation of substrates by the UPS is regulated by E3-ubiquitin ligases and deubiquitylating enzymes (DUBs). In the current work UCH-L1 was identified as a responsible DUB of NOXA, which was epigenetically silenced in tumour cells susceptible to proteasome inhibition. UCH-L1 binds and stabilizes NOXA by removing the Lys48-linked polyubiquitin chains that normally mark NOXA for proteasomal degradation. In line with these observations, increased UCH-L1 expression correlated with increased NOXA protein expression in human melanoma and colorectal cancer patient samples. As one of the genes responsive to genotoxic stress, NOXA has been considered as the BH3-only protein to be involved in the fine-tuning of apoptosis. Correspondingly, the current work demonstrates that UCH-L1 expression is important for DNA-damage induced apoptosis. Down-regulation of UCH-L1 results in decreased susceptibility to DNA damage-induced apoptosis accompanied by a decreased NOXA accumulation. Taken together, the current work identified UCH-L1 as an important component of the DNA damage response that impacts on the susceptibility of cancer cells toward chemotherapy by stabilizing NOXA.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Tumore zeichnen sich unter anderem durch eine Apoptoseresistenz aus, die ein gravierendes Problem in der Krebsbehandlung darstellt, da sowohl Chemotherapie als auch Bestrahlung primär über die Induktion der Apoptose wirken. Inhibitoren des humanen 26S Proteasoms sind beschrieben, selektiv in Tumorzellen Apotose zu induzieren. Essentiell für die Induktion der Apoptose nach Behandlung mit Proteasominhibitoren ist die Akkumulation des pro-apoptotischen "BH3-only"-Proteins NOXA, wobei der Mechanismus nicht vollständig aufgeklärt ist. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass die Fähigkeit von Proteasominhibitoren, Apoptose zu induzieren unter Tumourzellen von verschiedenen Individuen stark variiert. Außerdem wurde gezeigt, dass die Stabilität des essentiellen "BH3-only"-Proteins NOXA ebenfalls unter Tumourzellen von verschiedenen Individuen stark variiert. In Tumourzellen die nach Proteasominhibition Apoptose induzieren ist die Stabilität von NOXA stark verringert. Es wurde demonstriert, dass die verringerte Stabilität von NOXA die Folge einer verstärkten Ubiquitinierung und somit Degradation durch das Ubiquitin-Proteasome System (UPS) ist. Die Degradation von Proteinen durch das UPS wird unter anderem durch E3-Ubiquitin-Ligasen und deubiquitinierende Enzyme (DUB) reguliert. In der vorliegenden Arbeit wurde Ubiquitin-C-terminal hydrolase-L1 (UCH-L1) als spezifische DUB von NOXA identifiziert. In Tumourzellen, die eine verringerte Stabilität von NOXA aufweisen wurde UCH-L1 nicht exprimiert. Als direkter Interaktionspartner von NOXA war UCH-L1 in der Lage, NOXA zu deubiquitinieren und somit zu stabilisieren. In Übereinstimmung mit biochemischen und zellbiologischen Ergebnissen zeigten Expressionsanalysen von NOXA und UCH-L1 in Geweben von 81 Melanom- und 26 Coloncarcinompatienten ebenfalls eine Korrelation der Expression. Gewebe in den denen UCH-L1 exprimiert war, wiesen eine erhöhte Expression von NOXA auf. NOXA ist ursprünglich als ein Protein beschrieben, das für die zelluläre Antwort zu genotoxischem Stress wichtig ist, indem es an der Feinabstimmung der mitochondrialen Membranpermeabilisierung (MOMP) beteiligt ist. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass auch UCH-L1 für den Ablauf von Apoptose nach DNS-Schädigung wichtig ist, indem es die Stabilität von NOXA kontrolliert.. Herunterregulation der UCH-L1 Expression in UCH-L1-exprimierenden Tumorzellen verringerte deren Fähigkeit nach Schädigung der DNS Apoptose zu induzieren. Dies war die Folge einer verringerten Fähigkeit NOXA zu akkumulieren. Zusammenfassend wurde in dieser Arbeit UCH-L1 als spezifische DUB von NOXA identifiziert. Durch die Fähigkeit NOXA zu stabilisieren spielt UCH-L1 in der zellulären Antwort auf DNS-Schädigung eine entscheidende Rolle und beeinflusst die Sensitivität von Tumorzellen gegenüber Chemotherapie. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Brinkmann, Kerstin kerstin.brinkmann@gmx.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-48326
Date:	15 March 2012
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Biology > Institute for Genetics
Subjects:	Natural sciences and mathematics
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Cancer; Chemotherapy; Ubiquitin; Apoptosis English
Date of oral exam:	14 May 2012
Referee:	Name Academic Title Langer, Thomas Prof. Dr. Hoppe, Thorsten Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/4832