Der Hypoxie-Induzierbare Faktor HIF-1α spielt eine Rolle bei der Zystenproliferation in vitro

The Hypoxia-Inducible Factor HIF-1α plays a role in cyst-proliferation in vitro

  • Hintergrund und Ziele: Der Hypoxie-Induzierbare Transkriptionsfaktor HIF-1α ist ein wichtiger Regulator im Rahmen zellulärer Hypoxie, der zur Aktivierung einer Vielzahl von Zielgenen führt, die eine Adaptation der Zelle an Sauerstoffmangel bewirkt. Einige dieser Zielgene sind proliferationsfördernd (PDGF, VEGF) oder beeinflussen den Zell-metabolismus (GLUT-1, PDK-1). Die autosomal dominante polyzystische Nierenerkrankung (ADPKD) ist eine Erbkrankheit, die insbesondere zur Bildung zahlreicher größenprogredienter Nierenzysten führt. Interessanterweise ist HIF-1α in hohem Maße im Zystenepithel von ADPKD Patienten nachweisbar. Wir postulieren daher, dass HIF-1α die Proliferation des ZystenepitheHintergrund und Ziele: Der Hypoxie-Induzierbare Transkriptionsfaktor HIF-1α ist ein wichtiger Regulator im Rahmen zellulärer Hypoxie, der zur Aktivierung einer Vielzahl von Zielgenen führt, die eine Adaptation der Zelle an Sauerstoffmangel bewirkt. Einige dieser Zielgene sind proliferationsfördernd (PDGF, VEGF) oder beeinflussen den Zell-metabolismus (GLUT-1, PDK-1). Die autosomal dominante polyzystische Nierenerkrankung (ADPKD) ist eine Erbkrankheit, die insbesondere zur Bildung zahlreicher größenprogredienter Nierenzysten führt. Interessanterweise ist HIF-1α in hohem Maße im Zystenepithel von ADPKD Patienten nachweisbar. Wir postulieren daher, dass HIF-1α die Proliferation des Zystenepithels begünstigen könnte. Methoden: Zur Untersuchung des Zystenwachstums etablierten wir ein in vitro-Zystenmodell mit MDCK-Zellen und untersuchten, ob HIF-1α in diesem Modell auf Proteinebene nachweisbar ist. Zudem überprüften wir, ob Hypoxie oder pharmakologische „Hypoxie-Mimetika“ wie Diethylfumarat (DEF), Oxalylglycin (OG) und Dimethyloxalylglycin (DMOG) zu einer vermehrten Expression von HIF-1α sowie seines Zielgens Glukosetransporter-1 (GLUT-1) im Zystenmodell führen. Des Weiteren untersuchten wir, ob die vermehrte Expression von HIF-1α Auswirkungen auf das Zystenwachstum und die Zystzellproliferation hat. Außerdem wurden die Effekte des Heat-Shock-Protein-90-Inhibitors 17-Allyl-Amino-Demethoxygeldanamycin (17AAG) und des Topoisomerase-I-Inhibitors Topotecan auf die Expression von HIF-1α, sowie in Korrelation hierzu auf die Zystengröße untersucht. Ergebnisse: HIF-1α ist im in vitro-Zystenmodell unter Kontrollbedingungen auf Proteinebene nachweisbar. Alle 3 Hypoxie-Mimetika sowie Hypoxie selbst führten zu einer vermehrten Expression von HIF-1α sowie des Zielgens GLUT-1. Eine verstärkte Stabilisierung von HIF-1α durch Hypoxie-Mimetika führte zu einer signifikanten Größenzunahme der Zysten. Ursächlich zeigte sich eine gesteigerte Proliferation des Zystenepithels durch Hypoxie-Mimetika. Darüber hinaus war die Glukose-Aufnahme gesteigert, was auf die erhöhte Expression von GLUT-1 zurückzuführen sein könnte. Topotecan sowie 17AAG führten, wie bereits in anderen Modellen beschrieben, zu einer Inhibition von HIF-1α. Topotecan und 17AAG führten darüber hinaus zu einer signifikanten Reduktion des Zystenwachstums. Schlussfolgerungen: Wir konnten zeigen, dass HIF-1α durch Aktivierung seiner Zielgene an der Proliferation des Zystenepithels im MDCK-Zystenmodell beteiligt ist. HIF-1α stellt somit ein potentielles, bislang unbekanntes Ziel pharmakologischer Interventionen zur Verminderung der Zystennierenprogression dar.show moreshow less
  • Introduction: HIF-1α is an important transcription factor and regulator in the context of cellular hypoxia, activating a variety of target genes. These target genes may on the one hand be pro-proliferative (PDGF, VEGF) or on the other hand may affect cell metabolism (GLUT-1, PDK-1). Autosomal dominant polycystic kidney disease (ADPKD) is a hereditary disease comprising bilateral renal cyst growth due to augmented cyst cell proliferation. Interestingly, HIF-1α is highly expressed in the cyst-lining epithelium. Therefore, we postulate that HIF-1α may promote cyst cell proliferation in ADPKD. Methods: To examine cyst growth we established an in vitro cyst model with Madin-Darby Canine Kidney (MIntroduction: HIF-1α is an important transcription factor and regulator in the context of cellular hypoxia, activating a variety of target genes. These target genes may on the one hand be pro-proliferative (PDGF, VEGF) or on the other hand may affect cell metabolism (GLUT-1, PDK-1). Autosomal dominant polycystic kidney disease (ADPKD) is a hereditary disease comprising bilateral renal cyst growth due to augmented cyst cell proliferation. Interestingly, HIF-1α is highly expressed in the cyst-lining epithelium. Therefore, we postulate that HIF-1α may promote cyst cell proliferation in ADPKD. Methods: To examine cyst growth we established an in vitro cyst model with Madin-Darby Canine Kidney (MDCK) cells that form cysts spontaneously in collagen 1. We examined whether HIF-1α and its target gene glucose transporter 1 (GLUT-1) were detectable at the protein level in this model. We further investigated if stabilization of HIF-1α by hypoxia or hypoxia-mimetics like diethylfumarate (DEF), oxalylglycine (OG), or dimethyloxalylglycine (DMOG) had an impact on cyst growth. In addition, we tested if inhibition of the heat shock protein 90 (HSP-90) with 17-allyl-amino-demethoxygeldanamycine (17-AAG), or the use of Topotecan, an inhibitor of topoisomerase-I, could affect HIF-1α protein levels and therefore may influence in vitro cyst growth. Results: HIF-1α can be detected in MDCK cysts under control condition. The three hypoxia-mimetics as well as hypoxia led to increased expression of HIF-1α and its target gene GLUT-1. Increased levels of HIF-1α were accompanied by increased in vitro cyst growth, which was mainly driven by increased cyst cell proliferation. Furthermore, MDCK cysts showed increased glucose uptake in the presence of hypoxia-mimetics, which could have originated from an increased expression of GLUT-1. Topotecan as well as 17AAG inhibited HIF-1α, which resulted in reduced MDCK cyst growth. Summary: We could show that HIF-1α via activation of its target genes may promote in vitro cyst growth. Therefore, HIF-1α may represent a new target for pharmacological intervention studies in ADPKD.show moreshow less

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Metadaten
Author:Max Höngesberg
URN:urn:nbn:de:bvb:29-opus-36045
Advisor:Kai-Uwe Eckardt
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2012/11/14
Publishing Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Granting Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Medizinische Fakultät
Date of final exam:2012/10/12
Release Date:2012/11/14
Tag:ADPKD; HIF; MDCK; Zellmodell; Zyste
ADPKD; Cyst; HIF; MDCK; Proliferation
SWD-Keyword:Hypoxie; In vitro; Proliferation; Zystenniere
Institutes:Medizinische Fakultät / Medizinische Fakultät -ohne weitere Spezifikation-
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 61 Medizin und Gesundheit / 610 Medizin und Gesundheit

$Rev: 13581 $