velikost textu

L1CAM and its role in cellular senescence

Upozornění: Informace získané z popisných dat či souborů uložených v Repozitáři závěrečných prací nemohou být použity k výdělečným účelům nebo vydávány za studijní, vědeckou nebo jinou tvůrčí činnost jiné osoby než autora.
Název:
L1CAM and its role in cellular senescence
Název v češtině:
L1CAM a jeho role v buněčném stárnutí
Typ:
Disertační práce
Autor:
Mgr. Blanka Mrázková, Ph.D.
Školitel:
MUDr. Zdeněk Hodný, CSc.
Oponenti:
RNDr. Marie Hubálek Kalbáčová, Ph.D.
Mgr. Jakub Rohlena
Id práce:
129272
Fakulta:
Přírodovědecká fakulta (PřF)
Pracoviště:
Katedra genetiky a mikrobiologie (31-140)
Program studia:
Molekulární a buněčná biologie, genetika a virologie (P1519)
Obor studia:
-
Přidělovaný titul:
Ph.D.
Datum obhajoby:
14. 3. 2019
Výsledek obhajoby:
Prospěl/a
Jazyk práce:
Angličtina
Abstrakt:
ABSTRAKT Senescence, původně definovaná jako nevratná zástava buněčného cyklu, hraje úlohu dvousečné zbraně. Kromě toho, že je považována za bariéru bránící vzniku rakoviny, pozitivně přispívá k procesům, jako je hojení ran a regenerace tkání. Na druhé straně v případě, že senescentní buňky zůstávají v organismu delší dobu, většinou pokud nejsou eliminovány imunitním systémem, se podílejí na nemocech souvisejících se stárnutím a na stárnutí samotném. Senescentní buňky se také objevují jako nežádoucí výsledek radioterapie a chemoterapie, přičemž pokud nejsou takové buňky eliminovány, mají i v tomto případě škodlivý účinek. Poslední dobou se stále častěji objevují důkazy o tom, že senescetní buňky jsou schopny překonat antiproliferační bariéru, vstoupit zpět do buněčného cyklu a stát se maligními (často po nádorové terapii), což se zdá být v rozporu s jejich původní definicí. Ve snaze zlepšit kvalitu zdraví a života a minimalizovat vznik nádorového bujení v důsledku léčby se senescentní buňky staly jedním z nejzajímavějších objektů cílené terapie. To otevírá prostor pro vývoj efektivních nástrojů, jmenovitě léků specificky zabíjejících nebo minimalizujících škodlivé účinky senescentních buněk (senolytika). Tato senolytika jsou zaměřena na odstranění senescentních buněk ve snaze omladit organismus, zlepšit kvalitu života a předejít či potlačit rozvoj nemocí souvisejících se stárnutím. Jednou ze současných překážek vývoje cílené terapie senescence je nedostatek specifických markerů pro jednoznačnou identifikaci senescentních buněk. V této práci bylo naším cílem nalézt specifický povrchový marker senescentních buněk, který by byl použitelný pro jejich zacílení. Pomocí hmotnostní spektrometrie jsme porovnali povrchový proteom replikativně senescentních a proliferujících lidských fibroblastů. Z více než 150 proteinů se změněnou expresí jsme pro další charakterizaci vybrali protein L1CAM a to z několika důvodů. Zaprvé, za běžných fyziologických podmínek je jeho exprese omezena na nervové buňky, ledviny (v distálních tubulech) a tlusté střevo (v periferních gangliích). Dalším důležitým důvodem bylo, že zvýšená exprese L1CAM byla zjištěna u mnoha typů nádorů (např. glioblastomů, karcinomů vaječníků a endometria, adenokarcinomů pankreatu, melanomů, atd.). U některých, například karcinomu děložního čípku, je L1CAM využíván jako jeden z markerů onemocnění. Navíc přítomnost L1CAM je často spojována se špatnou prognózou nádorového onemocnění. Ukázali jsme, že zvýšená exprese L1CAM u senescentních buněk je závislá na buněčném typu a stimulu indukujícím senescenci. Dále jsme popsali negativní zpětnou vazbu mezi signálními drahami Erk/MAPK a L1CAM a dokázali, že exprese proteinu L1CAM je spojena s aktivitou inhibitorů cyklin-dependentních kináz p16INK4a a p21CIP/WAF1. Též jsme ukázali, že buňky se zvýšenou povrchovou expresí L1CAM migrovaly rychleji a vykazovaly vyšší adhezi v porovnání s buňkami s jeho nízkou povrchovou expresí. Dále jsme zjistili, že L1CAM je zapojený ve změněném metabolismu senescentních buněk, ukázali jsme reciproční souvislost mezi hladinou L1CAM a ATP/ADP translokátoru SCL25A5/ANT2, přičemž jejich regulace je spojena se signálními drahami Erk/MAPK a TGFβ/SMAD. L1CAM jako nový marker buněčné senescence může být potenciálně využit pro cílení senescentních buněk v rámci senolytické terapie. Ukázali jsme, že fototermální terapie zlatými nanočásticemi (nanotyčkami) může najít uplatnění v eliminaci senescentních buněk, protože nanotyčky jsou zvýšeně pohlcovány senescentními buňkami a samy o sobě nejsou pro buňky a tkáně toxické jak in vitro tak in vivo. Navzdory ireverzibilní zástavě buněčného cyklu, senescentní buňky produkují různé cytokiny, chemokiny, proteázy a růstové faktory, kolektivně nazývané senescentní sekretom (“senescence-associated secretory phenotype,” SASP), který ovlivňuje okolní prostředí. Tato parakrinná prozánětlivá signalizace vysvětluje, jak relativně malý počet senescentních buněk může vést k systémovým selháním, neboť produkce SASP přispívá k chronickým zánětům, ke ztrátě funkcí tkaniva a jeho regeneraci. Pro lepší porozumění senescentnímu fenotypu jsme identifikovali IL6 a GROα jako faktory zodpovědné za škodlivé parakrinní účinky na sousední buňky v závislosti na buněčném typu a stimulu indukujícím senescenci. Lze shrnout, že jsme identifikovali nový marker senescentních buněk a navrhli jeho cílení pomocí zlatých nanočástic. Navíc jsme ukázali, že cytokiny IL6 a GROα jsou zodpovědné za škodlivé parakrinní účinky senescentních buněk a mohou být také použity na cílenou terapii. Klíčová slova: buněčná senescence, senolytika, protein L1CAM, senescentní sekretom, sekundární senescence, cílení, zlaté nanočástice
Abstract v angličtině:
ABSTRACT Cellular senescence, originally defined as irreversible cell cycle arrest, was shown to act in organism as a double-edged sword. On the one hand, cellular senescence is considered an anti-cancer barrier and it beneficially contributes to processes such as wound healing and tissue regeneration. On the other hand, its longer persistence in the organism, usually when not eliminated by the immune system in elder age, cellular senescence contributes to age-related diseases and ageing itself. Moreover, senescent cells emerge as a result of radio- and chemo- therapy and can lead to detrimental effects when not eliminated. There is also accumulated evidence that senescent cells can overcome the proliferation barrier and become malignant (often after a cancer therapy) rendering senescence original definition invalid. In effort to improve the quality of health and life and to minimize the cancer risk after therapies, senescent cells have become one of the most interesting subjects for a targeted therapy. There is a promising potential in developing effective tools, namely drugs specifically killing senescent cells or reducing their detrimental effect (senolytics) that focus on senescent cells elimination in order to rejuvenate the organism, to extend a life span, and to prevent ageing-associated diseases and pathology. However, the main challenge in this field is a lack of markers specific to cellular senescence that are a prerequisite for such therapeutic approaches. This dissertation aims to identify a surface marker of senescent cells in order to target them. For this purpose, the surface proteome of replicatively senescent BJ fibroblasts was compared to proliferating cells using mass spectrometry. From about 150 proteins with changed expression in senescent cells, L1CAM protein was chosen for further validation and characterization. The decision for L1CAM was supported by several reasons, as its expression in healthy tissues and its association with tumours. First, under physiological conditions, L1CAM expression is restricted to neural cells, distal tubules of kidneys and peripheral ganglia in colon. Second, the elevated expression is detected in many tumours (e.g. glioblastoma, ovarian and endometrial carcinomas, pancreatic adenocarcinoma, and melanomas). In some tumours (e.g. cervical carcinoma), this protein is used as one of the tumour markers. Moreover, the presence of L1CAM is often associated with poor prognosis. Our results showed that the overexpression of L1CAM during cellular senescence is cell type- and senescence stimuli-dependent. In attempt to understand the mechanism of L1CAM increased expression, we found a negative feedback loop between Erk/MAPK and L1CAM signalling pathways. We also demonstrated that L1CAM expression is a downstream event linked to the induction of inhibitors of cyclin-dependent kinases p16INK4a and p21CIP/WAF1. Furthermore, we showed that both proliferating and senescent cells with the increased L1CAM surface expression migrate faster and display higher adhesion compared to their counterparts with low surface expression. Furthermore, we also found a connection between L1CAM expression and changed metabolism during senescence, including a reciprocal link between L1CAM and SCL25A5/ANT2 (ATP/ADP translocator) transcript levels. We also showed that L1CAM and ANT2 regulation is connected to Erk/MAPK and TGFβ/SMAD signalling pathways. L1CAM, as a novel marker of cellular senescence, can be potentially used for targeting senescent cells and their selective elimination by nanoparticle-based approaches. The photothermal therapy with gold nanoparticles (nanorods) is one of potential applications we explored to be used for senescent cells elimination. We estimated biological properties of cationic gold nanoparticles including their uptake by senescent cells and toxicity both in vitro and in vivo in a mouse model. In addition, we explored also other characteristics of the senescent phenotype. Senescent cells typically produce various cytokines, chemokines, proteases and growth factors (collectively referred to as ‘senescence-associate secretory phenotype’, SASP), affecting their immediate microenvironment as well as distant sites in a paracrine manner. This paracrine SASP-mediated proinflammatory signalling may explain how relatively low numbers of senescent cells can promote a systemic failure, since production of SASP contributes to chronic inflammation, loss of tissue function and its regeneration. In our study, we identified IL6 and GROa as factors responsible for detrimental paracrine effects on neighbouring cells in dependence of a cell type and senescence stimuli. To conclude, we identified a novel marker of cellular senescence and suggested its targeting using gold nanoparticles. Moreover, we showed that cytokines IL6 and GROα are responsible for detrimental paracrine effects of senescent cells and can also be used for targeting within the frame of senotherapy. Key words: cellular senescence, senolytics, L1CAM protein, senescent secretome, secondary senescence, targeting, gold nanoparticles
Dokumenty
Stáhnout Dokument Autor Typ Velikost
Stáhnout Text práce Mgr. Blanka Mrázková, Ph.D. 1.39 MB
Stáhnout Příloha k práci Mgr. Blanka Mrázková, Ph.D. 26.25 MB
Stáhnout Abstrakt v českém jazyce Mgr. Blanka Mrázková, Ph.D. 188 kB
Stáhnout Abstrakt anglicky Mgr. Blanka Mrázková, Ph.D. 184 kB
Stáhnout Autoreferát / teze disertační práce Mgr. Blanka Mrázková, Ph.D. 271 kB
Stáhnout Posudek oponenta RNDr. Marie Hubálek Kalbáčová, Ph.D. 140 kB
Stáhnout Posudek oponenta Mgr. Jakub Rohlena 161 kB
Stáhnout Záznam o průběhu obhajoby 171 kB