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datestamp: 2020-08-24 10:46:45
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type: doctoralThesis
metadata_visibility: show
creators_name: Mändl, Julia
title: The Growth Differentiation Factor 15 – 
a Novel Cellular Target Gene for Oncogenic Human Papillomaviruses
title_de: Der Wachstums-/Differenzierungsfaktor 15 - ein neues zelluläres Zielgen für onkogene humane Papillomaviren
subjects: ddc-570
divisions: i-140001
adv_faculty: af-14
cterms_swd: Humanes Papillomavirus
cterms_swd: Gebärmutterhalskrebs
cterms_swd: Apoptosis
cterms_swd: Transforming Growth Factor
abstract: Persistent infections with oncogenic human papillomaviruses (HPVs) represent a major risk factor for the development of cervical cancer. The viral E6 and E7 proteins are the central driving forces for cervical carcinogenesis by inhibiting important tumor-suppressor pathways in the host cell and by generating genomic instability. Cervical cancer cells are dependent on the continuous expression of E6/E7 in order to maintain their malignant phenotype (“oncogene addiction”). Therefore, the identification and characterization of so far unknown, E6/E7-regulated factors should enable a better understanding of the mechanisms behind HPV-linked tumorigenesis and could possibly reveal new therapeutic starting points.
The present study shows that the expression of the cellular growth differentiation factor 15 (GDF15) gene, a pro-apoptotic stress response gene, is downregulated by E6 in HPV-positive cervical cancer cells as well as in HPV-immortalized keratinocytes. This GDF15 repression is observed both at the mRNA and protein level, and mechanistically caused by the interference of E6 with the p53-dependent transcriptional activation of the GDF15 gene. The C/EBP homologous protein (CHOP) was identified as a second major activator of GDF15 expression in HPV-positive cancer cells. While p53 is the key determinant of basal GDF15 levels, it was found that both p53 and CHOP can differentially contribute to the stress-induced upregulation of GDF15 expression, dependently on the type of stress. On the phenotypic level, GDF15 overexpression blocked the capacity of cervical cancer cells to form colonies. Moreover, three anti-proliferative drugs, the ER stressor tunicamycin, the nonsteroidal anti-inflammatory drug sulindac sulfide, and the chemotherapeutic drug cisplatin, increased GDF15 levels in HPV-positive cancer cells. This was linked to the induction of apoptosis, as determined by the detection of apoptosis markers, TUNEL assays, and live cell imaging experiments visualizing Caspase activation. Both GDF15 knockout by the CRISPR/Cas9 technology and transient downregulation of GDF15 expression by RNA interference counteracted the pro-apoptotic stress response of HPV-positive cervical cancer cells towards those three agents.
In summary, these results identify GDF15 as a novel cellular target gene of oncogenic HPVs, which is repressed by the E6 oncoprotein. The findings of the functional studies indicate that the downregulation of GDF15 provides HPV-positive cells with a survival advantage, by increasing their resistance against different forms of cellular stress. From a clinical point of view, it is interesting that GDF15 also plays a role in the induction of apoptosis by cisplatin, the major cytostatic agent used for treating cervical carcinomas. This latter observation points out that the E6-mediated GDF15 repression could contribute to the chemotherapy resistance of HPV-positive cancer cells.
abstract_translated_text: Persistierende Infektionen mit onkogenen humanen Papillomviren (HPV) stellen einen Hauptrisi¬ko¬fak¬tor für die Entstehung von Gebärmutterhalskrebs dar. Dabei spielen die Virusproteine E6 und E7 eine zentrale Rolle, da sie in der Wirtszelle Signalwege von wichtigen Tumorsup¬pressoren inhibieren und genomische Instabilität fördern. Zervixkarzinomzellen sind von einer stetigen E6/E7-Expression abhängig, um ihren malignen Phänotyp aufrechtzuerhalten („oncogene addiction”). Daher sollte die Identifizierung und Charakterisie-rung von bisher unbekannten, E6/E7-regulierten Faktoren dazu beitragen, die Mechanismen der HPV-assoziierten Karzinogenese besser zu verstehen. Zudem könnten dadurch neue therapeutische Ansatzpunkte aufgedeckt werden.
In der vorliegenden Arbeit wurde gezeigt, dass die Expression des zellulären „Growth differentiation factor 15“ (GDF15)-Gens, ein pro-apoptotisches Gen in Stressantworten, durch E6 in HPV-positiven Gebärmutterhalskrebszel¬len und -immortalisierten Keratinozyten gehemmt wird. Diese GDF15-Inhibitierung kann sowohl auf der mRNA- als auch auf der Proteinebene festgestellt werden. In mechanistischer Hinsicht verhindert E6, dass p53 transkriptionell das GDF15-Gen aktiviert. Das C/EBP homologe Protein (CHOP) wurde als zweiter wichtiger Aktivator der GDF15-Expression in HPV-positiven Krebszellen identifiziert. Während p53 als Schlüsselfaktor die basale GDF-Expression bestimmt, können p53 und CHOP in Abhängigkeit von der vorliegenden Stressart unterschiedlich dazu beitragen, die GDF15-Expression nach Stress anzuheben. Auf phänotypischer Ebene minderte GDF15-Überexpression die Fähigkeit von Krebszellen, Kolonien zu formen. Darüber hinaus erhöhten drei Proliferationsinhibitoren, der ER Stressor Tunicamycin, das nichtsteroidale Antiphlogistikum Sulindac-Sulfid und das Zytostatikum Cisplatin, die GDF15-Level in HPV-positiven Krebszellen. Dies war verknüpft mit der Induktion von Apoptose, wie durch den Nachweis von Apoptosemarker, TUNEL-Versuche und live cell imaging-Experimenten, die die Aktivierung von Caspasen sichtbar machten, bestimmt wurde. Sowohl die Deletion des GDF15-Gens mit der CRISPR/Cas9 Technologie als auch die transiente Unterdrückung der GDF15-Expression durch RNA-Interferenz wirkten der pro-apoptotischen Stressreaktion der HPV-positiven Gebärmutterhalskrebszellen gegenüber den drei Agenzien entgegen.
Zusammenfassend identifizieren diese Ergebnisse GDF15 als neues zelluläres Zielgen von onkogenen HPV-Typen, das durch das E6 Onkoprotein gehemmt wird. Die Resultate der funktionellen Studien weisen darauf hin, dass die Inhibierung der GDF15-Expression einen Überlebensvorteil für HPV-positive Gebärmutterhalskrebszellen bietet, da sie dadurch ihre Resistenz gegenüber verschie¬denen, zellulären Stressarten steigert. Unter klinischen Gesichtspunkten ist es daher interessant, dass GDF15 bei der Apoptose-Induktion durch Cisplatin eine Rolle spielt, das als Zytostatikum standardmäßig gegen Zervixkarzinome eingesetzt wird. Letzteres deutet darauf hin, dass die E6-vermittelte GDF15-Repression zur Resistenz von HPV-positiven Krebszellen gegenüber Chemotherapien beitragen könnte.
abstract_translated_lang: ger
date: 2021
id_scheme: DOI
id_number: 10.11588/heidok.00028639
ppn_swb: 1762656337
own_urn: urn:nbn:de:bsz:16-heidok-286395
date_accepted: 2020-07-09
advisor: HASH(0x55bd0200e310)
language: eng
bibsort: MANDLJULIATHEGROWTHD2021
full_text_status: public
place_of_pub: Heidelberg
citation:   Mändl, Julia  (2021) The Growth Differentiation Factor 15 – a Novel Cellular Target Gene for Oncogenic Human Papillomaviruses.  [Dissertation]     
document_url: https://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/28639/1/DA_JuliaMaendl_pdfa.pdf