Untersuchung der Rolle von MYC als stress-reguliertes Protein

The transcription factor MYC is deregulated in over 70% of all human tumors and, in its oncogenic form, plays a major role in the cancer metabolic reprogramming, promoting the uptake of nutrients in order to sustain the biosynthetic needs of cancer cells. The research presented in this work aimed to understand if MYC itself is regulated by nutrient availability, focusing on the two major fuels of cancer cells: glucose and glutamine. Initial observations showed that endogenous MYC protein levels strongly depend on the availability of glutamine, but not of glucose. Subsequent analysis highlighted that the mechanism which accounts for the glutamine-mediated regulation of MYC is dependent on the 3´-untranslated region (3´-UTR) of MYC. Enhanced glutamine utilization by tumors has been shown to be directly linked to MYC oncogenic activity and MYC-dependent apoptosis has been observed under glutamine starvation. Such effect has been described in experimental systems which are mainly based on the use of MYC transgenes that do not contain the 3´-UTR. It was observed in the present study that cells are able to survive under glutamine starvation, which leads to cell cycle arrest and not apoptosis, as previously reported. However, enforced expression of a MYC transgene, which lacks the 3´-UTR, strongly increases the percentage of apoptotic cells upon starvation. Evaluation of glutamine-derived metabolites allowed to identify adenosine nucleotides as the specific stimulus responsible for the glutamine-mediated regulation of MYC, in a 3´-UTR-dependent way. Finally, glutamine-dependent MYC-mediated effects on RNA Polymerase II (RNAPII) function were evaluated, since MYC is involved in different steps of global transcriptional regulation. A global loss of RNAPII recruitment at the transcriptional start site results upon glutamine withdrawal. Such effect is overcome by enforced MYC expression under the same condition. This study shows that the 3´UTR of MYC acts as metabolic sensor and that MYC globally regulates the RNAPII function according to the availability of glutamine. The observations presented in this work underline the importance of considering stress-induced mechanisms impinging on the 3´UTR of MYC.In über 70% aller Krebserkrankungen ist der Transkriptionsfaktor MYC dereguliert. Dabei spielt onkogenes MYC unter anderem eine wichtige Rolle bei der Umprogrammierung metabolischer Prozesse indem es z.B. die Aufnahme von Nährstoffen wie Glutamin oder Glukose fördert, um den veränderten Bedürfnissen an den Stoffwechsel der Krebszellen Rechnung zu tragen. Die im Rahmen dieser Arbeit erzielten Ergebnisse zeigen, dass auch das MYC-Protein selbst durch die Verfügbarkeit von Nährstoffen in der Zelle reguliert werden kann. Erste Beobachtungen zeigten, dass die endogenen MYC Proteinlevel stark von der Verfügbarkeit von Glutamin, jedoch nicht von Glucose, abhängen. Weiterführende Experimente ergaben außerdem, dass der Mechanismus, der der Glutamin vermittelten Regulation von MYC zugrunde liegt, abhängig von der 3´-untranslatierten Region (3´-UTR) der MYC-mRNA ist. Es konnte bereits gezeigt werden, dass in Tumoren die verstärkte Nutzung von Glutamin in direktem Zusammenhang mit der onkogenen Aktivität von MYC steht und Zellen unter Glutaminentzug MYC-abhängig Apoptose einleiten. Diese Effekte wurden in experimentellen Systemen beschrieben, die auf einer Überexpression eines MYCTransgenes basierten, welches keine 3´-UTR enthält. In dieser Arbeit konnte jedoch beobachtet werden, dass Zellen, die ohne Glutamin kultiviert wurden, in der Lage waren zu überleben, da entgegen den Resultaten vorausgegangener Studien, ein Arrest des Zellzyklus und nicht Apoptose eingeleitet wurde. Die verstärkte Expression eines MYCTransgenes ohne 3´-UTR, erhöhte jedoch auch unter diesen Bedingungen die Anzahl apoptotischer Zellen. Weiterhin war es möglich Adenosin, für dessen Biosynthese Glutamin notwendig ist, als Stimulus zu identifizieren, der für die 3´-UTR abhängige Regulation von MYC verantwortlich ist. Da MYC in verschiedene Schritte der globalen Regulation der Transkription eingebunden ist, wurden abschließend die durch MYC vermittelten Glutaminabhängigen Effekte auf die RNA-Polymerase II (RNAPII) untersucht. Dabei zeigte sich, dass es nach Glutaminentzug zu einem globalen Verlust der Rekrutierung von RNAPII zu den Transkriptionsstartstellen kommt, was durch eine verstärkte MYC-Expression wieder aufgehoben werden kann. Zusammenfassend konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass die 3´-UTR von MYC als metabolischer Sensor fungiert und dass MYC in Abhängigkeit der Verfügbarkeit von Glutamin global die RNAPII Funktion reguliert. Diese Studie hebt weiterhin die Bedeutung der 3´-UTR von MYC für die Vermittlung stressinduzierter Feedback-Mechanismen hervor