Identifying Forkhead Box Q1 as a novel regulator of ferroptosis Ismail, Muhammad , 1990- (VerfasserIn) Walter, Uwe , 1967- (AkademischeR BetreuerIn) Kipp, Markus , 1978- (AkademischeR BetreuerIn) Liebau, Stefan , 1973- (AkademischeR BetreuerIn) Universität Rostock (Grad-verleihende Institution) Universitätsmedizin Rostock (Grad-verleihende Institution) Text theses Text Hochschulschrift 2023 2023 eng ger electronic resourceremoteComputermedienOnline-Ressourceapplication/pdf1 Online-Ressource (152 Seiten) Illustrationen, Diagramme Ferroptosis, an iron-dependent form of regulated cell death, is characterized by phospholipid peroxidation and metabolic constraint. Ferroptosis has emerged to play an important role in cancer biology to contribute into many pathologies. Cells respond to ferroptotic stimuli by regulation of selenoproteins, including the key regulator of ferroptosis phospholipid hydroperoxide-reducing enzyme glutathione peroxidase 4 (GPX4). Though, the underlying mechanisms and signalling pathways of ferroptotic cell death remain relatively unknown. Current research aims at deeper understanding of the pathophysiological role of ferroptosis and how it may be exploited for the treatment of cancer and neurodegenerative diseases. In this cell-based study, the GPX4 inhibitor (1S, 3R)-RSL3 (RAS selective lethal) and the system xc- (a cysteine/glutamate antiporter system) inhibitor erastin were used to identify Forkhead Box Q1 (FOXQ1) as a promising factor involved in the regulation of cellular ferroptosis sensitivity. The transcription factor FOXQ1 is a member of forkhead proteins that control important functions in biological development and tumorigenesis. A very limited number of studies have investigated the role of the FOXQ1 in human cancer. However, whether FOXQ1 and FOXQ1-regulated genes have a potentially predictable role in ferroptosis remains to be further explored, since pleiotropic responses in different cell lines were observed in the present study. An overexpression cloning approach was used to elucidate the factors and cell-autonomous mechanisms that underlie the regulation of ferroptosis in the given cell line. Present data suggest increased sensitivity to ferroptosis in FOXQ1 overexpressing cells compared to control cells. The finding was expanded to a panel of human breast cancer cell lines to show that overexpression of FOXQ1 mediated the sensitivity to RSL3- and erastin-induced ferroptotic cell death. To demonstrate the effect of FOXQ1 mediated sensitivity to ferroptosis in stably overexpressing cancer cell lines, several ferroptosis regulatory genes were monitored at several time points. In an attempt to further illuminate the mechanism of ferroptosis execution, targeted knock out (KO) of FOXQ1 in different cancer cell lines was performed using CRISPR/CAS technology, which resulted in reduced invasive ability of the cells. Furthermore, it was demonstrated that FOXQ1 deletion results in lower proliferation rates of cells and cell death. Consequently, various cancer cell lines overexpressing FOXQ1 were generated to enable investigations on the role of FOXQ1 and the role of novel transcriptional targets of FOXQ1 in ferroptosis that may serve as a potential therapeutic target for the development of anticancer therapies.<eng> Ferroptose, eine eisenabhängige Form des regulierten Zelltods, ist durch Phospholipidperoxidation und metabolische Restriktion gekennzeichnet. Ferroptose spielt eine wichtige Rolle in der Tumorbiologie und trägt zur Entstehung vieler Pathologien bei. Zellen reagieren auf ferroptotische Reize durch die Regulation von Selenoproteinen, einschließlich des Schlüsselregulators für Ferroptose, dem Phospholipid-Hydroperoxid-reduzierenden Enzym Glutathionperoxidase 4 (GPX4). Die zugrunde liegenden Mechanismen und Signalwege des ferroptotischen Zelltods sind jedoch weitgehend unbekannt. Aktuelle Forschungen zielen darauf ab, das pathophysiologische Verständnis der Ferroptose und ihre mögliche Nutzung für die Behandlung von Krebs und neurodegenerativen Erkrankungen zu vertiefen. In dieser zellbasierten Studie wurden der GPX4-Inhibitor (1S, 3R)-RSL3 (RAS selective lethal) und der Inhibitor von System Xc (einem Cystein/Glutamat-Antiporter-System), Erastin, verwendet und es konnte Forkhead Box Q1 (FOXQ1) als vielversprechender Faktor bei der Regulation der zellulären Ferroptose-Empfindlichkeit identifiziert werden. Der Transkriptionsfaktor FOXQ1 ist ein Mitglied der Forkhead-Proteine, die wichtige Funktionen bei der biologischen Entwicklung und der Tumorentstehung kontrollieren. Nur eine sehr begrenzte Anzahl von Studien hat die Rolle von FOXQ1 bei menschlichem Krebs untersucht. Ob FOXQ1 und die von FOXQ1 regulierten Gene eine potenziell vorhersagbare Rolle bei der Ferroptose haben, muss jedoch weiter untersucht werden, da in der vorliegenden Studie pleiotrope Effekte in verschiedenen Zelllinien beobachtet wurden. Ein Überexpressionsklonierungsansatz wurde verwendet, um Faktoren und zellautonome Mechanismen zu identifizieren, die der Regulation der Ferroptose in der verwendeten Zelllinie zugrunde liegen. Die vorliegenden Daten legen nahe, dass FOXQ1 überexprimierende Zellen im Vergleich zu Kontrollzellen eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber Ferroptose aufweisen. Diese Erkenntnis wurde durch Untersuchungen an einer Reihe von humanen Brustkrebszelllinien erweitert, welche zeigen, dass die Überexpression von FOXQ1 die Empfindlichkeit gegenüber durch RSL3 und Erastin induziertem ferroptotischen Zelltod vermittelt. Um den Effekt der durch FOXQ1 vermittelten Empfindlichkeit gegenüber Ferroptose in stabil überexprimierenden Krebszelllinien zu demonstrieren, wurden mehrere ferroptose-regulierende Gene zu verschiedenen Zeitpunkten analysiert. In dem Bestreben, den Mechanismus des Ferroptosevorgangs weiter zu ergründen, wurde mit Hilfe der CRISPR/CAS-Technologie ein gezielter Knockout (KO) von FOXQ1 in verschiedenen Krebszelllinien durchgeführt, was zu einer verringerten Invasivität der Zellen führte. Des Weiteren wurde gezeigt, dass die Deletion von FOXQ1 zu einer geringeren Proliferationsrate der Zellen und zum Zelltod führt. Folglich wurden verschiedene Krebszelllinien erzeugt, die FOXQ1 überexprimieren, um Untersuchungen zur Rolle von FOXQ1 und den neuartigen Transkriptionszielen von FOXQ1 in der Ferroptose zu ermöglichen, die als potenzielle therapeutische Ziele für die Entwicklung von Antikrebstherapien dienen können.<ger> Open Access Urheberrechtsschutz 1.0 vorgelegt von Muhammad Ismail GutachterInnen: Uwe Walter (Klinik und Poliklinik für Neurologie, Universitätmedizin Rostock) ; Markus Kipp (Institut für Anatomie, Universitätsmedizin Rostock) ; Stefan Liebau (Institute of Neuroanatomy & Developmental Biology, Tübingen) Dissertation Universität Rostock 2023 500 570 610 616.079 610 44.34 44.90 https://purl.uni-rostock.de/rosdok/id00004666 https://doi.org/10.18453/rosdok_id00004666 https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:28-rosdok_id00004666-2 https://d-nb.info/1340789132/34 Identifying Forkhead Box Q1 as a novel regulator of ferroptosis--(DE-627)1900620200 urn:nbn:de:gbv:28-rosdok_id00004666-2 doi: 10.18453/rosdok_id00004666 oclc: 1453520436 ppn: (DE-627)1900619741