Dissertation zur Erlangung des Doktorgrades der Fakultät für Chemie und Pharmazie der Ludwig-Maximilians-Universität München The dual roles of betacellulin and the ERBB receptors in acute pancreatitis & pancreatic ductal adenocarcinoma – a mouse study Kathrin Verena Hedegger aus Frankfurt am Main 2019 Erklärung Diese Dissertation wurde im Sinne von § 7 der Promotionsordnung vom 28. November 2011 von Herrn Prof. Dr. Eckhard Wolf betreut und von Herrn PD Dr. Dietmar Martin von der Fakultät für Chemie und Pharmazie vertreten. Eidesstattliche Versicherung Diese Dissertation wurde eigenständig und ohne unerlaubte Hilfe erarbeitet. München, 02.08.2019, Kathrin Verena Hedegger __________________________________ Dissertation eingereicht am: 02.08.2019 1. Gutachter: PD Dr. Dietmar Martin 2. Gutachter: Prof. Dr. Eckhard Wolf Mündliche Prüfung am: 13.09.2019 THE DUAL ROLES OF BETACELLULIN AND THE ERBB RECEPTORS IN ACUTE PANCREATITIS & PANCREATIC DUCTAL ADENOCARCINOMA – A MOUSE STUDY DANKSAGUNG Ein kleines Dankeschön an alle, die sowohl direkt, als auch indirekt an dieser Arbeit mitgewirkt haben. Mein Dank geht zunächst an meinen Doktorvater PD. Dr. Dietmar Martin für die Bereitschaft meine Dissertation an der Fakultät Chemie und Pharmazie zu betreuen, für die gute Zusammenarbeit und seine Ratschläge. Herrn Prof. Dr. Eckhard Wolf möchte ich für die Übernahme des Zweitgutachtens danken, sowie für die Bereitstellung seines Labors und für die zahlreichen Diskussionen und Anregungen. Mein Dank gilt außerdem Herrn PD Dr. Dietmar Martin, Herrn Prof. Dr. Eckhard Wolf, Herrn PD Dr. Maik Dahlhoff, Herrn Prof. Dr. Klaus Förstemann, Herrn Prof. Dr. Julian Stingele und Herrn Prof. Dr. Karl-Peter Hopfner für die Bereitschaft mein Prüfungskomitee zu bilden. PD Dr. Maik Dahlhoff möchte ich ganz herzlich für die Betreuung meiner Doktorarbeit danken, zunächst für die Auswahl der Projekte, vor allem aber für seine Unterstützung über all die Jahre. In zahlreichen Diskussionen habe ich stets konstruktive Kritik und viel Anregung bekommen, ohne die diese Arbeit nicht möglich gewesen wäre. Auch für das Ermöglichen der vielen Kongressreisen bin ich sehr dankbar, sowie für seine Ruhe und Geduld und die motivierenden Worte: „Das wird super!“ Ebenfalls nicht möglich wären all die Jahre ohne meine Kollegin (soon to be known as Dr. rer nat. Pingu Star) Christine Hösl gewesen. Nicht jeder kann behaupten, eine der engsten Freunde als Lab-Mate an seiner Seite zu haben, und das auch mal gerne 24/7. Das ist wohl einer der Gründe, wieso wir uns manchmal am Genzentrum „wie zuhause“ fühlen (Du weißt, was ich damit meine). Es war schön zu wissen, dass ich jederzeit Gehör bei Dir finde für Gefühls-Ausbrüche jeglicher Art, sei es Freude, Trauer oder Ärger. Ja, es gab auch Momente der puren Verzweiflung in diesen (ja, ok, fast 5) Jahren, für die man in Worten keine Lösung fand. Am Ende des Tages jedoch machte das Leben immer wieder Gin. Zusammen geht einfach vieles leichter. Tausend Dank auch für Deine Zeit zum Korrekturlesen! Ich möchte mich außerdem bei dem gesamten Wolf-Labor, insbesondere bei Franziska Kreß, Sepp Millauer, Max Marschall, Tamara Holy und Nicole Wegmann für die tolle und respektvolle Zusammenarbeit und Unterstützung bei sämtlichen Projekten bedanken und bei Sylvia Hornig für die Organisation der gesamten Administration. Außerdem wart Ihr alle im Labor maßgeblich am Spaß an meiner Arbeit beteiligt. Die täglichen Meetings mit I Diskussionen über den (Weißwurst-) Kreuz-Schnitt und, ob es wohl eine Welt außerhalb von Bayern gibt, waren immer sehr aufschlussreich. Auch Petra Renner, Dr. Ingrid Renner-Müller und den restlichen Mitarbeitern des Maus-Hauses möchte ich für die ausgezeichnete und aufopferungsvolle Tierhaltung und -Pflege bedanken. Ein herzliches Dankeschön gilt auch meinen ehemaligen Bacheloranden, bzw. Praktikanten Caroline Lindner und Michelle Plummer. Durch Euch habe ich sehr viel lernen können. Ein weiterer Dank geht an unsere Kooperationspartner. Vielen Dank für die tolle Zusammenarbeit an das gesamte Labor von Dr. Helmut Blum am Genzentrum und das Labor von Prof. Dr. Hana Algül am Klinikum rechts der Isar. Dem gesamten Team des Genzentrums, vor allem der Ver- und Entsorgungs- und IT- Abteilung möchte ich ganz herzlich danken. Außerdem: ein großes Dankeschön an Dr. Bianca Schulte und Dr. Barbara Stiller für das anteilige Korrekturlesen meiner Arbeit. Auch fünf Jahre nach unserer schönen Zeit in New York kann ich immer wieder auf Euch zählen. Wer hätte gedacht, dass Senioren in München so fetzen können? Euch allen gilt ein riesengroßer Dank!! Ihr habt die letzten elf Jahre dafür gesorgt, dass München mein zweites zu Hause wurde! Ihr versteht mich, obwohl ich aus Hessen komme (und damit meine ich nicht den Dialekt, den ich nicht habe). Ihr nehmt mich ernster als ich mich selbst und Ihr habt mich immer wieder darauf besinnt, was wirklich zählt, oder Euch einfach zusammen mit mir in den Ärger reingesteigert, das Ganze dann zusammen ausgeGessen oder (als wir noch knackiger waren) beim Abhotten in den guten alten Münchner Tanzlokalen. Das waren noch Zeiten. Danke, dass es Euch gibt! #ohneEuch = #ohneBrot. Ein besonderes Dankeschön möchte ich meinem quasi-Roomie aussprechen. Danke, Jana für die spontanen Butterbrote auf dem Balkon und den ein oder anderen Spritz, immer, wenn es nötig ist. Danke an meine treuste Slurp-Freundin für die vielen Suppen, die wir zusammen gegessen haben. Suppe hilft! II Danke meinen Mädels zu Hause in Frankfurt (Ja ok, und dem Felix)! Ihr begleitet mich nun weitaus länger als dieses Studium gedauert hat und Ihr zeigt mir immer wieder aufs Neue, was wahre Freundschaft bedeutet. Ihr gebt mir immer ein gutes Gefühl, wenn ich nach Hause komme und oft bringt Ihr dieses Zu Hause mit nach München. Ohne Euch wäre ich wohl durchgedreht (na gut, noch öfter durchgedreht). Danke! Du hast mich besonders die letzten (und ich würde meinen, damit auch schwierigsten) Jahren begleitet. Ein Wochenende mit Dir fühlt sich an wie Urlaub, und damit gibst Du mir immer Energie für jede weitere Woche, auch wenn ich Montage noch weniger leiden kann, seit es Dich gibt. Du gibst mir Ruhe und Du erinnerst mich immer wieder daran, mehr an mich selbst zu glauben. Danke für Dein Vertrauen in mich und Deine Unterstützung, Spatzl! Der größte Dank geht an meine Familie. Ohne Euch, Mama und Papa, wäre diese Arbeit niemals möglich gewesen. Ihr unterstützt mich bedingungslos in jeglicher Hinsicht, seid in jeder Situation und Lebenslage da und steht mir immer beratend zur Seite. Mama, Du bist unermüdlich im Trost spenden, auch wenn das Telefon ein paar Mal öfter in der Woche klingelt. Auch Dir, Jenny, und Deiner lieben Familie möchte ich danken. Die Besuche bei Euch oder Eure Besuche hier im München sind immer eine tolle Ablenkung und geben mir immer wieder neue Energie. Filip, Du hast mir unglaublich viel Freude bereitet während meiner gesamten Doktoranden-Zeit und natürlich auch größeres Heimweh. Danke auch der ständigen Nachfrage, wie es meinen Mäusen so geht und für die schönen Namensvorschläge. Danke, dass Ihr an mich glaubt und ich immer auf Euch zählen kann! Das bedeutet mir unglaublich viel! Ab jetzt komme ich Euch auch wieder öfter besuchen. III SUMMARY The erythroblastic leukemia viral oncogene homolog (ERBB) system consists of the four receptor tyrosine kinases (RTKs) epidermal growth factor receptor (EGFR), ERBB2 (HER2, neu), ERBB3 (HER3) and ERBB4 (HER4). The receptor family has eleven ligands causing receptor homo- or hetero-dimerization, and transphosphorylation of mainly tyrosine residues in the cytosolic receptor domains. Thus, numerous signaling cascades are induced, which associate the ERBB receptors with functions in development, tissue homeostasis and diseases. Betacellulin (BTC) is an ERBB ligand with binding affinities for EGFR and ERBB4. It was first identified in murine pancreatic insulinoma-derived cell lines and apparently plays a role in many tissues, e.g. in pancreatic islets of Langerhans, in the stomach and in the mammary gland, as well as in tumors, e.g. in sarcoma, in breast cancer and many others. BTC is synthesized as a single-transmembrane precursor, which requires cleavage by A disintegrin and metalloproteinase 10 (ADAM10), in order to induce paracrine or autocrine signaling with the soluble extracellular domain. Membrane-bound BTC can also induce juxtacrine signaling. Additionally, BTC is able to differentiate many different cell types and it acts as a potent mitogen in epithelial and smooth muscle cells. Furthermore, BTC was associated with resistance to EGFR therapy in breast cancer cells. Despite its abundance and multiple functions, the ubiquitous depletion of BTC in mice showed no overt phenotype. On the contrary, its ubiquitous overexpression results in numerous phenotypes, and it was shown, that BTC transgenic mice were protected against experimental induced acute pancreatitis (AP). AP is an inflammatory disease of the pancreas, induced by gall stones or alcohol abuse. Digestive enzymes are activated prematurely and released into the interstitium of the pancreas, where they auto-digest the membranes of different cell types constituting the pancreas. This is accompanied by an inflammatory reaction, which manifests as severe pain, signs of inflammatory response syndrome (SIRS) and frequently multi-organ failure and death. Regarding the ERBB receptor network, EGFR and its ligand EGF were associated with an ameliorated course of AP, previously, but follow-up studies were missing. The remaining ERBB family members have