Titelaufnahme

Titel
Investigating the NAD metabolome in ewing sarcoma / submitted by Corneloa Noëlle Mutz, MSc.
Weitere Titel
Untersuchung des NAD-Metaboloms im Ewing-Sarkom
Verfasser / VerfasserinMutz, Cornelia Noëlle
Begutachter / BegutachterinKovar, Heinrich
ErschienenWien, 2016
Umfang140 Blätter : Illustrationen
HochschulschriftMedizinische Universität Wien, Dissertation, 2016
Anmerkung
Zusammenfassung in deutscher Sprache
Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Ewing-Sarkom / EWS-FLI1 / NAMPT / NAD / Tryptophan / AHR / Kynurenin
Schlagwörter (EN)Ewing sarcoma / EWS-FLI1 / NAMPT / NAD / tryptophan / AHR / kynurenine
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-7677 Persistent Identifier (URN)
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Investigating the NAD metabolome in ewing sarcoma [1.9 mb]
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Ewing-Sarkom (ES) ist der zweithäufigste Knochentumor nach Osteosarkom und tritt bevorzugt im Kindes- und Jugendalter auf. In 85% der Fälle lässt sich die Ursache der Erkrankung durch eine chromosomale Translokation t(11;22)(q24;12) erklären, welche zur Bildung eines chimären Transkriptionsfaktors führt. Diese Doktorarbeit beschäftigt sich mit der Analyse von zwei miteinander verwobenen Stoffwechselwegen in ES, die unter dem Namen “NAD-Metabolom” zusammen gefasst werden. Nikotinamidadenindinukleotid (NAD) ist ein äußerst wichtiger Metabolit, der für den Energiehaushalt der Zelle unerlässlich ist. NAD kann entweder ausgehend von der essentiellen Aminosäure Tryptophan (TRP) de novo oder durch effizientere Regeneration von Vitamin B3-Derivaten synthetisiert werden. Nikotinamidphosphoribosyltransferase (NAMPT) ist das geschwindigkeitsbestimmende Enzym in der NAD-Synthese von Säugetieren und ist in ES-Zellen stark exprimiert. Im Allgemeinenen zeichnen sich Krebszellen durch einen veränderten Metabolismus aus und somit stellt das Eingreifen in den Tumormetabolismus eine vielversprechende neue Krebstherapie dar. Wegen des erhöhten Energiebedarfs von Krebszellen sind diese besonders empfindlich für verminderte Verfügbarkeit von NAD. In unserer Studie haben wir den spezifischen NAMPT-Inhibitor FK866 verwendet und konnten damit zeigen, dass durch NAD-Verbrauch in den Zellen ein metabolischer Kollaps induziert wird. Dieser geht mit der Blockade von Glykolyse und Fehlfunktion von Mitochondrien einher, führt zu einer Verringerung von Adenosintriphosphat und zum Tod der Zellen. Gerade Zellen, die EWS-FLI1 exprimieren, sind besonders empfindlich auf NAMPT-induzierte NAD-Reduktion. Dies haben wir in A673sh-Zellen untersucht, in denen EWS-FLI1-Expression durch RNA-Interferenz (RNAi) verringert werden kann. Der Kynurenin-Signalweg stellt den ersten Teil der NAD de novo Synthese dar, ausgehend von der Aminosäure TRP, welche von Tryptophan 2,3-Dioxygenase (TDO2) oxidiert wird. Einige Metabolite aus den ersten Schritten des TRP-Abbaus sind in den ES-Zellen A673sh unter geringer EWS-FLI1-Expression stark hochreguliert. Dies betrifft im Besonderen Kynurenin (KYN) und Kynureninsäure (KYNA), welche stark akkumulieren. Wir konnten zeigen, dass KYN- und KYNA-Anhäufung zur Aktivierung des Arylhydrokarbonrezeptors (AHR) führten. AHR bindet and Dioxin-response Elemente (DRE) in der Promoterregion von Ziel-Genen und erhöht die Expression von den Genen IL8, IL6, IL1B, CYP1A1, CYP1B1, TUFT1 und FAM65B wenn wenig EWS-FLI1-Expression vorhanden ist. Normalerweise supprimiert EWS-FLI1 den autokrinen AHR-Signaltransduktionsweg in A673sh-Zellen. Unsere Ergebnisse deuten auf einen regulatorischen Effekt von AHR-Aktivierung in A673sh-Zellen hin, im Besondern bei geringer EWS-FLI1-Expression.

Zusammenfassung (Englisch)

Ewing Sarcoma (ES) is the second most common bone cancer occurring in children and adolescents with a peak incidence at the age of 15. In 85% of tumors, the driving force of the malignancy is the chimeric transcription factor EWS-FLI1, resulting from the specific chromosomal translocation t(11;22)(q24;q12). In this dissertation, I report the investigation of two interconnected pathways, both contributing to the “NAD metabolome” of ES. Nicotinamide adenine dinucleotide (NAD) is a key metabolite essential for sustaining cellular energy metabolism and necessary for glycolytic and mitochondrial function, DNA repair, genomic stability, chromatin remodeling, and signal transduction. NAD can either be synthesized de novo from the essential amino acid tryptophan (TRP), or much more efficiently via salvage pathways starting from derivatives of vitamin B3. Nicotinamide phosphoribosyltransferase (NAMPT) is the rate-limiting enzyme of mammalian NAD salvage synthesis and is highly expressed in ES cells. Targeting tumor cell metabolism has become an attractive anti-cancer approach and given the increased metabolic needs of cancer cells, they are supposed to be hit especially hard by NAD depletion. We used the small molecule compound FK866 for inhibition of NAMPT and could show that upon excessive NAD exhaustion cells enter acute metabolic stress such as glycolytic impairment, mitochondrial dysfunction, adenosine triphosphate (ATP) depletion and finally cell death. Especially cells expressing EWS-FLI1 are exquisitely sensitive to NAMPT inhibition in contrast to cells expressing lower levels of EWS-FLI1 as investigated in RNAi-inducible A673sh cells.

The kynurenine pathway is part of NAD de novo synthesis from TRP which is oxidized by tryptophan 2,3-dioxygenase (TDO2). By analyzing several metabolites of the initial steps of TRP degradation, we observed that A673sh cells with low EWS-FLI1 expression strongly enhanced TRP breakdown in favor of kynurenine (KYN) and kynurenic acid (KYNA) production. Strikingly, the downstream effects of KYN and KYNA accumulation led to activation of the aryl hydrocarbon receptor (AHR), a ligand-activated cytoplasmic transcription factor. AHR binds to dioxin-response elements (DRE) in the promoter region of target genes and up-regulates IL8, IL6, IL1B, CYP1A1, CYP1B1, TUFT1, and FAM65B under conditions with low EWS-FLI1 expression. We therefore suggest an involvement of AHR for an alternative survival strategy of A673sh cells with depleted EWS-FLI1 expression. Our data reveal that EWS-FLI1 usually suppresses autocrine AHR signaling by impairing TDO2-mediated TRP breakdown.