Titelaufnahme

Titel
Molecularly stratified and combinatorial approaches to precision cancer therapy / submitted by Marco P. Licciardello
Verfasser / VerfasserinLicciardello, Marco Paolo
Begutachter / BegutachterinKubicek, Stefan
Erschienen2015
UmfangXVII, 134 S. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Med. Univ., Diss., 2015
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Funktionelle Genomik / Chemische Biologie / Personalisierte Medizin / RNA Interferenz / Kombinatorisches Hochdurchsatz-Screening / Brustkrebs / Prostatakrebs / NOTCH1 Signaltransduktion / SUMOylierung / Androgen Rezeptor Signaltransduktion
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-3975 Persistent Identifier (URN)
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Molecularly stratified and combinatorial approaches to precision cancer therapy [11.18 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Durchbrüche in den Sequenzierungstechnologien und die Etablierung der Systembiologie haben die komplexe genetische Heterogenität von Krebserkrankungen aufgezeigt. Aberrationen sowohl in codierenden und nicht-codierenden Regionen des Genoms sowie epigenetische Veränderungen tragen zur Entstehung der malignen Neoplasien und ihrer Ausbreitung nach Darwinistischer Selektion bei. Am Ende des 20. und Beginn des 21. Jahrhunderts haben Forscher eine breite Palette von Schlüsselgenen, die die Tumorigenese antreiben, beschrieben.

Diese wichtigen Erkenntnisse haben die Entwicklung der ersten zielgerichteten Medikamenten gefördert, welche eine spezifischere pharmakologische Behandlung im Vergleich zu klassischen Chemotherapeutika ermöglichen. Obwohl diese Moleküle zu bemerkenswerten Verbesserungen geführt haben, sind das Versagen von Therapieschemata, die hohen Rezidivraten und die langsame ineffiziente Entwicklung neuer Wirkstoffe der Grund für die noch immer sehr hohe Mortalität von Krebserkrankungen. Heute wird Krebs als eine äußerst heterogene Erkrankung angesehen, nicht nur zwischen den verschiedenen Patienten sondern auch innerhalb des gleichen Tumors. Diese große genetische Vielfalt und inhärente Komplexität der Tumoren hat zur Forcierung von Patientenstratifikation und der Entwicklung des Konzepts der personalisierten Medizin geführt. In dieser Dissertation beschreibe ich unsere technologischen Ansätze neue therapeutische Targets für onkologische Erkrankungen zu finden und rational molekular begründete Therapien im Sinne einer personalisierten Medizin vorzuschlagen. In einem RNA-Interferenz (RNAi)-basierten Screening Modell, welches die Heterogenität von Brustkrebs nachahmt, haben wir die spezifische Sensitivität von NOTCH1-aktivierten Brustkrebszellen auf eine Hemmung der SUMOylierung entdeckt. Wir zeigen, dass die Aktivierung der NOTCH1 Signaltransduktion sowohl in isogenen als auch in patientenspezifischen Brustkrebszellen den Pool an unkonjugiertem SUMO reduziert und diese Zellen für Inhibitoren der SUMOylierung empfindlich macht. Unsere Beobachtungen identifizieren die SUMOylierungskaskade als potentielles Krebstarget und offenbaren ein therapeutisches Potenzial für SUMO Inhibitoren im Kontext von NOTCH1-aktiviertem Brustkrebs. Die zellulären Prozesse von Krebszellen bilden ein redundantes Netzwerk, das in Reaktion auf Signale aus der Umwelt eine evolutionäre Entwicklung durchmacht. Diese intrinsische Plastizität verleiht Tumoren die Fähigkeit, Resistenzen gegen Monotherapien zu entwickeln.

Mehrkomponenten-Therapeutika werden daher als ein vielversprechender Ansatz angesehen, der Komplexität von malignen Neoplasmen zu begegnen.

Insbesondere Kombinationen von zugelassenen Medikamenten stellen interessante Optionen dar, da diese chemisch optimierten Substanzen bereits in Bezug auf ihre pharmakokinetischen und pharmakodynamischen Parameter optimiert wurden. Wir haben eine nicht-redundante Bibliothek von der FDA-zugelassenen niedermolekularen Wirkstoffen, die CeMM Library of Unique Drugs (CLOUD), entwickelt und systematisch die Effekte paarweiser Kombination bei physiologisch relevanten Konzentrationen auf die Viabilität von Krebszellen getestet. Dieser phänotypische Screen hat eine synergistische Wechselwirkung zwischen Flutamid und Phenprocoumon (PCC) ergeben, die das Wachstum von Prostatakrebszellen beeinträchtigt.

Wir zeigen, dass die Kombination die Stabilität des Androgen Rezeptors (AR) reduziert und schließlich zur Apoptose führt. Interessanterweise stellt diese Kombination die Sensibilität von Zellen mit mutiertem AR auf Flutamid wieder her. Insgesamt zeigen unsere Daten, dass PPC in Kombination mit Flutamid zur Behandlung von Prostatakrebs mir AR Mutationen wie T877A neuplatziert werden könnte. Zusammenfassend haben unsere Ansätze das Spektrum der Krebstargets und therapeutischen Möglichkeiten erweitert, was ein wichtiges Ziel für eine wirklich personalisierte Krebsmedizin ist.

Zusammenfassung (Englisch)

Recent developments in sequencing technologies and the establishment of systems biology approaches have unraveled the intricate genetic heterogeneity and complexity of cancer. Aberrations in both coding and non-coding regions of the genome, as well as altered epigenetic mechanisms, contribute to the rise of malignant neoplasms evolving according to Darwinian selection. Between the end of the 20th and the beginning of the 21st century, researches have described a broad range of key genes driving the tumorigenic process and involved in the maintenance of cancer. These important discoveries have fostered the development of the first targeted drugs, more specific pharmacological treatments compared to classical chemotherapeutics. Even though remarkable improvements have been witnessed with the advent of these molecules, therapeutic regimens fail, tumors relapse, drug development hobbles behind inefficient discovery pipelines and a large number of patients succumb to cancer or anticancer treatments. As we see it nowadays, cancer is an extremely heterogeneous disease not only among different patients but also within the same tumor. This large genetic diversity and intrinsic complexity has encouraged more stratified approaches and the development of precision cancer medicine. Here, we made use of technologies for the discovery of new cancer targets and the development of rationalized treatments in line with the concept of personalized cancer therapy. We have performed an RNA interference (RNAi)-based loss-of-function screen in a model depicting the heterogeneity of breast tumors and discovered a specific vulnerability of NOTCH1-activated breast cancer to inhibition of SUMOylation. We show that activation of NOTCH1 signaling in both isogenic and patient-derived breast cancer cells depletes unconjugated SUMO conferring sensitivity to SUMOylation inhibitors. Our observations indicate the SUMOylation cascade as a candidate cancer target and disclose a therapeutic potential for inhibitors of the SUMOylation cascade in the context of NOTCH1-activated breast tumors. The cellular circuitry of cancer cells is a redundant network evolving in response to cues from the environment. This intrinsic plasticity provides tumors with the ability of easily escaping therapies based on single drugs. Multicomponent therapeutics is regarded as another promising approach to the complexity of malignant neoplasms. In particular, combinations of approved drugs represent convenient alternatives as these chemically optimized entities have already been profiled in respect to their pharmacokinetic and pharmacodynamic parameters. We have designed a non-redundant library of FDA-approved small molecules, the CeMM Library of Unique Drugs (CLOUD), and performed a pairwise combinatorial screen at physiologically relevant concentrations. This phenotypic screen has revealed a synergistic interaction between flutamide and phenprocoumon (PCC) impairing the growth of prostate cancer cells. We show that the combination interferes with the stability of the androgen receptor (AR) eventually leading to apoptosis. Interestingly, the combination reverts resistance of mutated AR to flutamide. Collectively, our data show that PPC could be repurposed in combination with flutamide for the treatment of prostate cancers harboring AR mutations such as T877A. Together, our approaches have expanded the spectrum of cancer targets and therapeutic possibilities as we need for truly personalized cancer medicine.