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Bibliographic Metadata

Title
TYK2 is a dependency in anaplastic large cell lymphoma / submitted by Mag. art. Nicole Prutsch, MSc
Additional Titles
TYK2 Abhängigkeit im Anaplastischen Großzelligen Lymphom
AuthorPrutsch, Nicole
Thesis advisorMerkel, Olaf
PublishedWien, 2017
Description119 Blatt : Illustrationen
Institutional Note2017, Dissertation
Annotation
Zusammenfassung in deutscher Sprache
Date of SubmissionOctober 2017
LanguageEnglish
Document typeDissertation (PhD)
Keywords (DE)Lymphome / Anaplastisches LGroßzelliges Lymphom / Janus kinase / Signal Transducer and Activator of Transcription / Zytokin Signaling / Knockout Mäuse
Keywords (EN)Lymphoma / Anaplastic Large Cell Lymphoma / Janus kinase / Signal Transducer and Activator of Transcription / Cytokine signaling / Knockout mice
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-12527 Persistent Identifier (URN)
Restriction-Information
 The work is publicly available
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TYK2 is a dependency in anaplastic large cell lymphoma [6.9 mb]
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Abstract (German)

Hintergrund: Mutationen in Mitgliedern der Janus-Kinase-Familie JAK1, JAK2, JAK3 und TYK2, treten häufig bei hämatologischen Malignomen auf. Dies führte zur Entwicklung von mittlerweile durch die FDA zugelassene Pan-JAK-Inhibitoren Tofacitinib (2012) und Ruxolitinib (2014) die zur Behandlung von Polycythaemia Vera oder Rheumatoider Arthritis eingesetzt werden. Die Tyrosin-kinase 2 (TYK2) ist ein wichtiger Akteur des Immunsystems und ist an IFN / , IL-6, IL-10, IL-12, IL-13, IL-22 und IL-23 Signalwegen beteiligt. In den letzten 5 Jahren wurden TYK2 Mutationen oder Fusionen im Zusammenhang mit Krebs beschrieben, einschließlich solider Tumoren wie peripheren Nervenhüllentumoren sowie Tumoren des blutbildenden Systems wie die T-Zell Akute Lymphoblas-tische Leukämie (T-ALL), Akute Myeloische Leukämie (AML) und das Anaplastische Großzellige Lymphom (ALCL).^ ^ALCL ist ein aggressives CD30-positives Non-Hodgkin-T-Zell-Lymphom, das vor allem Kinder und junge Erwachsene betrifft. Verschiedene Subtypen von ALCL, die von der aktualisierten WHO Klassifikation in 2016 beschrieben wurden, zeigen unterschiedliche klinische Verhaltensweisen und molekulare Merkmale einschließlich ALK-Translokationen in etwa 50% der Patienten (ALCL, ALK+). Therapiemöglichkeiten für ALCL umfassen Chemotherapie und CD30-Antikörper. Darüber hinaus sind ALK-Inhibitoren eine weitere Option für ALCL, ALK + Patienten. Patienten ohne ALK-Fusionen fehlt jedoch diese Möglichkeit, was die Entwicklung alternativer the-rapeutischer Ansätze dringend notwendig macht. Interessanterweise wurden TYK2-Fusionsproteine, einschließlich PABPC4-TYK2, NFkB2-TYK2 und NPM1-TYK2, in ALCL identifi-ziert. Die beiden letzteren führten zu konstitutionell aktivierten TYK2- und STAT3-Signalen in HEK293T-Zellen und NFkB1-TYK2 führte zu einer verstärkten Koloniebildung in 3T3-Zellen.^ Eine genaue Rolle von TYK2 bei der Lymphomagenese und Tumorprogression wurde bisher noch nicht geklärt. Diese Studie untersucht die TYK2-Funktion in ALCL und zeigt erstmals die TYK2-Abhängigkeit in einem In-vivo-Modell von Krebs. Darüber hinaus erwiesen sich selektive TYK2-Inhibitoren hochwirksam und betonen somit die TYK2-Kinase als potentielles Therapieziel bei ALCL.

Ergebnisse: TYK2 war in primärem Tumorgewebe von ALCL Patienten stark exprimiert was wir auch in Analysen von RNAseq Daten von 23 ALCL Patienten sehen konnten. TYK2 Gen-Knockout in der N-terminalen FERM- und C-terminalen Kinase-Domäne führte zum Zelltod in humanen ALCL-Zellen. Die Behandlung mit selektiven TYK2-Inhibitoren führte zu einer massiven Apoptose-Induktion in ALCL-Zellen, die die therapeutische Relevanz von TYK2 bestätigten. Der Verlust von TYK2 in T-Zellen führte zu signifikant erhöhten Überlebensraten von einem transgenen NPM-ALK Mausmodell.^ Wir konnten sehen, dass der Verlust von TYK2 zu einer reduzierten Phosphorylierung von STAT1 und STAT3 führte. Um deren relative Bedeutung zu beurteilen, haben wir entweder STAT1 oder STAT3 unter Verwendung von Lentiviral-transduzierten shRNAs herunterreguliert. Inte-ressanterweise konnte STAT1, aber nicht STAT3 Suppression den Effekt des TYK2 Verlustes imi-tieren. Darüber hinaus identifizierten wir IL-10 und IL-22 als nachgeschaltete Effektoren von TYK2, die den durch TYK2-Verlust verursachten Wachstumsphänotyp retten können. Schließlich wurde das BCL-2-ähnliche Apoptose-hemmende Protein MCL-1 in ALCL hoch exprimiert und durch TYK2 reguliert.

Methoden: Die in vivo-Relevanz von TYK2 wurde durch TYK2-Knockout (CD4-NPM-ALKLCKTYK2) unter Verwendung des Lck Cre-Systems in einem CD4-NPM-ALK ALCL-Mausmodell untersucht.^ In humanen ALCL, ALK+ und ALCL, ALK- Zelllinien wurde TYK2 mittels CRISPR / CAS9 Methode in der N-terminalen FERM und in der C-terminalen Kinase-Domäne ausgeschaltet. TYK2-, STAT1- und STAT3-Knockdown wurden in humanen ALCL-Zelllinien unter Verwendung von validierten shRNAs durchgeführt. XTT-Assays und Immunoblot-Analyse von TYK2 Downstream Targets wurden nach TYK2 CRISPR / Cas9-Knock-Out oder Small-Molecule-Inhibition (Bayer-18, Symansis, TYK2 # 1, Genentech) durchgeführt.

Schlussfolgerung: ALCL ist TYK2 abhängig und die Behandlung mit selektiven TYK2 Inhibitoren führte zum Absterben der ALCL Zellen. Die Entwicklung von oral verträglichen TYK2 Inhibitoren eröffnet neue therapeutische Möglichkeiten, die besonders für Patienten ohne ALK-Translokation, die bisher keine gezielte Therapie bekommen, hilfreich sein können.

Abstract (English)

Background: Mutations in members of the Janus kinase family including JAK1, JAK2, JAK3 and TYK2 occur frequently in hematological malignancies. This prompted the development of now FDA approved pan-JAK inhibitors Tofacitinib (2012) and Ruxolitinib (2014) for treatment of polycythemia vera or rheumatoid arthritis. Tyrosine kinase 2 (TYK2) plays an important role in the immune system and is involved in IFN/, IL-6, IL-10, IL-12, IL-13, IL-22 and IL-23 signaling pathways. In the last 5 years, TYK2 mutations or fusions were described in the context of cancer including solid tumors such as malignant peripheral nerve sheath tumors, as well as hematopoietic cancers such as T-cell acute lymphoblastic leukemia (T-ALL), acute myeloid leukemia (AML) and anaplastic large cell lymphoma (ALCL). ALCL is an aggressive, CD30 positive non-Hodgkin T-cell lymphoma that primarily affects children and young adults.^ ^Different subtypes of ALCL described by the updated WHO classification in 2016, involve ALK-kinase fusions in around 50% of the patients (ALCL, ALK+) but also prognosis-relevant translocations like DUSP22 and TP63 in ALCL, ALK-. ALCL treatment options include chemo-therapy and armed-CD30 antibodies. Moreover ALK inhibition is a further option for ALCL, ALK+ patients. However, patients without ALK fusions lack this opportunity making alternative therapeutic approaches highly warranted. Interestingly, TYK2 fusion proteins including PABPC4-TYK2, NFkB2-TYK2 and NPM1-TYK2 were identified in ALCL. The latter two led to constitutively active TYK2 and STAT3 signaling in HEK293T cells and NFkB1-TYK2 led to enhanced colony formation in 3T3 cells. However, a precise role of TYK2 in lymphomagenesis and tumor progression remains to be shown. In this study, we investigate TYK2 function in ALCL and demonstrate for the first time TYK2 dependency in an in vivo model of cancer.^ Moreover, selective TYK2 inhibitors are highly effective, emphasizing the TYK2 kinase as a potential therapy target in ALCL.

Results: We found enhanced TYK2 expression in primary ALCL patient derived tumor tissue and RNAseq data of 23 ALCL cases revealed TYK2 to be highly expressed in ALCL patients. Gene knockout of TYK2 in the N-terminal FERM and C-terminal kinase domain both led to cell death in human ALCL cells. Treatment with selective TYK2 inhibitors led to apoptosis induction in ALCL cells corroborating the therapeutic relevance of TYK2 inhibition. Conditional loss of TYK2 in T-cells of a transgenic CD4-NPM-ALK driven lymphoma mouse model resulted in significantly increased mean-survival time. We found that loss of TYK2 led to reduced phosphorylation of STAT1 and STAT3. To assess their respective importance, we down-regulated either STAT1 or STAT3 using lentiviral transduced shRNAs. Interestingly, STAT1 but not STAT3 knockout could mimic the effect of TYK2 depletion.^ Moreover, we identified IL-10 and IL-22 as downstream effectors of TYK2 that can rescue the growth phenotype caused by TYK2 loss. Finally, the BCL-2 like survival protein MCL-1 was identified be highly expressed in ALCL and regulated by TYK2.

Methods: CRISPR/Cas9 mediated genomic TYK2 deletion was performed in the N-terminal FERM and C-terminal kinase domain in ALCL, ALK+ and ALCL, ALK- cell lines. TYK2, STAT1 and STAT3 knockdown were performed in human ALCL cell lines using validated shRNAs. XTT assays and immunoblot analysis of downstream targets was performed after TYK2 CRISPR/Cas9 knock-out or small molecule inhibition (Bayer-18, Symansis; TYK2#1, Genentech). T-cell specific TYK2 knockout (CD4-NPM-ALKLCKTYK2) using the Lck Cre system in a CD4 promoter driven NPM-ALK ALCL mouse model was performed.

Conclusion: TYK2 depletion is lethal in ALCL cell lines and prolongs overall survival in a transgenic mouse model.^ Selective TYK2 inhibitors are currently under development opening a new avenue of potential ALCL therapeutics in the future.

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