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Bibliographic Metadata

Title
Molecular factors driving fibroblast growth factor receptor inhibitor resistance / submitted by Bernhard Englinger, M.Sc.
Additional Titles
Molekulare Resistenzfaktoren gegen Fibroblasten-Wachstumsfaktorrezeptor Inhibitoren
AuthorEnglinger, Bernhard
Thesis advisorBerger, Walter
Published10/2017
Descriptionxviii, 305 Seiten : Illustrationen
Institutional NoteMedizinische Universität Wien, Diss., 2017
Date of SubmissionOctober 2017
LanguageEnglish
Bibl. ReferenceOeBB
Document typeDissertation (PhD)
Keywords (DE)FGFR / Resistenz / Lungenkrebs / Ponatinib / Nintedanib / PD173074 / Fluoreszenz / Liposom
Keywords (EN)FGFR / resistance / lung cancer / ponatinib / nintedanib / PD173074 / fluorescence / liposome
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-12743 Persistent Identifier (URN)
Restriction-Information
 The work is publicly available
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Molecular factors driving fibroblast growth factor receptor inhibitor resistance [30.1 mb]
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Abstract (German)

Lungenkrebs ist als kausativer Faktor in der Statistik krebs-assoziierter Todesfälle weltweit führend. Aufgrund eines meist späten Diagnosezeitpunkts in bereits fortgeschrittenem Stadium, eines oft aggressiven Wachstumsmusters und der limitierten Effizienz systemischer Chemotherapie bleibt die Prognose dieser Erkrankung äußerst schlecht. Große Fortschritte in der Erforschung der molekularbiologischen Grundlagen dieser malignen Erkrankung haben gezeigt, dass Lungenkrebs ein heterogenes Set an molekularen Subtypen umfasst, welche allesamt durch spezifische genetische und epigenetische Veränderungsmuster gekennzeichnet sind. Fibroblasten-Wachstumsfaktorrezeptoren (FGFRs) konstituieren eine Familie von Rezeptor-Tyrosinkinasen (RTKs) mit zentralen physiologischen Funktionen in der humanen Embryonalentwicklung und der Homöostase adulter Gewebe.^ ^Hyperaktivierte oder deregulierte FGFR Signalübertragung ist ein treibender Faktor der Tumorigenese bei multiplen Krebstypen, und so auch im Lungenkrebs. Ein zentrales Anliegen in der Therapieforschung ist daher die Entwicklung von Wirkstoffen, welche spezifisch auf die FGFR-Achse abzielen. Jedoch sind Resistenzmechanismen von Krebszellen gegen solche FGFR Inhibitoren bislang unzureichend erforscht. Außerdem sind die Nebenwirkungen von FGFR-gerichteter Therapie vielseitig aufgrund des breiten biologischen Spektrums der FGFR-Signalachse sowie deren Rolle in der Homöostase vieler Gewebstypen. Die hier vorliegende Dissertation hatte deswegen zum Ziel, die molekularen Mechanismen, welche der intrinsischen und erworbenen Resistenz FGFR1-getriebener Lungenkrebszellen gegen die äußerst wirksamen FGFR Inhibitoren Nintedanib und Ponatinib zugrunde liegen, zu erforschen.^ ^Molekularbiologische Analysen kombiniert mit integrativer Bioinformatik erlaubten uns, ATP-bindende Kassette (ABC)- Transporter-mediierten Efflux sowie die Induktion von MET Rezeptor als Schlüsselmechanismen im adaptiven Nichtansprechen von Lungenkrebszellen gegen diese Inhibitoren zu identifizieren. Folglich könnten ein Wechsel zu FGFR Inhibitoren, welche nicht als ABC Transporter Substrate fungieren, beziehungsweise die Applikation rationaler Kombinationsschemata mit MET-gerichteten Substanzen einer Resistenzentwicklung gegen Nintedanib und Ponatinib entgegenwirken. Untersuchungen zur intrazellulären Distribution dieser FGFR Inhibitoren zeigten überraschenderweise eine selektive Akkumulation von Ponatinib in Adiposomen, sowie von Nintedanib und PD173074, einem weiteren FGFR Inhibitor, in Lysosomen.^ ^Diese Sequestrierungseffekte stellten offensichtlich zell-intrinsische Resistenz-Mechanismen dar, die zur Reduktion zytosolischer Medikamentkonzentration -und somit zur Limitierung der Zytotoxizität- führen. Kombinationstherapie, welche die Integrität der genannten Zell-Organellen kompromitiert, repräsentiert eine mögliche Strategie, um die Arzneimittel-Target Interaktion zu erhöhen. Zuletzt wurde in dieser Arbeit im Rahmen eines Kollaborationsprojekts die biologische Aktivität liposomaler FGFR Inhibitor-Nanoformulierungen untersucht. Dieses Projekt hatte einerseits zum Ziel, die selektive intratumorale Akkumulation der Inhibitoren zu begünstigen, und andererseits, deren systemische Tolerabillität zu erhöhen. Liposomales Detargeting in vitro war gekennzeichnet durch verlangsamte zelluläre Aufnahmekinetik und durch reduzierte Zytotoxizität der nanopartikulären Form im Vergleich zu den jeweiligen freien Substanzen.^ ^Im Allograft in vivo Modell wurden verbesserte Antitumor-Effekte bei systemischer Administrierung von liposomalem Ponatinib, sowie im Gegensatz zur freien Substanz keine nennenswerten Nebenwirkungen registriert. Zusammenfassend wurden in dieser Dissertation neue Faktoren identifiziert, welche das Ansprechen von FGFR-getriebenem Lungenkrebs auf FGFR Inhibitoren beeinflussen. Außerdem wurden Strategien entwickelt, um die Effizienz dieses Therapieansatzes zu erhöhen.

Abstract (English)

<span>Lung cancer accounts for the highest number of cancer-related deaths globally. Due to the frequent diagnosis at advanced stages, aggressive growth patterns and limited efficacy of systemic chemotherapy, prognosis of this disease remains dismal. Major advances in the understanding of the </span><span class="searchterm">molecular</span><span> biology of this disease have revealed that lung cancer comprises a heterogeneous set of </span><span class="searchterm">molecular</span><span> subtypes, all characterized by specific genetic traits driving tumorigenesis. Fibroblast growth factor receptors (FGFRs) constitute a family of receptor tyrosine kinases (RTKs) that exert pivotal physiological functions in human embryonic and adult tissue. Hyperactivated FGFR signaling drives tumorigenesis in multiple cancer types, including lung cancer.^ ^Great effort has been laid on the development of </span><span class="searchterm">molecularly</span><span>-designed compounds that specifically target the FGFR axis. However, cancer cell and microenvironmental resistance mechanisms against FGFR inhibitors arise and are currently poorly understood. Furthermore, side effects of FGFR-targeted therapy are versatile, reflected by the broad biological spectrum of the FGFR signaling axis as well as its involvement in the homeostasis of many tissue types. This study, thus, aimed at dissecting the </span><span class="searchterm">molecular</span><span> mechanisms underlying acquired resistance of FGFR1-driven lung cancer cells against the promising FGFR inhibitors nintedanib and ponatinib.^ ^</span><span class="searchterm">Molecular</span><span> biological analysis in conjunction with integrated bioinformatics revealed ATP-binding cassette (ABC) transporter-mediated drug efflux and the induction of MET receptor to play key roles in the adaptive unresponsiveness of lung cancer cells against these compounds. Consequently, switching to non-ABC-substrate FGFR inhibitors or applying rational combination treatment with MET-targeting agents might circumvent acquired resistance development in case of nintedanib and ponatinib, respectively. Furthermore, characterization of the intracellular distribution of the investigated compounds revealed selective accumulation in lipid droplets for ponatinib and in lysosomes in case of nintedanib and of the experimental FGFR inhibitor PD173074. These sequestration effects represent cell-intrinsic resistance mechanisms by decreasing cytosolic drug concentrations and, thus, to limit cytotoxicity.^ ^Combination approaches compromising the integrity of these organelles represents a promising strategy to increase drug-target interaction. Lastly, in frame of a collaboration project, the biological activity of liposomal FGFR inhibitor nanoformulations was investigated in this thesis with the aim to promote selective drug accumulation at the tumor site as well as to increase systemic tolerability. Liposomal detargeting in vitro was characterized by slower cellular uptake kinetics and reduced activity of nanoparticulate as compared to free drugs. In allograft experiments, antitumor effects were achieved by systemic administration of liposomal ponatinib and, as opposed to the free drug, no adverse effects were observed. Summarizing, in this thesis work, novel factors determining responsiveness of FGFR-driven lung cancer against FGFR inhibitors have been identified and strategies to enhance the effects of this therapeutic option have been developed.</span>

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