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Bibliographic Metadata

Title
The impact of endoplasmic reticulum stress on melanoma progression / submitted by Karin Eigner
Additional Titles
Einfluss von Endoplasmatischen Retikulum Stress auf die Progression des Melanoms
AuthorEigner, Karin
Thesis advisorRöhrl, Clemens
Published2017
Description96 Seiten : Illustrationen
Institutional NoteMedizinische Universität Wien, Diss., 2017
Annotation
Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
Date of SubmissionDecember 2017
LanguageEnglish
Document typeDissertation (PhD)
Keywords (DE)Melanoma / ER Stress / UPR / FGF / 4-PBA
Keywords (EN)Melanoma / ER Stress / UPR / FGF / 4-PBA
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-17554 Persistent Identifier (URN)
Restriction-Information
 The work is publicly available
Files
The impact of endoplasmic reticulum stress on melanoma progression [13.36 mb]
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Classification
Abstract (German)

Das Melanom stellt im Vergleich zum Basalzellkarzinom und Plattenepithelkarzinom die aggressivste Form von Hautkrebs dar und kann je nach Tumordicke, Befall von Lymphknoten und Metastasierungsgrad in verschiedene Stadien eingeteilt werden. Anhand dieser Einteilung kann eine spezifische Behandlung erfolgen, wobei für das metastatische Melanom im Stadium IV die größte Bandbreite an Therapieoptionen zur Verfügung steht. Jedoch zeigen die angewandten Therapien des metastatischen Melanoms bei vielen Patienten schwere Nebenwirkungen und haben nur mäßige, positive Effekte auf die Verlängerung der Lebenszeit. Die Überlebens-Prognose für metastatisches Melanom beträgt zwischen 6 bis 12 Monaten. Die größte Herausforderung in der Entwicklung von spezifischen Krebstherapien stellen die noch zu wenig erforschten Veränderungen dar, die bei der Progression von einer gutartigen zu einer bösartigen Krebszelle stattfinden. Eine wesentliche Rolle in der Entwicklung spielt Endoplasmatischer Retikulum (ER) Stress, der zunächst Signalwege der "Unfolded Protein Response" (UPR) anschaltet um den Anforderungen einer Krebszelle gerecht zu werden. Die UPR wird über drei Signalkaskaden übermittelt: den ATF6-, der PERK- und der IRE1-Signalweg. Kann aber beispielsweise der erhöhten Proteinmenge, falsch gefalteten Proteinen und Hypoxie nicht stand gehalten werden, leiten diese Signalwege Apoptose ein. Eine Krebszelle jedoch kann dies umgehen und sich stattdessen an chronischen Stress adaptieren.

In humanen BRAFV600E mutierten, isogenen Melanomzelllinien wurde in-vitro eine erhöhte UPR Aktivität in den metastasierenden Zellen festgestellt. Aufgrund der Relevanz von ER Stress und der UPR in Krebserkrankungen wurden diese im Zusammenhang mit der Malignität des Melanoms untersucht. In der metastatischen BRAFV600E mutierten Melanomzelllinie konnte gezeigt werden, dass diese Zellen die Fähigkeit besitzen besser mit chemisch induziertem Stress umgehen und diesem standhalten zu können. Zusammen mit der Beobachtung, dass metastatische Melanomzellen erhöhten ER Stress aufweisen, repräsentieren sie ein gutes Modell um den Einfluss von chronischem ER Stress auf die Malignität des Melanoms zu untersuchen und damit auch andere Krebserkrankungen besser zu verstehen. Des weiteren konnte gezeigt werden, dass eine erhöhte Aktivität von zwei Signalwegen der UPR, der ATF6 und PERK Signalweg, jedoch nicht der IRE1 Signalweg, stark mit dem Überleben von Melanompatienten korreliert. In einer Genomexpressionsanalyse wurde eine Verbindung der UPR mit der Expression von Fibroblasten-Wachstumsfaktoren (FGFs) und Migration festgestellt. Die regulatorische Verknüpfung dieser Signalwege konnte in-vitro bestätigt werden, da die erhöhte Expression von FGF1 und FGF2-Wachstumsfaktoren und auch Migration in den metastatischen Melanomzellen durch die ER Stress Reduktion mit 4-Phenylbutyrat (4-PBA) vermindert wurden. Zusätzlich wurde mit der Behandlung von 4-PBA auch die Zellviabilität in metastatischen Melanomzellen erniedrigt. Diese regulatorische Verknüpfung der UPR mit den FGF Signalwegen konnte auch bei der Analyse von Patientendaten demonstriert werden. Die Expression der FGFs zeigten eine Korrelation mit der Aktivität der ATF6 und PERK Signalwege der UPR.

Mit dieser Arbeit konnte eine Verbindung von chronischem ER Stress und der daraus resultierenden erhöhten UPR Aktivität, mit der Regulierung von FGFs und Migration im Melanom aufgedeckt werden. Aufgrund der starken Beeinflussung dieser Signalwege tragen sie zur Malignität des Melanoms bei. Deswegen ist es dringend notwendig Medikamente, wie zum Beispiel Chaperone, die diese Signalkaskaden antagonisieren, anzuwenden. Zusammen mit den bereits vorhandenen Behandlungen für fortgeschrittenes Melanom könnten diese kombiniert werden und einen vielversprechenden Therapieansatz darstellen.

Abstract (English)

Melanoma is the most aggressive type of skin cancer and so far promising therapies for long time survival of patients with advanced stages of melanoma are limited. Unfortunately, the events contributing to the progression of melanoma towards a metastatic phenotype are poorly understood and treatment options remain insufficient and are often accompanied with severe side effects. In the last decade endoplasmic reticulum (ER) stress and the induction of the unfolded protein response (UPR) gained attention, due to its abnormal regulation in several cancer types. ER stress regulates ambiguous events during carcinogenesis by enabling the adaption to altered metabolic demands of a cancer cell as well as the induction of apoptosis. In this thesis the focus was directed on understanding the impact of ER stress and the subsequent unfolded protein response (UPR) in melanoma.

To investigate the role of intrinsic UPR in the progression of melanoma we used isogenic, BRAFV600E-mutated melanoma cell lines. In the publication arising from this thesis we show that the three branches of the UPR (ATF6, PERK and IRE1) were elevated in metastatic compared to non-metastatic melanoma cells. Thus, these melanoma cell lines represent a good model for the investigation of chronic ER stress. In available datasets of human melanoma patients the ATF6 and PERK pathways of the UPR are associated with poor survival, further suggesting a role of the UPR in regulating the conversion towards a metastatic phenotype. Upon acute ER stress induction using thapsigargin, metastatic melanoma cells showed an increased ability to manage ER stress conditions in contrast to non-metastatic cells, providing a survival advantage for metastatic melanoma cells. A whole-genome expression array revealed a link between the UPR activity and the expression of genes involved in migration, invasion and fibroblast growth factors production. Elevated levels of FGF1 and FGF2 in metastatic melanoma cells were reduced after the chemical chaperone 4-PBA was used to ameliorate ER stress. Beneficial effects of 4-PBA-treatment were also observed for migration and cell viability, as both were reduced after ER stress reduction. Additionally, the expression of FGF was correlated with ATF6 and PERK activity in human melanoma patients, confirming the relevance of the in-vitro results.

In this project we revealed that ER stress and the UPR are implicated in melanoma malignancy by up-regulating genes involved in migration, invasion and growth factor production. Therefore, the investigation of drugs intervening with the UPR represents a promising strategy in cancer therapy.

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