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Bibliographic Metadata

Title
Signaling of NRAS mutant melanoma and resulting therapeutic consequences / submitted by Christian Posch
Additional Titles
Signalwege des NRAS mutierten Melanoms und daraus resultierende Therapiemöglichkeiten
AuthorPosch, Christian
Thesis advisorPanzer-Gruemayer, Eva Renate
Published2018
Description124 Seiten
Institutional NoteMedizinische Universität Wien, Dissertation, 2018
Annotation
Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
Date of SubmissionJune 2018
LanguageEnglish
Bibl. ReferenceOeBB
Document typeDissertation (PhD)
Keywords (DE)NRAS / Melanom / Signalweg / Kinase / Therapie / Inhibitor / gezielte Blockade
Keywords (EN)NRAS / melanoma / signaling / kinase / therapy / inhibitor / targeted inhibition
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-16943 Persistent Identifier (URN)
Restriction-Information
 The work is publicly available
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Signaling of NRAS mutant melanoma and resulting therapeutic consequences [5.31 mb]
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Classification
Abstract (German)

NRAS Mutationen finden sich in 15-25% aller Melanome. Die direkte Blockade des mutierten NRAS Proteins ist aus technischen und zell-biologischen Gründen bei Melanompatienten eine bisher ungelöste Herausforderung. Daher zielen derzeitige Therapien darauf ab, aktivierte nachgeschaltete Signalwege des mutierten NRAS Proteins zu unterdrücken. NRAS aktiviert eine Vielzahl von Signalkaskaden. Darunter finden sich unter anderem der MAPK, der PI3K/AKT/AKT und der Zellzyklus Signalweg. In den wissenschaftlichen Projekten die zu dieser PhD Arbeit geführt haben, untersuchten wir die Auswirkungen von Inhibitoren in diesen drei Signalwegen. Wir zeigten, dass NRAS mutierte Melanomzellen ausgesprochen sensitiv auf die Blockade von MEK reagieren. Eine synergistische Wachstumshemmung konnte mit der Kombination aus MEK+PI3K/mTOR1,2 und MEK+Plk1 Inhibitoren gezeigt werden. Unsere Untersuchungen unterstreichen daher die Wertigkeit des PI3K/AKT/mTOR und Zellzyklus Signalwegs in der Homeostase von NRAS mutierten Zellen. Diese Kombinationstherapien konnten in vitro aber auch in vivo in Xenograft Mausmodellen das Tumorwachstum blockieren und zur Größenreduktion der Tumoren beitragen. Weiters konnten wir in einem Modell mit genetisch modifizierten humanen Melanozyten weitere potentielle Zielstrukturen für die Therapie des Melanoms identifizieren. NRAS(G12) mutierte Zellen zeigten eine verstärkte Aktivierung von PIM2, NRAS(Q61) mutierte Zellen eine stärkere CK2a Aktivität. Die Ergebnisse unserer Studien weisen darauf hin, dass MEK+PI3K/mTOR1,2 und MEK+Plk1 Kombinationen für die Therapie des NRAS mutierten Melanoms genutzt werden könnten. Ebenso zeigen die präklinischen Daten dieser Studien, dass Codon 12 und Codon 61 mutierte NRAS Zellen divergente, zelluläre Eigenheiten aufweisen, die für die Entwicklung mutations-spezifischer Therapien genützt werden könnten.

Abstract (English)

Genes of the Rat Sarcoma (RAS) family are frequently mutated in malignancies of various etiologies. Neuroblastoma-RAS (NRAS) mutations are particularly common in malignant melanoma and occur in 15-25% of all cases. Because direct targeting of the mutant protein has yet not been possible in a clinical setting, the majority of modern targeted treatment approaches aims at indirectly blocking NRAS by interfering with its downstream signaling effectors.

Studies indicate, that NRAS activates a variety of different downstream signaling cascades including, but not limited to the MAPK, PI3K/AKT/mTOR and cell cycle pathways. In the projects that led to this PhD thesis, we therefore evaluated the influence of various inhibitors within the above-mentioned pathways using in vitro and in vivo mouse xenograft models of NRAS mutant melanoma. Our results revealed a marked sensitivity of cells to targeted MEK inhibition. Results also suggest that PI3K/AKT/mTOR signaling and cell cycle regulation genes are critical for activated NRAS cell homeostasis. Importantly, combined blocking of MEK+PI3K/mTOR1,2 and MEK+Plk1 triggered marked tumor cell apoptosis and cell cycle arrest. These two small molecule composites were superior to MEK inhibition alone and a variety of different other inhibitor combinations. We also showed that combined MEK+PI3K/mTOR1,2 as well as MEK+Plk1 blockade is synergistic when specific inhibitor ratios are used.

In another project, we discovered new targets for indirect NRAS inhibition using genetically modified model systems of NRAS mutant cells and omic-scale, computer-assisted discovery tools. Our findings revealed that genectic alterations in the two mutational hotspots of NRAS located in codon 12 and 61, elicit different downstream signals that can be used for mutations-specific targeted blockade. PIM2 activity prevailed in NRAS(G12) cells and CK2a activity in NRAS(Q61) mutants.

Together, these results suggest that targeting both, the MEK and PI3K/AKT/mTOR pathways, as well as the MEK and Plk1/cell cycle pathways have anti-tumor activity. Pending further testing, such composites might serve as potential therapeutic options for patients with NRAS mutant melanoma in the future. Our data further imply that mutation-specific, personalized targeted inhibition may pave the way to individualized therapeutic strategy for a disease with currently very limited effective therapies.

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