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Bibliographic Metadata

Title
STAT3 is a negative regulator of KRAS-induced lung tumorigenesis / submitted by Beatrice Grabner
Additional Titles
STAT3 is a negative regulator of KRAS-induced lung tumorigenesis
AuthorGrabner, Beatrice
CensorCasanova, Emilio
Published2015
DescriptionXV, 15 Bl, 118 S.
Institutional NoteWien, Med. Univ., Diss., 2015
Annotation
Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
LanguageEnglish
Bibl. ReferenceOeBB
Document typeDissertation (PhD)
Keywords (DE)Lungenkrebs / KRAS / STAT3 / tumorsuppressor
Keywords (EN)lung tumorigenesis / KRAS / STAT3 / tumorsuppressor
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-14834 Persistent Identifier (URN)
Restriction-Information
 The work is publicly available
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STAT3 is a negative regulator of KRAS-induced lung tumorigenesis [7.64 mb]
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Abstract (German)

Lungenkrebs ist eine der aggressivsten und tödlichsten Krebserkrankungen. Da die Behandlungsmethoden vor allem in Kirsten-rat sarcoma (KRAS)-mutierten Lungenkarzinom äußerst beschränkt sind, werden neue Behandlungsmöglichkeiten gesucht. Ziel ist es Kooperationspartner oder Signalkaskaden, die durch die KRAS Mutation ausgelöst werden zu blockieren. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Funktion von Signal Transducer and Activator of Transcription 3 (STAT3) im KRAS-mutierten Lungenkarzinom. STAT3 ist vorwiegend für seine pro-onkogene Rolle in Leukämie und kolorektalen Karzinom bekannt wurde aber auch bereits als tumor-suppressiv beschrieben. In vitro- Studien im Lungenkarzinom suggerieren eine pro-onkogene Funktion von STAT3, dennoch fehlen notwenige in vivo Versuche um diese Bedeutung zu bestätigen. Mit Hilfe eines transgenen Mausmodells wird in dieser Arbeit die Funktion von STAT3 während der Lungenkrebsentstehung in vivo erforscht. Die spezifische Aktivierung der KrasG12D Mutation in Lungen-epithelzellen führt zu Lungenkarzinomen, die dem menschlichen Krankheitsbild ähneln. Interessanterweise führte die gleichzeitige genetische Deletion von Stat3 (homo oder heterozygot) in KrasG12D-mutierten, entstehenden Tumorzellen zu einer drastischen Verschlechterung der Überlebensrate der Mäuse im Vergleich zu Kontrolltieren mit endogener Stat3 Expression. STAT3-Knockdown in einer humanen Lungenkrebs-Zelllinie führten ebenso zu einem signifikanten Anstieg in der Wachstumskurve im Xenograft Mausmodel. Diese Modelle bestätigten, dass STAT3 als haploid-insuffizienter Tumor-Suppressor im KRAS-induzierten Lungenkarzinom fungiert. Die Analyse von Patientendaten zeigte, dass die STAT3 Expression in KRAS-mutierten Tumoren signifikant de-reguliert ist im Vergleich zu KRAS-wildtyp Lungenkarzinomen. Desweitern ist die STAT3 Expression in hochgradigen Tumoren signifikant negativ reguliert im Vergleich zu geringgradigen Tumoren. Die Überlebensrate von Lungenkarzinom Patienten (mit oder ohne Raucher-geschichte) zeigte, dass Tumore mit geringerer STAT3 Expression einen deutlich signifikanten Nachteil hatten im Vergleich zu Patienten mit erhöhter STAT3 Expression. Diese Ergebnisse zeigten, dass die de-Regulierung von STAT3 in Patienten eine negative Auswirkung auf den Fortschritt der Erkrankung und die Überlebensrate haben kann. Mechanistisch konnten wir beweisen, dass in Abwesenheit von STAT3 das pro-inflammatorische chemokine (C-X-C motif) ligand 1 (CXCL1, im Menschen als IL-8 bekannt) verstärkt exprimiert wird und daher vermehrt Makrophagen und Granulozyten den Tumor infiltrieren. Außerdem führt eine erhöhte CXCL1/IL-8 Expression zu einer Aktivierung von Endothelzellen, wodurch die Blutversorgung des Tumors verbessert wird. Sowohl eine verbesserte Durchblutung des Tumors als auch die Infiltrierung von Immun-Zellen begünstigen das Tumorwachstum. Durch Blockade dieses Signalweges wird Tumorentstehung, Tumorwachstum und Blutversorgung in Stat3-defizienten Tumoren in vivo unterbunden. Anhand von in vivo und in vitro Modellen zeigen wir, dass STAT3 aktiv mit der p65-Untereinheit von nuklear Faktor kappa B (NFkB) eine Bindung eingeht und es im Zytoplasma zurückhält, was zu einer negativ-Regulation von CXCL-1/ IL-8 führt. Zusammenfassend können wir in dieser Arbeit zeigen, dass STAT3 in KRAS-mutiertem Lungenkarzinom eine wichtige Rolle zur Anti-tumor Bekämpfung durch Inhibition von NFkB induzierter CXCL1/IL-8 Expression beiträgt.

Abstract (English)

Lung cancer belongs to the most aggressive and deadliest diseases. Treatment possibilities, especially for Kirsten-rat sarcoma (KRAS)-mutant lung adenocarcinoma (AC), are limited, since KRAS does not represent a druggable target. Research focus has shifted towards targeting downstream signaling molecules and cooperative partners, including signal transducer and activator of transcription-3 (STAT3). STAT3 is known for its pro-oncogenic function in leukemia and colorectal cancer, although recent data implicated tumor-suppressive function. In lung AC, various in vitro studies suggested an oncogenic role of STAT3; however, in vivo data were missing. With the help of a transgenic mouse model we aimed to elucidate STAT3's functionality during KrasG12D-driven lung cancer development in vivo. Our findings were validated using a human to mouse xenograft model, human lung cancer databases and with a human lung AC cell line in vitro. Hetero- or homozygous deletion of Stat3 in KrasG12D- mutant lung tumors resulted in a drastic survival disadvantage compared to mice with Stat3-competent tumors. Small hairpin-mediated knockdown of STAT3 in xenografted human lung AC cells enhanced tumor growth. Moreover, Stat3-deficient tumors expressed increased levels of the pro-inflammatory chemokine (C-X-C motif) ligand 1 (CXCL1, the human orthologue is IL-8), resulting in infiltration of pro-tumorigenic granulocytes and macrophages and enhanced tumor-angiogenesis. Blockade of CXCL1 signaling cascade reduced tumor formation, growth and vascularization of Stat3-deficient tumors in vivo. Based on in vivo and in vitro models we demonstrate that activated STAT3 retained nuclear factor kappa B (NFkB)-subunit p65 in the cytoplasm to repress CXCL1 expression. Clinically we could show that STAT3 expression is significantly reduced in KRAS mutant compared to KRAS wildtype AC cases. ^Furthermore, high-grade tumors display significantly reduced STAT3 expression levels compared to low-grade cases. Survival analysis of lung AC cases with smoking history demonstrated that patients with low STAT3 expression have a worse prognosis than patients with higher STAT3 expression within the tumors. These results further elucidate that STAT3 de-regulation in patients has a negative impact on tumor progression as well as survival outcome. Altogether, our data demonstrate a tumor suppressive function of STAT3 in KRAS-driven lung cancer through inhibition of NFkB-induced CXCL1/IL-8 expression. This is of particular importance since treatment with STAT3 inhibitors may worsen tumor progression and outcome in a subset of patients, precisely with KRAS mutations. Hence, we recommend that lung AC patients should be stratified according to their driver mutations before treatment with STAT3 inhibitors is considered.

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