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Bibliographic Metadata

Title
Introducing a novel treatment approach and deciphering tumor heterogeneity in MYCN-amplified neuroblastoma / submitted by Dominik Bogen
Additional Titles
Präsentation eines neuen Therapieansatzes und Entschlüsselung der Tumorheterogenität von MYCN-amplifizierten Neuroblastomen
AuthorBogen, Dominik
CensorAmbros, Peter
Published2015
DescriptionXII, 179 Bl. : Ill.
Institutional NoteWien, Med. Univ., Diss., 2015
Annotation
Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
Zsfassung in dt. Sprache
LanguageEnglish
Bibl. ReferenceOeBB
Document typeDissertation (PhD)
Keywords (DE)Neuroblastom / MYCN / AURKB / Hochdurchsatz- Screening / Barasertib / Intratumorheterogenität / Uniparentale Disomie
Keywords (EN)Neuroblastoma / MYCN / AURKB / high-throughput screening / barasertib / intratumor heterogeneity / Uniparental disomy
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-14945 Persistent Identifier (URN)
Restriction-Information
 The work is publicly available
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Introducing a novel treatment approach and deciphering tumor heterogeneity in MYCN-amplified neuroblastoma [7.06 mb]
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Classification
Abstract (German)

Das Neuroblastom (NB) ist eine der am häufigsten auftretenden Krebsarten im frühen Kindesalter und geht mit einer ausgeprägten Heterogenität bezüglich der Tumorbiologie und des klinischen Verhaltens einher. Neuroblastome werden, abhängig von Diagnosealter, der Tumorlokalisation und -abgrenzung sowie dem Vorliegen von gewissen Tumormarkern, in prognostische Gruppen mit sehr niedrigem bis hohem Risiko stratifiziert. Die derzeitige, multimodale Therapie ist für etwa 50% der Hochrisiko-Patienten unzureichend, da diese häufig refraktäre und rezidivierende Tumoren, die mit einer schlechten Überlebensrate behaftet sind, haben. Neue Behandlungsansätze sind daher für diese Patienten erforderlich.

In dieser Dissertation beschreibe ich eine Strategie der Integration von Daten aus RNAi- und Arzneimittelscreens zur Identifizierung von neuen Zielgenen und Medikamenten, die in der Therapie von Hochrisiko-Patienten Anwendung finden könnten. Inhibierung der mitotischen Kinase AURKB durch den selektiven Inhibitor Barasertib erwies sich als vielversprechend um das Zellwachstum zu unterbinden. Die Sensitivität von Zelllinien mit MYCN-Amplifikation und Wildtyp-TP53 lag dabei weitaus höher als die von Linien ohne Amplifikation oder mit TP53- Mutationen. Die Wirksamkeit von Barasertib ist jedoch wahrscheinlich auch von der Expression des ABC-Transporters ABCB1 abhängig, welche mit einer erhöhten Toleranz gegenüber gewissen Medikamenten einhergehen kann. Barasertib supprimierte außerdem das Wachstum von Xenotransplantaten in einem Mausmodel der MYCNamp/TP53wt-Zelllinie IMR32 sehr erfolgreich. Basierend auf unseren Erkenntnissen, dass MYCN die Expression von AURKB regeln kann und dass ein hoher AURKB-Spiegel mit einer schlechten Überlebenswahrscheinlichkeit bei NB-Patienten assoziiert ist, sind wir der Auffassung, dass die Inhibierung dieser Kinase eine neue und valide Therapiestrategie für Hochrisiko-Patienten mit MYCN-amplifizierten und Wildtyp-TP53 Tumoren sein könnte.

Bereits die Detektion einer kleinen, subklonalen Zellpopulation mit einer Amplifikation des MYCN-Onkogens kann zu einer Erhöhung des Risikoprofils und zur Einstufung des Patienten in ein aggressiveres Therapieprotokol führen obwohl das klinische Verhalten dieser Tumore noch nicht ausreichend untersucht ist. Um Neuroblastomen mit heterogener MYCN-Amplifikation (hetMNA) umfassender biologisch und genetisch zu charakterisieren und dies in Relation zu ihrem klinischen Verhalten zu setzen haben wir Tumorgenome von 26 NB-Patienten, in denen bereits intra-tumorale MYCN-Heterogenität mittels FISH nachgewiesen war, mit hochauflösenden SNP arrays analysiert. Wir konnten einen klaren Unterschied bezüglich des Diagnosealters feststellen: Die meisten Patienten unter 18 Monaten hatten lokalisierte, aneuploide Tumoren mit ausschließlich nummerischen chromosomalen Aberrationen oder zusätzlich einigen segmentalen chromosomalen Aberrationen (SCAs) und sprachen gut auf die jeweilige Therapie an. Tumoren von älteren Patienten waren hingegen mehrheitlich metastasierend, di-/tetraploid, wiesen viele SCAs auf und waren assoziiert mit einer schlechten Überlebenswahrscheinlichkeit. In fast allen aneuploiden, jedoch nicht in di-/tetraploiden Tumoren, konnten wir Chromosomen mit uniparentaler Di- oder Trisomie (UPD/UPT) finden. Während das Auftreten von UPD11 auf die Gruppe von Patienten, die jünger als 18 Monate waren, beschränkt war, konnte UPD14 nur bei älteren Patienten gefunden werden. Auch Deletionen im ATRX-Gen und Anzeichen für alternative lengthening of telomeres (ALT) waren ausschließlich in der älteren Gruppe zu verzeichnen. Wir schlussfolgerten daher, dass die biologische und prognostische Relevanz des MYCN-amplifizierten Subklons in genetisch heterogenen Neuroblastomen stark von zusätzlichen Faktoren abhängt. Diese sollten in der Risikostratifizierung besonders bei jüngeren Patienten (unter 18 Monate) mit hetMNA-Neuroblastomen berücksichtigt werden.

Abstract (English)

Neuroblastoma (NB) is one of the most common cancers during childhood and wildly heterogeneous in tumor biology and clinical behavior. On the one hand, NB has an unusually high rate of spontaneous regression or maturation and on the other disproportionally responsible for cancer-related deaths in children. NB tumors can range from very low- to high-risk depending on patient age at diagnosis, tumor localization and confinement as well as the presence of specific marker mutations. The current multimodality therapy is inadequate for 50% of the patients with high-risk disease who have refractory or ultimately relapsing tumors and a poor outcome. For these patients, new treatment approaches are desperately needed. In this dissertation, I am describing a strategy to identify novel targets and agents for therapy for high-risk NB. By RNAi screening of the druggable genome, we identified the mitotic kinase AURKB among other cell-cycle genes to be a genetic dependency for cell survival in NB.

Additionally, the AURKB-selective inhibitor barasertib was found to be highly active in a drug screen of compounds targeting genes and pathways with relevance in oncology. NB cell lines with MYCN amplification (MNA) and wild-type TP53 proved to be more sensitive to the compound than cell lines without amplification or mutant TP53. The efficacy of barasertib, however, may also depend on drug-resistance mechanisms including high expression of the ABC transporter ABCB1 in NB according to our preliminary data which indicated that barasertib is a substrate of ABCB1. In agreement with the in vitro results, barasertib effectively suppressed tumor growth in a xenograft mouse model of the MYCNamp/TP53wt cell line IMR32. Due to our discovery that MYCN can regulate AURKB expression and a high AURKB level associates with poor patient survival, we consider inhibition of the kinase to be a new rational therapeutic strategy for high-risk NB tumors with MNA and wild-type TP53.

MNA is the signature mutation of 20-25% of NB tumors and detection in only a small subclonal fraction of cells leads to the upstaging of a patient and often the assignment to an aggressive treatment protocol.

Yet, a comprehensive biological and genetic characterization of tumors with heterogeneous MYCN amplification (hetMNA) with respect to clinical behavior has only been recently attempted by two groups. In our study, we examined 26 patients with known hetMNA status as determined by fluorescence in situ hybridization (FISH) using ultra-high density SNP (single nucleotide polymorphism) array analysis. We detected a high variability in the genomic profile of these tumors ranging from numerical chromosomal aberrations (NCAs) -only to highly rearranged profiles with many accompanying segmental chromosomal aberrations (SCAs). There was a clear difference of hetMNA tumors in regard to patient age at diagnosis. Most patients younger than 18 months presented with localized, aneuploid tumors with either NCA-only or mixed profiles with a few SCAs that responded well to therapy. Tumors of older patients, on the contrary, were more often metastatic, di-/tetraploid, displayed a multitude of SCAs and associated with a poor overall survival. Additionally, we detected numerous chromosomes with uniparental disomy (UPD) in almost all aneuploid but not in di-/tetraploid tumors. Whereas UPD11 (UPD of chromosome 11) was confined to tumors in the group younger than 18 months, UPD14 was found only in older patients. We also identified deletions of ATRX and alternative lengthening of telomeres (ALT) exclusively in the older age group. In summary, we concluded that the biological and prognostic relevance of the MNA subclone in a heterogeneous tumor greatly depends on additional factors which need to be taken into consideration when stratifying the risk for a patient and making a treatment decision.

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