Ovarian cancer results in more deaths per year than any other cancer of the female reproductive system. The low survival rate is partly due to the lack of early detection and the susceptibility to relapse. The AKT serine threonine kinase plays a pivotal role in hallmark cellular processes for the progression of ovarian cancer, including tumor cell growth and migration. Therapeutic targeting of pan-AKT has been problematic, in part due to feedback mechanisms and crosstalk with other pathways. The hypothesis for this study is that AKT 1, -2 and -3 isoforms may have different roles and regulate cell processes in uniquely varied ways. A transgenic mouse model that expresses the SV40 T-antigen viral oncogene and is known to have dramatically increased susceptibility to ovarian cancer was utilized, and it had genetic inactivation of either AKT1 or AKT2 through targeted deletion of the individual genes because these isoforms have been implicated in this cancer. Primary ovarian tumor cell cultures were established and found to exhibit different morphology, proliferation and migration that may indicate a different role for the AKT1 and AKT2 isoforms in these contexts. Ovarian tumor cells with absence of AKT1 predominantly exhibited reduced cell migration when compared to cells with retention of AKT1 and absence of AKT2. Since AKT is known to be important for epithelial-mesenchymal transition (EMT), a process potentially associated with tumor cell metastasis, the expression of transcription factors implicated in EMT was assessed by real-time array analysis in ovarian tumor cells knocked-out for either AKT1 or AKT2. Twist1, one of the major players in EMT, was not detectable in the cells missing the AKT1 isoform. Results indicate an association of Twist1 with AKT1 in EMT and migration of ovarian tumors cells. This finding is significant because AKT2 has been implicated as the major player of cell migration in human breast cancer iv cells. Collectively, these findings support a tissue specific role of the AKT isoforms, and may provide insights regarding the most useful cell context in order to target components of the AKT signaling pathway indirectly affecting EMT in order to prevent tumor progression in patients with ovarian and perhaps other types of cancers

Spinale Meningeome machen ca. 30% von allen intradural-extramedullären Läsionen aus. Die Literatur, die sich mit spinalen Meningeomen beschäftigt hat, ist rar. Bisher ist nur wenig über das molekulare Profil von spinalen Meningeomen und seine klinischen Auswirkungen bekannt. Fragestellung: 1. Was sind die Prädilektionsstellen für spinale Meningeome und korrelieren diese mit dem postoperativen neurologischen Status? 2. Was sind die Risikofaktoren für die Entstehung eines Tumorrezidivs? 3. Welche Faktoren minimieren die Wahrscheinlichkeit einer vollständigen Resektion der spinalen Meningeome? 4. Lassen sich Meningeome anhand ihres molekularen Profils klassifizieren? Material und Methoden: Diese retrospektive Arbeit befasste sich mit Patienten, welche an einem spinalen Meningeom im Zeitraum von 1993 bis 2020 in der Klinik für Neurochirurgie am Universitätsklinikum „Carl Gustav Carus“ operiert wurden. Dabei wurde besonderes Augenmerk auf die klinischen und genomischen Merkmale der spinalen Meningeome gelegt. Insgesamt wurden 101 Patienten mit 104 spinalen Meningeomen in diese Untersuchung eingeschlossen. Deren Krankenakten systematisch erfasst und statistisch ausgewertet wurden. Klinisch, bildmorphologische sowie histopathologische Daten wurden analysiert. Des Weiteren wurden klinische Parameter mit Sequenzierungsergebnissen in einer gut charakterisierten Kohorte von 47 Patienten korreliert. Ergebnisse: Das mediane Alter aller Patienten in dieser Arbeit betrug 69 Jahre. Die Mehrheit der Tumore in dieser Studie war in der Brustwirbelsäule lokalisiert (56,7%). Die häufigsten neurologischen Symptome waren sensomotorische Defizite und Gangstörungen. Meningeome der BWS gingen am häufigsten mit präoperativen neurologischen Defiziten einher (p=0,005). Lediglich bei einem Patienten (0,9 %) wurde eine permanente, chirurgisch-bedingte, neurologische Verschlechterung beobachtet. Es ließ sich feststellen, dass Foramen magnum-Meningeome im Vergleich mit Meningeomen anderer Lokalisationen am häufigsten mit postoperativen neurologischen Defiziten assoziiert waren (p=0,01). Insgesamt konnte eine Verbesserung des funktionellen Outcomes durch die chirurgische Intervention gezeigt werden (67 von 104, p=0,00001). Damit profitieren die Patienten von einer Operation. Unabhängig vom präoperativen Status ist postoperativ mit einer Verbesserung des Outcomes zu rechnen. Es ließ sich in dieser Arbeit kein Einfluss von Resektionsgrad, histologischen Grad und Subtyp sowie Lokalisation des Tumors auf das Rezidiv nachweisen. Ein Ki-67-Index > 5% hat sich in dieser Untersuchung als einziger Prädiktor für ein Rezidiv spinaler Meningeome bewährt (p=0,0436). Die molekulare Untersuchung von 47 Patienten mit verfügbarem Material zeigt, dass AKT1-Mutationen ein häufiges genomisches Ereignis bei spinalen Meningeomen darstellen. Die Mehrzahl der AKT1-mutierten Meningeome trat bei männlichen Patienten auf (p=0,0175), war in der Halswirbelsäule, ventral des Rückenmarks lokalisiert (p=0,0304 bzw. p=0,0044) und wies eine meningotheliale Histologie auf (p=0,0339). Bezüglich der NF2-mutierten spinalen Meningeome konnte gezeigt werden, dass diese vor allem in der Brustwirbelsäule lokalisiert sind. Sie waren alle AKT1-Wildtyp-Meningeome und traten ausschließlich bei weiblichen Patienten auf. Ein bisher nicht beschriebenes Merkmal ist, dass alle verkalkten Meningeome in unserer Kohorte eine NF2-Mutation aber keine AKT1-Mutation aufwiesen (p=0,0061). Diese Ergebnisse zeigen abermals eine starke Korrelation zwischen den klinischen und genomischen Parametern spinaler Meningeome. Schlussfolgerung: Die Prognose der Patienten mit spinalen Meningeomen nach vollständiger Resektion ist sehr gut. Die Resektion spinaler Meningeome geht mit niedrigen Komplikationsraten sowie einem guten langfristigen funktionellen Ergebnis einher. Diese Studie verbessert unser Verständnis der Pathobiologie spinaler Meningeome und kann das Design klinischer Studien optimieren. Darüber hinaus kann die ungünstige Lokalisation und Konsistenz häufig die vollständige Resektion behindern, was bei einigen Autoren als ein unabhängiger Risikofaktor für ein Tumorrezidiv gilt. Angesichts dieser chirurgischen Herausforderungen könnte die Aufnahme betroffener Patienten in Studien, in denen die Wirksamkeit von AKT-Inhibitoren (z.B. Afuresertib, ClinicalTrials.gov NCT02523014) untersucht wird, sinnvoll sein. Ein solcher Ansatz erfordert das Screening spinaler Meningeomen auf AKT1-Mutationen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass ein Großteil spinaler Meningeome eine AKT1-Mutation und eine weitere, noch größere Gruppe, eine NF2-Mutation aufweisen und daher möglicherweise einer zielgerichteten Therapie zugänglich sind. Weitere Studien sind erforderlich, um den Einfluss relevanter Mutationen auf das Rezidivverhalten zu untersuchen und Meningeompatienten zu identifizieren, die den größtmöglichen Nutzen aus gezielten Therapiestrategien ziehen können.:INHALTSVERZEICHNIS III 1 EINLEITUNG 9 1.1 Definition 9 1.2 Epidemiologie 9 1.3 Lokalisation und Ursprung 9 1.4 Ätiologie 11 1.5 Klinisches Erscheinungsbild 11 1.6 Bildgebung 13 1.7 Klassifizierung und Subtypen 14 1.7.1 WHO-Grad 1 15 1.7.2 WHO-Grad 2 15 1.7.3 WHO-Grad 3 16 1.8 Meningeomwachstum und -rezidiv 16 1.9 Therapie spinaler Meningeome 17 1.9.1 Chirurgische Therapie 17 1.9.2 Radiotherapie 18 1.9.3 Chemotherapie 18 1.10 Verlaufskontrolle 18 1.11 Molekulare Alterationen in Meningeomen 19 1.11.1 NF2-Mutation 20 1.11.2 AKT1E17K-Mutation 20 2 ZIELSETZUNG UND BEDEUTUNG DER STUDIE 22 3 METHODIK 23 3.1 Studientyp 23 3.2 Patientenpopulation und Gewebeproben 23 3.3 Diagnostik und Klassifizierung 23 3.4 Prä- und postoperativer klinischer Zustand 24 3.5 Operation 24 3.6 Nachsorge 25 3.7 Neuropathologische Untersuchung 25 3.8 DNA-Sequenzierung und molekulare Charakterisierung 25 3.9 Statistische Analyse 27 4 ERGEBNISSE 28 4.1 Beschreibung der Patientenkohorte 28 4.2 Demographische Daten 28 4.2.1 Geschlechtsverteilung 28 4.2.2 Patientenzahl / Alter 29 4.2.3 Nebenerkrankungen 30 4.3 Bildgebung 32 4.4 Tumorlokalisation 33 4.4.1 Lokalisation nach Wirbelsäulenabschnitten 33 4.4.2 Lokalisation in Bezug auf das Myelon 34 4.4.3 Lokalisation in Bezug auf die Dura 34 4.5 Beispiele von spinalen Meningeomen 34 4.5.1 Fall 1 35 4.5.2 Fall 2 36 4.5.3 Fall 3 37 4.6 Chirurgische Therapie 37 4.6.1 Zugangsarten 38 4.6.2 Resektionsgrad 39 4.7 Histologie 39 4.8 Perioperative Komplikationen und Mortalität 40 4.9 Prä- und postoperativer neurologischer Zustand 41 4.9.1 Klinischer Zustand in Korrelation mit der Lokalisation des Meningeoms 43 4.10 Follow-up 49 4.10.1 Einfluss der Meningeomlokalisation auf das progressionsfreie Überleben (PFS) 51 4.10.2 Einfluss der Operationsradikalität und der Histologie auf die Rezidivrate 53 4.10.3 Einfluss des Proliferationsindex Ki-67 auf das Rezidiv 56 4.11 AKT1-Mutation 60 4.12 NF2-Mutation 62 5 DISKUSSION 65 5.1 Klinische Analyse 65 5.2 Molekulare Analyse 72 6 ZUSAMMENFASSUNG 76 7 SUMMARY 79 8 LITERATURVERZEICHNIS 81 9 DANKSAGUNG 91 / Spinal meningiomas account for approximately 30% of all intradural extramedullary lesions. The literature dealing with spinal meningiomas is scarce. Little is known about the molecular profile of spinal meningiomas and its clinical implications. This retrospective study describes the clinical and genomic characteristics of patients with spinal meningioma. Particular attention was given to the clinical and genomic characteristics of spinal meningiomas. Question: 1. What are the predilection sites for spinal meningiomas and how do they correlate with the postoperative neurological status? 2. What are the risk factors for tumor recurrence? 3. What factors minimize the likelihood of complete resection of spinal meningiomas? 4. Can NF2 and AKT1 mutant meningiomas be distinguished from each other on the basis of clinical or histological features? Material and Methods: A total of 101 patients with 104 spinal meningiomas, who underwent surgery in the period from 1993 to 2020 in the Department of Neurosurgery at the University Hospital 'Carl Gustav Carus' were included in this study. Their medical records were systematically reviewed and statistically evaluated. Clinical, image morphological and histopathological data were analyzed. Furthermore, clinical parameters were correlated with sequencing results in a well-characterized cohort of 47 patients. Results: The median age of all patients in this work was 69 years. The majority of tumors in this study were located in the thoracic spine (56.7%). The most common preoperative neurological symptoms were sensorimotor deficits and gait disturbances. Meningiomas of the thoracic spine were most frequently associated with preoperative neurological deficits (p=0.005). Consequently, permanent surgery-related neurological deterioration was rarely observed in this series (0.9% of cases), while surgical intervention significantly improved patients’ functional outcome (67 out of 104 patients p=0.00001). Regardless of the preoperative status, an outcome improvement can be expected postoperatively. In this work, neither the degree of resection, nor the histological degree or tumor localization influenced tumor recurrence, while a Ki-67 index of > 5% was the only predictor for recurrence in spinal meningiomas (p=0.0436). Furthermore, we correlated clinical parameters with the molecular status in a subset of 47 patients. Herein we show that AKT1 mutations are a common genomic event in spinal meningiomas (21.2%). The majority of AKT1-mutated meningiomas occurred in male patients (p=0.0175), were located in the cervical spine and anterior to the spinal cord (p=0.0304 and p=0.0044, respectively), and had meningothelial histology (p=0.0339). In contrast, NF2-mutated spinal meningioma were all located in the thoracic spine and occurred only in female patients. Moreover, all calcified meningiomas were NF2-mutant (p=0.0061). Our results show a significant correlation between the AKT1/NF2 mutation status with the histological subtype and the meningioma localization. Conclusion: The prognosis of a spinal meningioma patients treated with complete resection is very good, with low complication rates and a good long-term functional outcome. This study improves our understanding of the pathobiology of spinal meningiomas and may optimize designing clinical trials. In addition, the unfavorable location and consistency can often impede complete resection, which some authors consider to be an independent risk factor for tumor recurrence. Given these surgical challenges, enrolling affected patients in trials evaluating the efficacy of AKT inhibitors (e.g. afuresertib, ClinicalTrials.gov NCT02523014) of clinical interest. Such an approach requires the screening of spinal meningiomas for AKT1 and NF2 mutations. Taken together, we have identified two predominant molecular subgroups in WHO-grade 1 SM, characterized by AKT1 and NF2 mutations. Both mutations are mutually exclusive and are associated with distinct patient characteristics and tumor features. AKT1-mutant meningiomas originate in the cervical spine ventrally to the spinal cord, are almost exclusively associated with meningothelial histology and exhibit no calcifications on imaging. In contrast, NF2-mutant meningiomas show strong female gender predominance, arise with a wider anatomic distribution, although most frequently in the thoracic spine dorsally to the spinal cord, and can be calcified while displaying variable histologic subtypes. Further studies are needed to investigate the impact of relevant mutations on recurrence and to identify patients who can derive maximum benefit from targeted therapy strategies.:INHALTSVERZEICHNIS III 1 EINLEITUNG 9 1.1 Definition 9 1.2 Epidemiologie 9 1.3 Lokalisation und Ursprung 9 1.4 Ätiologie 11 1.5 Klinisches Erscheinungsbild 11 1.6 Bildgebung 13 1.7 Klassifizierung und Subtypen 14 1.7.1 WHO-Grad 1 15 1.7.2 WHO-Grad 2 15 1.7.3 WHO-Grad 3 16 1.8 Meningeomwachstum und -rezidiv 16 1.9 Therapie spinaler Meningeome 17 1.9.1 Chirurgische Therapie 17 1.9.2 Radiotherapie 18 1.9.3 Chemotherapie 18 1.10 Verlaufskontrolle 18 1.11 Molekulare Alterationen in Meningeomen 19 1.11.1 NF2-Mutation 20 1.11.2 AKT1E17K-Mutation 20 2 ZIELSETZUNG UND BEDEUTUNG DER STUDIE 22 3 METHODIK 23 3.1 Studientyp 23 3.2 Patientenpopulation und Gewebeproben 23 3.3 Diagnostik und Klassifizierung 23 3.4 Prä- und postoperativer klinischer Zustand 24 3.5 Operation 24 3.6 Nachsorge 25 3.7 Neuropathologische Untersuchung 25 3.8 DNA-Sequenzierung und molekulare Charakterisierung 25 3.9 Statistische Analyse 27 4 ERGEBNISSE 28 4.1 Beschreibung der Patientenkohorte 28 4.2 Demographische Daten 28 4.2.1 Geschlechtsverteilung 28 4.2.2 Patientenzahl / Alter 29 4.2.3 Nebenerkrankungen 30 4.3 Bildgebung 32 4.4 Tumorlokalisation 33 4.4.1 Lokalisation nach Wirbelsäulenabschnitten 33 4.4.2 Lokalisation in Bezug auf das Myelon 34 4.4.3 Lokalisation in Bezug auf die Dura 34 4.5 Beispiele von spinalen Meningeomen 34 4.5.1 Fall 1 35 4.5.2 Fall 2 36 4.5.3 Fall 3 37 4.6 Chirurgische Therapie 37 4.6.1 Zugangsarten 38 4.6.2 Resektionsgrad 39 4.7 Histologie 39 4.8 Perioperative Komplikationen und Mortalität 40 4.9 Prä- und postoperativer neurologischer Zustand 41 4.9.1 Klinischer Zustand in Korrelation mit der Lokalisation des Meningeoms 43 4.10 Follow-up 49 4.10.1 Einfluss der Meningeomlokalisation auf das progressionsfreie Überleben (PFS) 51 4.10.2 Einfluss der Operationsradikalität und der Histologie auf die Rezidivrate 53 4.10.3 Einfluss des Proliferationsindex Ki-67 auf das Rezidiv 56 4.11 AKT1-Mutation 60 4.12 NF2-Mutation 62 5 DISKUSSION 65 5.1 Klinische Analyse 65 5.2 Molekulare Analyse 72 6 ZUSAMMENFASSUNG 76 7 SUMMARY 79 8 LITERATURVERZEICHNIS 81 9 DANKSAGUNG 91

Neste estudo, geramos ensaios de espectrometria de massa para detecção de 111 mutações nos genes RET, BRAF, NRAS, HRAS, KRAS, PIK3CA e AKT1 e avaliamos inúmeras linhagens celulares e tumores tiroidianos. Mostramos que as mutações dos genes BRAF e RAS refletem prognósticos distintos e que as mutações BRAF são altamente prevalentes em câncer metastático. Mutações dos genes PIK3CA e AKT1, esta última sendo reportada pela primeira vez no câncer de tiróide, são relativamente frequentes neste câncer. Avaliamos ainda a função do microRNA let-7 neste câncer. Mostramos que a ativação do rearranjo RET/PTC3 em células de tiróide PCCl3 reduz a expressão de let-7. Além disso, a transfecção deste microRNA em células TPC-1, que apresentam o rearranjo RET/PTC1, inibe a fosforilação de ERK, o crescimento celular e modula a expressão de genes do ciclo celular e diferenciação. Estes dados contribuem na aplicação de terapias dirigidas a efetores das vias PI3K e MAPK no câncer de tiróide, além de salientar o envolvimento do miRNA let-7 como um gene supressor tumoral nesta doença. / In this study, we designed an assay panel for genotyping 111 mutations by mass spectrometry in RET, BRAF, NRAS, HRAS, KRAS, PIK3CA, AKT1 and other related genes in many thyroid cancer cell lines and tumors. We show that patients with BRAF and RAS mutations have distinct prognosis and that BRAF mutations are highly prevalent in metastatic thyroid cancers. Mutations of PIK3CA and AKT1, the latter not previously described in this disease, are comparatively frequent in thyroid cancers. In addition, we evaluated the role of let-7 microRNA in this cancer. We show that RET/PTC3 activation in PCCl3 thyroid cells reduces let-7 expression. Moreover, transfection of let-7 in TPC-1 cells, which harbor RET/PTC1 rearrangement, inhibits MAPK activation, reduces cell growth and modulates the expression of cell cycle and differentiation genes. These findings may contribute to the design of therapies directed at MAPK and PI3K effectors and to highlight the function of let-7 as tumor suppressor gene in thyroid cancer.

Neste estudo, geramos ensaios de espectrometria de massa para detecção de 111 mutações nos genes RET, BRAF, NRAS, HRAS, KRAS, PIK3CA e AKT1 e avaliamos inúmeras linhagens celulares e tumores tiroidianos. Mostramos que as mutações dos genes BRAF e RAS refletem prognósticos distintos e que as mutações BRAF são altamente prevalentes em câncer metastático. Mutações dos genes PIK3CA e AKT1, esta última sendo reportada pela primeira vez no câncer de tiróide, são relativamente frequentes neste câncer. Avaliamos ainda a função do microRNA let-7 neste câncer. Mostramos que a ativação do rearranjo RET/PTC3 em células de tiróide PCCl3 reduz a expressão de let-7. Além disso, a transfecção deste microRNA em células TPC-1, que apresentam o rearranjo RET/PTC1, inibe a fosforilação de ERK, o crescimento celular e modula a expressão de genes do ciclo celular e diferenciação. Estes dados contribuem na aplicação de terapias dirigidas a efetores das vias PI3K e MAPK no câncer de tiróide, além de salientar o envolvimento do miRNA let-7 como um gene supressor tumoral nesta doença. / In this study, we designed an assay panel for genotyping 111 mutations by mass spectrometry in RET, BRAF, NRAS, HRAS, KRAS, PIK3CA, AKT1 and other related genes in many thyroid cancer cell lines and tumors. We show that patients with BRAF and RAS mutations have distinct prognosis and that BRAF mutations are highly prevalent in metastatic thyroid cancers. Mutations of PIK3CA and AKT1, the latter not previously described in this disease, are comparatively frequent in thyroid cancers. In addition, we evaluated the role of let-7 microRNA in this cancer. We show that RET/PTC3 activation in PCCl3 thyroid cells reduces let-7 expression. Moreover, transfection of let-7 in TPC-1 cells, which harbor RET/PTC1 rearrangement, inhibits MAPK activation, reduces cell growth and modulates the expression of cell cycle and differentiation genes. These findings may contribute to the design of therapies directed at MAPK and PI3K effectors and to highlight the function of let-7 as tumor suppressor gene in thyroid cancer.

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