Thesis (doctoral)--University of St. Gallen, 2007.

Zugl.: Düsseldorf, Univ., Diss., 2005

Thesis (doctoral)--Universität, Regensburg, 2006. / Includes bibliographical references.

Zugl.: Tübingen, Univ., Diss., 2006

Zugl.: Bonn, Univ., Habil.-Schr., 2008/2009

Master-Arbeit Univ. St. Gallen, 2007.

Colorectal Cancer (CRC) is the third most common cancer in the US. The majority of CRC cases are due to deregulated WNT-signalling pathway. These alterations are mainly caused by mutations in the tumour suppressor gene APC or in CTNNB1, encoding the key effector protein of this pathway, β-Catenin. In canonical WNT-signalling, β-Catenin activates the transcription of several target genes, encoding for proteins involved in proliferation, such as MYC, JUN and NOTCH. Being such a critical regulator of these proto-oncogenes, the stability of β-Catenin is tightly regulated by the Ubiquitin-Proteasome System. Several E3 ligases that ubiquitylate and degrade β-Catenin have been described in the past, but the antagonists, the deubiquitylases, are still unknown. By performing an unbiased siRNA screen, the deubiquitylase USP10 was identified as a de novo positive regulator of β-Catenin stability in CRC derived cells. USP10 has previously been shown in the literature to regulate both mutant and wild type TP53 stability, to deubiquitylate NOTCH1 in endothelial cells and to be involved in the regulation of AMPKα signalling. Overall, however, its role in colorectal tumorigenesis remains controversial. By analysing publicly available protein and gene expression data from colorectal cancer patients, we have shown that USP10 is strongly upregulated or amplified upon transformation and that its expression correlates positively with CTNNB1 expression. In contrast, basal USP10 levels were found in non-transformed tissues, but surprisingly USP10 is upregulated in intestinal stem cells. Endogenous interaction studies in CRC-derived cell lines, with different extend of APCtruncation, revealed an APC-dependent mode of action for both proteins. Furthermore, by utilising CRISPR/Cas9, shRNA-mediated knock-down and overexpression of USP10, we could demonstrate a regulation of β-Catenin stability by USP10 in CRC cell lines. It is widely excepted that 2D cell culture systems do not reflect complexity, architecture and heterogeneity and are therefore not suitable to answer complex biological questions. To overcome this, we established the isolation, cultivation and genetically modification of murine intestinal organoids and utilised this system to study Usp10s role ex vivo. By performing RNA sequencing, dependent on different Usp10 levels, we were able to recapitulate the previous findings and demonstrated Usp10 as important regulator of β-dependent regulation of stem cell homeostasis. Since genetic depletion of USP10 resulted in down-regulation of β-Catenin-dependent transcription, therapeutic intervention of USP10 in colorectal cancer was also investigated. Commercial and newly developed inhibitors were tested for their efficacy against USP10, but failed to significantly inhibit USP10 activity in colorectal cancer cells. To validate the findings from this work also in vivo, development of a novel mouse model for colorectal cancer has begun. By combining CRISPR/Cas9 and classical genetic engineering with viral injection strategies, WT and genetically modified mice could be transformed and, at least in some animals, intestinal lesions were detectable at the microscopic level. The inhibition of USP10, which we could describe as a de novo tumour-specific regulator of β-Catenin, could become a new therapeutic strategy for colorectal cancer patients. / Darmkrebs ist die dritthäufigste Krebsart in den USA. Die Mehrheit der Darmkrebsfälle sind auf einen deregulierten WNT-Signalweg zurückzuführen. Diese Veränderungen wer- den hauptsächlich durch Mutationen im Tumorsuppressor-Gen APC oder in CTNNB1 verursacht, welches für das zentrale Protein dieses Signalwegs, β-Catenin, kodiert. Beim kanonischen WNT-Signalweg aktiviert β-Catenin die Transkription mehrerer Gene, die für, an der Proliferation beteiligte Proteine wie MYC, JUN und NOTCH, kodieren. Da β-Catenin ein kritischer Regulator dieser proto-Onkogene ist, wird die Stabilität von β-Catenin durch das Ubiquitin-Proteasom-System streng reguliert. In der Vergangen- heit wurden mehrere E3-Ligasen beschrieben, die β-Catenin ubiquitylieren und abbauen, aber die Deubiquitylasen, sind grö𐀀tenteils noch unbekannt. Mit Hilfe eines unvoreingenommenen siRNA-Screens wurde die Deubiquitylase USP10 als de novo Regulator der β-Catenin-Stabilität in Darmkrebs-Zellen identifiziert. In der Literatur wurde bereits gezeigt, dass USP10 sowohl die Stabilität von mutiertem als auch von wild typ TP53 reguliert, NOTCH1 in Endothelzellen deubiquityliert und an der Regulation des AMPKα Signalwegs beteiligt ist. Insgesamt bleibt seine Rolle in der kolorektalen Tumorgenese aber bisher umstritten. Anhand der Analyse öffentlich zugänglicher Protein- und Genexpressionsdaten haben wir gezeigt, dass USP10 bei der Transformation stark hochreguliert oder amplifiziert wird und dass seine Expression positiv mit der von CTNNB1 korreliert. Im Gegensatz dazu wurden in nicht transformiertem Gewebe basale USP10-Spiegel gefunden, aber überraschenderweise ist USP10 in intestinalen Stammzellen hochreguliert. Endogene Interaktionsstudien in Darmkrebs-Zelllinien mit unterschiedlichem Ausma𐀀 an APC-Trunkierung zeigten eine APC-abhängige Interaktion für beide Proteine. Darüber hinaus konnten wir mit Hilfe von CRISPR/Cas9, shRNA-vermitteltem Knock-down und Überexpression von USP10 eine Regulation der β-Catenin-Stabilität durch USP10 in Darmkrebs-Zelllinien nachweisen. Es ist allgemein bekannt, dass 2D-Zellkultursysteme die Komplexität, Architektur und Heterogenität nicht widerspiegeln und daher nicht geeignet sind, um komplexe biologische Fragen zu beantworten. Um dies zu überwinden, haben wir die Isolierung, Kultivierung und genetische Veränderung von murinen Dar- morganoiden etabliert und dieses System genutzt, um die Rolle von Usp10 ex vivo zu untersuchen. Durch die Durchführung von RNA-Sequenzierungen in Abhängigkeit von unterschiedlichen Usp10-Spiegeln konnten wir die bisherigen Ergebnisse rekapitulieren und Usp10 als wichtigen Regulator der β-Catenin-abhängigen Regulation der Stammzell- homöostase nachweisen. Da die genetische Depletion von USP10 zu einer Herunterregulierung der β-Catenin- abhängigen Transkription führte, wurde auch die therapeutische Intervention von USP10 in Darmkrebs untersucht. Kommerzielle und neu entwickelte Inhibitoren wurden auf ihre Wirksamkeit gegen USP10 getestet, konnten jedoch die Aktivität von USP10 in Darmkrebs- Zellen nicht hemmen. Um die Erkenntnisse aus dieser Arbeit auch in vivo zu validieren, wurde mit der Entwicklung eines neuartigen Mausmodells für Darmkrebs begonnen. Durch die Kombination von CRISPR/Cas9 und klassischer Gentechnik mit viralen Injektionsstrategien konnten WT- und gentechnisch veränderte Mäuse trans- formiert werden und zumindest bei einigen Tieren waren Darmläsionen auf mikroskopis- cher Ebene nachweisbar. Die Inhibtierung von USP10, als de novo tumorspezifischer Regulator von β-Catenin, könnte eine neue therapeutische Strategie für Darmkrebs-Patienten werden.

Zugl.: Greifswald, Univ., Diss., 2008

Zugl.: Bochum, Univ., Diss., 2007

Zugl.: Lübeck, Univ., Diss., 2006