Cutaneous squamous cell carcinoma (cSCC) is a type of non-melanoma skin cancer that is the 4th most common cancer registration in Scotland after BCC, lung and breast cancer. Over 30,000 cSCC incidences are reported each year in the United Kingdom. In addition, around 1 in 4 skin cancer deaths in the UK are due to cSCCs. Amongst those highly prone to developing cSCCs include organ transplant recipient, immunosuppressed, recessive dystrophic epidermolysis bullosa (RDEB) and Xeroderma Pigmentosum (XP) patients. cSCC patients that display regional metastasis have a 5-year survival rate of 25-50%, whilst this rate is close to 0% in RDEB patients with multiple cSCCs. Wild-type p53 (wt-p53) has been shown to prevent cSCC development and induce tanning and sunburn responses in skin cells. However, TP53 mutations are found in over half of all human cancers and cSCC is no exception as TP53 mutational frequency in cSCCs is around 64-87.5% (Durinck et al, 2011; South et al, 2014). The majority of TP53 mutations in cSCCs are UV-signature missense mutations, highlighting UV-radiation as one of the main risk factors for cSCC development. Mutant p53 proteins can lose wt-p53 functions, have dominant-negative effects against wt-p53 and acquire gain of function (GOF) activities. Mutant p53 GOF activity is induced by the accumulation of mutant p53 in tumour cells. Mutant p53 accumulation is not due to intrinsic properties of the mutants but requires other cellular events, possibly those known to stabilise wt-p53 under cellular stress. It is known that the TP53 mutations and mutant p53 accumulation are early steps in cSCC development. This makes skin an excellent system to investigate the early changes to p53. We have investigated the potential of targeting mutant p53 for cSCC therapy and mechanisms that promote mutant p53 accumulation in cSCCs. We selected low-passage cSCC cell lines that express hotspot mutant p53 proteins, in cSCCs and in general, by analysing TP53 mutational data from the IARC database and next generation sequencing studies performed on cSCC primary tumours by Dr South at Ninewells Hospital, Dundee. cSCC cell lines were generated from immunocompetent, transplant and RDEB patients by Dr South’s group at Ninewells Hospital, Dundee. We found that: 1. PRIMA-1MET, a small molecule reported to restore wt-p53 activity, lacked tumour selectivity as it is able to reduce cell viability in both normal skin and cSCC cells with similar potency. cSCC cell lines are relatively resistant to PRIMA-1MET compared to cell lines derived from other tumour types. 2. Mutant p53 knockdown studies performed on cSCC cell lines suggest that some p53 mutants play a pro-proliferative role. However, there is no evidence for a pro-migratory role of mutant p53 in cSCC. 3. There are no clear alterations in DNA-damage response pathways or the general ubiquitin proteasome system that could contribute to mutant p53 stabilisation in cSCC. 4. Heat shock factor 1 (HSF-1) is upregulated in cSCC compared to normal human keratinocytes (NHK). HSP90 inhibitors, 17-AAG and 17-DMAG, reduce mutant p53 protein levels suggesting that HSP90 plays a role in stabilising mutant p53 in cSCCs. 5. PR-619, a broad range deubiquitinating enzyme (DUB) inhibitor, reduces mutant p53 protein levels in a range of cSCC cell lines. This is rescued by the addition of bortezomib suggesting that DUBs can play a role in protecting mutant p53 from proteasomal degradation. Expression of HAUSP and USP10, which have been shown to stabilise wild-type p53, is generally elevated in cSCC compared to NHK. However, knockdown of these DUBs does not reduce protein levels of mutant p53 in cSCC cell lines. 6. A potential isoform of MDMX (51 kDa) is strongly upregulated in all cSCC cell lines examined. There is an association between the ability of MDMX siRNAs to deplete the 51 kDa protein and reduce mutant p53 protein levels and stability. Furthermore we show that the protein can form complexes with MDM2 in vitro and in cSCC cells. We propose that the MDMX isoform is able to stabilise mutant p53 in cSCC cells through this interaction with MDM2.

Zusammenfassung Da die meisten Fälle männlicher Unfruchtbarkeit immer noch idiopatisch bleiben, könnte eine Untersuchung der Mechanismen, in denen Gene der Spermatogenese-Kontrolle involviert sind, helfen, die Gründe besser zu verstehen. Diese Arbeit besteht aus zwei Teilen die zwei verschiedene Aspekte humaner Fertilitätsforschung betreffen. Das erste Projekt betrifft die Analyse des coiled coil domain containing 33 (CCDC33) Proteins und seiner Rolle als peroxisomal testis specific 1 (PXT1) Interaktionspartner. Im zweite Projekt haben wir die Ursache männlicher Unfruchtbarkeit in Mäusen mit multiplen knockouts bestimmt und den Phänotyp anlaysiert. Folgende Gene wurden ausgeknocked: Tnp2, Hist1h1t, Theg, Acr, Creb3l4 and Tex22. Im ersten Teil dieser Arbeit wurden Domänen, die bei der CCDC33 und PXT1-Interaktion beteilgt sind, identifiziert. Die Interaktion dieser beiden Proteine wurde duch Kaczmarek identifiziert (Kaczmarek, 2009). Wir zeigten, dass nicht die coiled coil Domänen für die Interaktion mit PXT1 verantwortlich sind, sondern eine Aminosäuresequenz welche der Sequenz in Leucin-reichen Domänen ähnlich ist. Durch induzierte Mutagenese in der PXT1-Sequenz haben wir Aminosäuresequenzen identifiziert, die für die Interaktion von PXT1 und CCDC33 bedeutend sind. PXT1 ist ein erstes peroxisomales Protein das eine funktionale BH3-ähnliche Domäne enthält, die dafür bekannt ist Apoptose zu induzieren. Aufgrund von Experimenten mit Co-transfizieretn HeLa Zellen konnten wir eine Co-Lokalisation von CCDC33 und PXT1 im Zytoplasma nachweisen. Zudem zeigten Zellen mit Co-Lokalisation beider Proteine eine Reduktion der Apoptoserate im Vergleich zu Zellen die nur mit dem PXT1-Konstrukt transfiziert waren. Dieser Befund könnte suggerieren, dass die physikalische Bindung beider Proteine die PXT1-induzierte Apoptose verhindert. Durch Western Blot und immunhistochemische Experimente konnten wir zeigen, dass das CCDC33 Protein in den Hoden während der Spermatogenese ab dem Spermatocyten- Stadium lokalisiert ist. Sowohl die Interaktion von CCDC33 und PXT1 als auch das Expressionsmuster beider Gene implizieren, dass Ccdc33 in der Kontrolle der Spermatogenese involiert sein könnte. Wir postulieren, dass CCDC33 ein neues peroxisomales Protein sein könnte, welches Apoptose während der Spermatogenes reguliert. Jedoch sind weitere Untersuchungen, u.a. die Analyse von CCDC33 knockout Maus-Modellen, nötig, um feststellen zu können ob Ccdc33 für die männliche Fertilität essentiell ist. Im zweiten Teil dieser Arbeit wird die Analyse von knockout Mäuselinien, in denen 6 keimzellspezifische Gene funktionsunfähig gemacht wurden, beschrieben. In ca. 20% der Mäuse wurde Unfruchtbarkeit festgestellt. In beiden, männlichen fruchtbaren und unfruchtbaren 6xKO Mäusen, ist die Zahl an Spermatozoa mit abnormalen Kopf erhöht und Sperma-Motilität reduziert. Nach Kreuzung von weiblichen wildtyp Mäusen mit männlichen 6xKO Tieren, benötigte das Sperma bemerkenswert längere Zeit um die Oocyte zu befreuchten as im Vergleich zu WT Sperma. Die Unterschiede im Phänotyp der 6xKO Mäuse sind sowohl dem genetischen Hintergrund als auch der Inaktivierung der sechs keimzellspezifischen Gene zuzuschreiben. Um genauer zu untersuchen welche Gene bei der Unfruchhtbarkeit der 6xKO Mäuse involviert sein könnten haben wir ein Transkriptom Assay durchgeführt und die Genexpression in den Hoden von 5xKO Tieren, die fertil waren, mit der in 6xKO Mäusen, die infertil waren, verglichen. Wir haben ein neues Gen, 4933400A11Rik, identifiziert und charakterisiert, welches für die Unfruchtbarkeit männlicher 6xKO Mäuse verantwortlich sein könnte. In WT Mäusen ist 4933400A11Rik in den Keimzellen exprimiert. 4933400A11Rik mRNA wurde ab Tag 16 post partum, wenn primäre Spermatozyten produziert werden, bis zu den ausgewachsenen Spermien detektiert. Es ist jedoch nicht klar, ob die mRNA die in den Spermien entdeckt wurde ein Ergebniss der Expression von 4933400A11Rik sind, oder ob es sich dabei um restliche Moleküle handelt welche während der Spermatogenese nicht abgebaut wurden. 4933400A11RIK weist Sequenzähnlichkeiten zur Aktinfilament capping Proteinfamile auf. Wir zeigten, dass 4933400A11RIK mit F-Aktin capping Protein Untereinheit alpha-1 colokalisiert. Proteine dieser Familie sind bekannt dafür das Wachstum des Zytoskeletts durch Regulation der Aktinfilament-Reorganisation zu kontrollieren. Deregulation der Aktinzytoskelett-Reorganisation in Keimzellen könnte die zugrundeliegende Ursache der männlichen Unfruchtbarkeit in 6x KO Mäusen sein, denn 4933400A11Rik wird in den Hoden fertiler 6xKO Mäuse, aber nicht in den Hoden infertiler 6xKO Mäuse exprimiert. Um die Frage eindeutig zu beantworten, ob das Gen 4933400A11Rik die Fertilität beeinflusst, sollten 4933400A11Rik knockout Mäuse generiert und analysiert werden. Das ´Rescue-Experiment´ könnte ebenso die Involvierung dieses Gens bei männlichen Fertilität bestätigen. Zusammenfassend präsentiert diese Arbeit interessante Erkenntnisse über die potentielle Funktion von CCDC33 bei der Regulation der Spermatogenese. Außerdem zeigen wir kumulierte Effekte von 6 keimzellspezifischen Genen und einem neuen Gen, 4933400A11Rik, welches für die weitere Forschung männlicher Unfruchtbarkeit interessant sein könnte.

Thesis (M.Sc.). / Written for the Division of Experimental Medicine. Title from title page of PDF (viewed 2009/06/18). Includes bibliographical references.

Tissue Factor Pathway Inhibitor (TFPI) is an anticoagulant protein containing three Kunitz domains, K1, K2 and K3. K1 inhibits Factor VIIa, K2 inhibits Factor Xa, and K3 enhances the Factor Xa inhibition by its interaction with Protein S. Since zebrafish is an excellent genetic model, we hypothesized that TFPI regulation could be studied using this model. As a first step, we confirmed the presence of tfpia in zebrafish. Subsequently, we performed knockdown of tfpia, and knockout of tfpia in K3 domain using CRISPR/Cas9. Both the tfpia knockdown and tfpia homozygous deletion mutants showed increased coagulation activities. Our data suggest that zebrafish tfpia is an orthologue for human TFPIα, and silencing it results in a thrombotic phenotype. We then optimized the piggyback knockdown method, where we could simultaneously piggyback 3 or 6 ASOs corresponding to 3 or 6 genes, respectively, using one VMO. These multiple gene knockdowns will increase the efficiency of genome-wide knockdowns. Since there are no studies on chromatin remodeling that control TFPI expression, we hypothesized that the genome-wide knockdowns of the Chromatin Binding and Regulatory Proteins (CBRPs) in zebrafish could help identify novel tfpia gene regulators. We chose 69 CBRPs and subjected them to simultaneous gene knockdowns. Our results have identified 5 novel regulators for tfpia. We exploited this information to discover UNC6852, a drug that enhances tfpia mRNA levels. This could be used as an antithrombotic drug. The approach developed here could be used to study the regulation of other coagulant and anticoagulant factors.

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Die von Tumorzellen exzessiv exprimierte Laktat-Dehydrogenase 5 (LDH-A) ist das Schlüssel-Enzym für den katalytischen Stoffwechsel um Pyruvat in Laktat unter Gewinnung von Energie umzuwandeln. Bei LDH handelt es sich um einen wichtigen prognostischen Marker für die Einstufung der Aggressivität und die Behandlung von Tumoren. Ziel dieser Arbeit war es, das Wissen um die Funktion des Genproduktes von LDH-A (LDH-V) in Bezug auf die Proliferation von Tumorzellen, die Expression Angiogenese-Gene, maligne Konversion von Tumoren und die Metastasierung zu vertiefen. Zusätzlich sollte die Rolle von LDH auf die Genexpression HIF-regulierter Proteine, die das Überleben von Tumorzellen und vor allem der Glykolyse fördern, untersucht werden. Hierfür wurden LDH-A knockdown-Klone von dem murinen B16F10 Melanom und Lewis Lung Karzinom sowie dem humanem HT29 Kolonkarzinom generiert und in vitro und in vivo in den drei verschiedenen Tumormodellen untersucht. Der knockdown von LDH-A führte in vitro zu einer Hemmung der Proliferation in Lewis Lung und B16F10, während bei HT29 Tumorzellen kein solcher Effekt beobachtet werden konnte. Interessanterweise ließen sich nicht bei allen drei Zelllinien die durch limitierte LDH Aktivität ausgelösten Effekte auf die in vitro Proliferation auf das Tumorwachstum in vivo übertragen: Das Wachstum der Lewis Lung als auch der HT29 Tumoren in vivo war durch die Reduktion von LDH-A drastisch vermindert, während die Größe der B16F10 Tumoren davon nicht beeinflusst war. Es konnte gezeigt werden, dass B16F10 Tumoren unter LDH Suppression verstärkt VEGF exprimieren. Dadurch waren diese Zellen in vivo in der Lage, durch verstärkte Vaskularisierung des Tumors der durch LDH-A knockdown ausgelösten Hemmung des Tumorwachstums zu entkommen. Bei Lewis Lung Tumorzellen hingegen, führte die Unterdrückung von LDH-V zu einer beeinträchtigten Glukoseaufnahme unter normoxischen sowie hypoxischen Bedingungen. Die reduzierte Aufnahme von Glukose hatte in vivo, in einer vielschichtigen komplexen Struktur, deutlich größere Auswirkungen als auf einer eindimensionalen Zellkulturschale. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit liefern neue Erkenntnisse zur Rolle von LDH-V während der Tumorprogression und können als Grundlage für zukünftige, neue Therapiestrategien bei Krebspatienten dienen. / LDH is an important prognostic marker in cancer staging and therapy. High serum LDH activity is associated with poor patient prognosis in different tumor types. LDH-A has been shown to play a major role in tumor malignancy, but the molecular mechanism behind this role is only starting to be understood. The objective of this work was to broaden our knowledge about the role of LDH-A gene product (LDH-V) in tumor cell proliferation, angiogenesis-related gene expression, tumor malignancy and metastasis. Herein, LDH-A shRNA knockdown clones of murine B16F10 melanoma, Lewis Lung carcinoma and human HT29 colon carcinoma were generated to uncover the molecular mechanisms between diminished ability of metabolizing pyruvate to lactate and tumor cell growth in vitro and in vivo. In this study, a significant correlation between tumor weight and serum LDH in in vivo tumor models was found, which additionally correlated with the in vitro LDH secretion. In vitro, suppression of LDH-A led to anti-proliferative effects in Lewis Lung and B16F10 tumor cells, while having no effect on HT29 cells. Interestingly, the consequence of limiting LDH activity in vitro did not show a direct correlation to the in vivo anti-tumor effects in LDH-deficient tumors: B16F10 tumor growth was unaffected by silencing LDH-A, while Lewis Lung and HT29 demonstrated a drastic reduction in tumor growth in vivo. B16F10 tumors were found to have increased VEGF expression upon LDH knockdown, and therefore were able to compensate the tumor growth inhibition-driven by LDH deficiency through increased tumor vascularization in vivo. In contrast, LDH-V suppressed Lewis Lung cells demonstrated an impeded glucose uptake ability under normoxic and hypoxic conditions. Subsequently, a genome-wide gene expression analysis and functional assays of LDH-A deficient and control HT29 clones revealed potential new oncogenic features of LDH-A in tumor migration and invasion as well as a feedback loop to HIF1alpha. In summary, the collective data presented in this thesis provide new insights of LDH-V in tumor progression and therapeutic strategies for the treatment of cancer.

Le cancer du col de l’utérus est le troisième cancer le plus fréquent chez la femme, dont l’agent étiologique majeur est l’infection par les papillomavirus humain (notamment HPV-16 et 18), qui sont de petits virus infectant les épithéliums muqueux et cutanés, et pouvant induire la formation de tumeurs. L’inducteur majeur du processus oncogène est le processus d’intégration des régions codantes pour les oncoprotéines E6 et E7, au sein de la cellule hôte suite à l’infection. Elles interférent avec le cycle cellulaire et induisent notamment l’immortalisation, voire la transformation des cellules. Les fonctions les plus connue de ces deux oncoprotéines sont la dégradation des suppresseurs de tumeur p53 et pRb, respectivement. Mon travail de thèse à consisté en la mise au point des vecteurs adénoviraux exprimant des miARN dirigés contre l’oncoprotéine E6. Exprimés in vitro ils induisent l’induction de la mort cellulaire par apoptose des cellules tumorales traitées, via l’activation de la voie de caspases, et in vivo permettent le ralentissement de la croissance de tumeurs xénogreffées à des souris Nude. De plus, la stratégie thérapeutique adénovirale a montré ses extensions possibles sur d’autres types de cancers HPV-positifs, mais également via l’expression de différentes moléculaires thérapeutiques, visant à empêcher l’interaction des oncoprotéines telles qu’E6 avec leurs partenaires cellulaires et ainsi les empêcher d’exercer les activités biologiques impliquées dans le développement de cancers. Pour finir, les adénovirus peuvent également être vu comme des outils d’extinction fonctionnels d’E6 et permettant d’étudier les répercutions sur d’autres processus cellulaires. / Cervical cancer is the third most common female cancer. Infection by human papillomavirus (mainly HPV-16 and 18), with tropisms for mucosal or cutaneous squamous surfaces, is the major etiological agent implicated in cancer and tumor development. After infection, the oncogenic process is triggered by integration of oncoproteins E6 and E7 coding regions into the host cell genome. After integration, these oncoproteins interfere with the cell cycle and induce immortalization and cellular transformation of normal cells. The best known function of these two oncoproteins is the degradation of tumors suppressors p53 and pRb respectively. My thesis project consisted in the development of adenoviral vectors expressing miRNA directed against E6 oncoprotein. Their in vitro expression resulted in cellular death by apoptosis of the treated tumor cells, and allowed reduction of tumor growth in vivo in nude mice xenografts. In addition, the adenoviral therapeutical strategy showed its possible extensions on other types of HPV-positive cancers, but also through the possible expression of different therapeutic molecules aimed at preventing the interaction of viral oncoproteins, such as E6, with their cellular partners. These abolished interactions prevent oncoproteins from exercising their biological activities implicated in the development of cancers. In conclusion, we can say that adenoviruses can also be seen as functional tools suppressing E6 and enabling to highlight the repercussions of its suppression on other cellular processes.