Im Neuroblastom ist die Amplifikation des MYCN-Gens, eines Mitglieds der MYC-Onkogenfamilie, mit einer ungünstigen Prognose assoziiert. Der von dem Gen kodierte Transkriptionsfaktor N-Myc ist für die Proliferation der MYCN-amplifizierten Neuroblastomzelllinien notwendig und seine Depletion oder Destabilisierung führen zum Proliferationsarrest (Otto et al., 2009). Da N-Myc auf Proteinebene durch die Interaktion mit der mitotischen Kinase Aurora-A stabilisiert wird, bewirkt deren Depletion oder die Hemmung der Interaktion der beiden Proteine mittels spezieller Aurora- A-Inhibitoren (z.B. MLN8054 und MLN8237) ebenso eine Hemmung der Proliferation – in vitro und in vivo (Brockmann et al., 2013). Bisher ist jedoch unklar, über welchen Mechanismus Aurora-A die Stabilisierung von N-Myc erreicht, die Kinaseaktivität spielt hierbei jedoch keine Rolle (Otto et al., 2009). Eine Möglichkeit stellt die Rekrutierung von Usps dar, die das angehängte Ubiquitinsignal so modifizieren, dass die Erkennung und der Abbau des Proteins durch das Proteasom verringert werden. In der vorliegenden Arbeit wurde die Wirkung von Usp7 und Usp11 auf die Stabilität von N-Myc untersucht. Für beide konnte in Immunpräzipitationen die Interaktion mit N-Myc gezeigt werden. Ebenso erhöhten beide Proteasen in Überexpressionsexperimenten die vorhandene Menge an NMyc. Die Depletion von Usp7 mittels shRNAs führte in IMR-32 zu einem Arrest in der G1-Phase und zur Differenzierung der Zellen. Gleichzeitig wurden stark erniedrigte mRNA- und Proteinmengen von N-Myc und Aurora-A nachgewiesen. Es konnte jedoch nicht eindeutig gezeigt werden, ob die beobachteten zellulären Effekte durch eine vermehrte proteasomale Degradation von N-Myc begründet sind oder ob dabei die veränderte Regulation weiterer Zielproteine von Usp7 eine Rolle spielt. Die Depletion von Usp11 mit shRNAs bewirkte eine Abnahme der N-Myc-Mengen auf posttranslationaler Ebene. Somit stellen beide Usps vielversprechende Angriffspunkte einer gezielten Therapie in MYCN-amplifizierten Neuroblastomen dar und sollten deshalb Gegenstand weiterführender Untersuchungen sein. Über welche Proteindomäne in N-Myc die Interaktion mit Aurora-A stattfindet ist nicht bekannt. Eine mögliche Pseudosubstratbindungssequenz in Myc-Box I (Idee Richard Bayliss, University of Leicester) wurde in der vorliegenden Arbeit untersucht. Durch Mutation dieser Sequenz sollte die Bindung von Aurora-A unmöglich gemacht werden. Allerdings wurde die erwartete Abnahme der Stärke der Interaktion von Aurora-A und N-Myc durch die Mutation ebensowenig beobachtet wie eine verringerte Stabilität. Die Regulation der Phosphorylierung von N-Myc im Verlauf des Zellzyklus wurde durch die Mutation beeinträchtigt. Wie diese Veränderung exakt zu begründen ist bedarf weiterer Experimente / Neuroblastomas with an amplification of the MYCN-gene, a member of the MYC-oncogene family, are associated with a poor prognosis. The transcription factor encoded by this gene, N-Myc, is essential for the proliferation of MYCN-amplified neuroblastoma cell lines and its depletion or destabilization leads to an arrest of proliferation (Otto et al., 2009). Since N-Myc is stabilized by the interaction with the mitotic kinase Aurora-A, the depletion of the kinase or the inhibition of the interaction with N-Myc using a special class of Aurora-A inhibitors (e.g. MLN8054 and MLN8237) inhibits proliferation – in vitro and in vivo (Brockmann et al., 2013). Up to date it is not known by which mechanism Aurora-A is able to stabilize N-Myc preventing it from Fbxw7-mediated proteasomal degradation, interestingly the Aurora-A kinase activity is not necessary (Otto et al., 2009). One possible explanation is the recruitment of Usps, which modify the attached ubiquitin signal and therefore reduce the recognition and degradation of the protein by the proteasome. In this thesis the influence of Usp7 and Usp11 on N-Myc stability was studied. For both the interaction with N-Myc was shown in immune precipitations. Furthermore the overexpression of both proteases increased the amount of N-Myc protein in transfection experiments. The depletion of Usp7 via shRNAs caused the arrest of IMR-32 cells in G1-phase and the differentiation of the cells. Simultaneously strongly reduced amounts of N-Myc and Aurora-A mRNA and proteins were observed. However it could not be shown that the observed effects were mediated by an increased proteasomal degradation of N-Myc and not via the changed regulation of other targets of Usp7. The depletion of Usp11 led to a decrease of the N-Myc amounts, whereas mRNA-levels were unaffected. Thus both Usps are promising targets for a targeted therapy of MYCN-amplified neuroblastomas and the underlying mechanism should be the object of further research. Furthermore the N-Myc domain binding to Aurora-A still remains to be idientified. A possible pseudosubstrate binding site in Myc-Box I (idea of Richard Bayliss, University of Leicester) was investigated in this thesis. To inhibit the possible binding of Aurora-A to this site, two lysines in Myc-Box I were mutated to glutamate (KK51EE). Nonetheless neither the expected decrease of the intensity of interaction of N-Myc and Aurora-A was observed nor was a decrease of the stability of N-Myc. The regulation of the phosphorylation of N-Myc during the cell cycle was changed through the mutagenesis however. It must be clarified in further experiments, what the reasons for this change are.

Im Neuroblastom ist die Amplifikation des MYCN-Gens, das für den Transkriptionsfaktor N-Myc kodiert, der klinisch bedeutendste Faktor für eine schlechte Prognose. Als Mitglied der onkogenen Myc-Familie induziert N-Myc die Expression von Genen, die in vielen biologischen Prozessen wie Metabolismus, Zellzyklusprogression, Zellwachstum und Apoptose eine wichtige Rolle spielen. Die Deregulation der MYCN-Expression führt zu einem charakteristischen Genexpressionsprofil und einem aggressiven Phenotyp in den Tumorzellen. In normalen neuronalen Vorläuferzellen wird N-Myc gewöhnlich sehr schnell proteasomal abgebaut. Während der Mitose wird N-Myc an Serin 62 phosphoryliert. Diese Phosphorylierung dient als Erkennungssignal für die Kinase GSK3β, die die Phosphorylierung an Threonin 58 katalysiert. Das Phosphodegron wird von Fbxw7, einer Komponente des E3-Ubiquitinligase-Komplex SCFFbxw7, erkannt. Die anschließende Ubiquitinierung induziert den proteasomalen Abbau des Proteins. Die Reduktion der N-Myc–Proteinlevel ermöglicht den neuronalen Vorläuferzellen den Austritt aus dem Zellzyklus und führt zu einer terminalen Differenzierung. In einem shRNA Screen konnte AURKA als essentielles Gen für die Proliferation MYCN-amplifizierter Neuroblastomzellen identifiziert werden. Eine Aurora-A–Depletion hatte jedoch keinen Einfluss auf das Wachstum nicht-amplifizierter Zellen. Während dieser Doktorarbeit konnte gezeigt werden, dass Aurora-A speziell den Fbxw7-vermittelten Abbau verhindert und dadurch N-Myc stabilisiert. Für die Stabilisierung ist zwar die Interaktion der beiden Proteine von entscheidender Bedeutung, überraschenderweise spielt die Kinaseaktivität von Aurora-A jedoch keine Rolle. Zwei spezifische Aurora-A–Inhibitoren, MLN8054 und MLN8237, sind allerdings in der Lage, nicht nur die Kinaseaktivität zu hemmen, sondern auch die N-Myc-Proteinlevel zu reduzieren. Beide Moleküle induzieren eine Konformationsänderung in der Kinasedomäne von Aurora-A. Diese ungewöhnliche strukturelle Veränderung hat zur Folge, dass der N-Myc/Aurora-A–Komplex dissoziiert und N-Myc mit Hilfe von Fbxw7 proteasomal abgebaut werden kann. In MYCN-amplifizierten Zellen führt diese Reduktion an N-Myc zu einem Zellzyklusarrest in der G1-Phase. Die in vitro Daten konnten in einem transgenen Maus-Modell für das MYCN-amplifizierte Neuroblastom bestätigt werden. Die Behandlung mit MLN8054 und MLN8237 führte in den Tumoren ebenfalls zu einer N-Myc-Reduktion. Darüber hinaus konnte ein prozentualer Anstieg an differenzierten Zellen, die vollständige Tumorregression in der Mehrzahl der Neuroblastome und eine gesteigerte Lebenserwartung beobachtet werden. Insgesamt zeigen die in vitro und in vivo Daten, dass die spezifischen Aurora-A–Inhibitoren ein hohes therapeutisches Potential gegen das MYCN-amplifizierte Neuroblastom besitzen. / Amplification of MYCN, encoding the transcription factor N-Myc, is one of the strongest clinical predictors of poor prognosis in neuroblastoma. As a member of the oncogenic Myc family, N-Myc activates genes that are involved in several biological processes like metabolism, cell cycle progression, cell growth and apoptosis. Deregulation of MYCN expression leads to a distinct gene expression profile and an aggressive phenotype in neuroblastoma cells. In normal neuronal progenitor cells, N-Myc is rapidly degraded by the ubiquitin-proteasome system. N-Myc degradation is controlled by two phospho-sites. During mitosis, Cyclin B/Cdk1 phosphorylates N-Myc at serine 62, which primes the protein for a second phosphorylation at threonine 58 via GSK3β. This phospho-degron provides a recognition site for Fbxw7, an F-box protein of the E3-Ligase complex SCFFbxw7, leading to destabilisation of the N-Myc protein. Mitotic degradation of the N-Myc protein allows progenitor cells to exit the cell cycle and enables terminal differentiation. Our group had previously identified AURKA as a gene that is required for cell growth in MYCN-amplified neuroblastoma cells but not essential for cells lacking MYCN. Here, we show that Aurora-A counteracts the Fbxw7-mediated degradation, and that the interaction between Aurora-A and N-Myc is cruical for N-Myc stabilization. Surprisingly, Aurora-A stabilizes the transcription factor in a kinase-independent manner. Interestingly, two Aurora-A-Inhibitors, MLN8054 and MLN8237, inhibit the kinase activity but also destabilize the N-Myc protein. These inhibitors induce an unusual conformation of the kinase domain and resulting in the dissociation of the N-Myc/Aurora-A complex. We demonstrate that the disruption of the complex promotes Fbxw7-mediated degradation of N-Myc. Inhibitor treatment in neuroblastoma cells leads to a cell cycle arrest in G1-phase. In a transgenic mouse model of MYCN-driven neuroblastoma, treatment causes downregulation of N-Myc protein levels, differentiation of the tumor cells and complete tumor regression in the majority of tumors. Consistent with the tumor reduction, treatment with MLN8054 and MLN8234 results in an extension of survival of the transgenic mice. Collectively, these results demonstrate that the Aurora-A–Inhibitors MLN8054 and MLN8237 are potential therapeutics against MYCN-amplified Neuroblastoma.

In contrast to c-Myc, a deregulated expression of the MYCN gene is restricted to human neuroendocrine tumours. In most cases, the excessive activity of N-Myc results from a MYCN amplification. In neuroblastoma, amplification of MYCN is a predictor of poor prognosis and resistance to therapy. The inability to target the N-Myc protein directly necessitates the search for alternative targets. This project aimed at identifying genes specifically required for growth and survival of cells that express high levels of N-Myc using high-throughput shRNA screening combined with next generation sequencing. The identification and analysis of these genes will shed light on functional interaction partners of N-Myc. We screened a shRNA library containing 18,327 shRNAs and identified 148 shRNAs, which were selectively depleted in the presence of active N-Myc. In addition, shRNAs targeting genes that are involved in p53 and ARF turnover and apoptosis were depleted in the cell population during the screen. These processes are known to affect N-Myc-mediated apoptosis. Consequently, these results biologically validated the screen. The 148 shRNAs that showed a significant synthetic lethal interaction with high levels of N-Myc expression were further analysed using the bioinformatics program DAVID. We found an enrichment of shRNAs that target genes involved in specific biological processes. For example, we validated synthetic lethal interactions for genes such as, THOC1, NUP153 and LARP7, which play an important role in the process of RNA polymerase II-mediated transcription elongation. We also validated genes that are involved in the neddylation pathway. In the screen we identified Cullin 3, which is a component of the BTB-CUL3-Rbx1 ubiquitin ligase that is involved in the turnover of Cyclin E. Depletion of cullin 3 and activation of N-Myc was found to synergistically increase Cyclin E expression to supraphysiological levels, inducing S-phase arrest and a strong DNA damage response. Together with results from a proteomics analysis of N-Myc associated proteins, our results lead us to the following hypothesis: In a neuroblastoma cell, the high levels of N-Myc result in a conflict between RNA polymerase II and the replication machinery during S-phase. The newly identified interaction partners of N- Myc are required to solve this conflict. Consequently, loss of the interaction leads to a massive DNA damage and the induction of apoptosis. In addition, inhibition or depletion of the essential components of the neddylation pathway also results in an unresolvable problem during S-phase. / 6.2 Zusammenfassung Im Gegensatz zu c-Myc findet man eine Deregulation von N-Myc nur in einer begrenzten Anzahl maligner Tumore die neuroektodermalen Ursprungs sind. Die übermäßige Aktivität ist dabei fast immer durch eine genomische Amplifikation von N-Myc begründet. Im Neuroblastom korreliert eine MYCN-Amplifikation mit einer schlechten Prognose. Da es auf Grund einer fehlenden katalytischen Domäne nicht möglich ist N-Myc direkt zu inhibieren, ist die Suche nach alternativen Targets notwendig. Das Ziel dieser Arbeit war es neue Gene zu identifizieren, die notwendig für das Wachstum und Überleben von MYCN amplifizierten Zellen sind. Dies wurde durch eine Kombination von Hochdurchsatz-RNAi-Screens und Next-Generation-Sequenzierung erreicht. Durch das Screenen einer shRNA-Bibliothek, die insgesamt 18327 shRNAs beinhaltet, konnten 148 shRNAs identifiziert werden, die selektiv nachteilig für das Überleben N-Myc überexpremierender Zellen sind. Die statistische Auswertung der Ergebnisse des Screens zeigte zusätzlich eine Anreichung von shRNAs gegen Gene, die p53-und ARF-abhängig Apoptose vermitteln. Da es bekannt ist, dass diese Gene in der N-Myc-vermittelten Apoptose involviert sind, konnte dadurch der Screen validiert werden. Die weitere Auswertung mit dem bioinformatischen Programm DAVID ergab, dass unter den 148 als synthetisch letal identifizierten shRNAs solche angereichert waren, die gegen Gene spezifischer biologischer Prozesse gerichtet sind. Zum einen wurden Gene wie THOC1, NUP153 und LARP7 validiert, die eine Rolle im Prozeß der Elongation der RNA Polymerase II spielen. Zum anderen konnten Gene validiert werden die einen Beitrag bei der Neddylierung von Proteinen leisten. Durch die Depletion von Cullin 3, ein Bestandteil des BTB-CUL3-Rbx1 Ubiquitin-Ligase-Komplexes, der am Abbau von Cyclin E beteiligt ist, konnte gezeigt werden, dass zusammen mit der Aktivierung von N-Myc eine supraphysiologische Erhöhung von Cyclin E induziert wird. Dies führt zu einem S-Phase Arrest in der Zelle, der die DNA-Schadens-Signalkaskade auslöst. Zusammen mit den Ergebnissen einer Proteomanalyse, bei der neue N-Myc-assoziierte Proteine identifiziert wurden, konnte folgende Hypothese aufgestellt werden: In einer Neuroblastomzelle helfen diese neuen Interaktionspartner den durch die N-Myc Überexpression in der S-phase entstehenden Konflikt zwischen RNA-Polymerase II und Replikationsmaschinerie zu lösen. Der Verlust dieser Interaktion führt zu einer massiven Schädigung der DNA, worauf in der Zelle Apoptose ausgelöst wird. Des Weiteren führen auch die Inhibition oder Ausschaltung wesentlicher Komponenten des Neddylierungs-Signalwegs zu unlösbaren Problemen in der S-Phase des Zellzyklus.

Brain tumors are abnormal tissue masses found, either malignant or benign in nature. Medulloblastoma is a brain tumor subtype found to arise in the hind region of the brain, which is highly malignant and has poor long term prospects in general. On the basis of the driving force behind the tumor, medulloblastoma is further subgrouped into 4 categories: WNT; SHH; Group 3 and Group 4 tumors. Group 3 tumors show a high expression of N-Myc protein which is seen in certain types of cancerous cells. The cell cycle is regulated at several checkpoints by cyclin/cdk inhibitors. The primary cilium is an organelle found on the cellular surface, which has functions in cell growth, differentiation and neurogenesis. Aurora kinase is a protein kinase involved in the regulation and maintainence of the cilium. Often the cilium gets deleted from the cellular surface in tumors coupled with an increase in the kinase level inside the cells. Hence aurora kinase is found to be a viable target for therapy. Aurora kinase is also involved in stabilizing the MYCN gene by protecting it from degradation. In this project, the primary cilum was studied in neural stem cells and followed by study of its presence on tumor cells in culture. The gene involved in cilium development i.e. Kif3a was mutated and its aggressive nature was compared with that of the tumor cells. Aurora kinase was commonly found to be over-expressed in both the tumors and the mutants whereas N-Myc over-expression was seen only in tumors. Experiments suggest that cilia repression in Kif3a mutants takes place via an aurora kinase dependent pathway.

Regulation of N-myc oncogene expression is an important determinant of the biological behavior of neuroblastoma. The N-myc promoter contains several potential binding sites for transcription factors of the Sp1 family. Mutation of a CT-box motif contained within a 26 base pair region required for N-myc downregulation by retinoic acid decreased basal transcriptional activity and altered DNA-protein interactions of the promoter, while mutations flanking this motif did neither. On gel shift this region generated 3 specific DNA-protein complexes that were reliant on wild type sequence of the core CT element within it. Both Spl and Sp3 bound to the wild type probe as distinct complexes in specifically retarded bands, while neither protein was present on mutated sequences. Lysates from Drosophila S2 cells expressing exogenous Sp1 and Sp3 proteins were able to reproduce the gel shift complexes seen with neuroblastoma nuclear extract. Transient transfections of S2 cells showed that individually or together, Sp1 and Sp3 were able to trans-activate a N-myc CT-box-containing luciferase reporter construct in a dose-dependent manner. Conversely, transfection of CT-box oligonucleotide was able to decrease endogenous N-myc expression in neuroblastoma cells. Together these results suggest that the CT-box element serves a critical functional role, and in the basal state allows for N-myc transactivation by Spl and Sp3.

The deregulation of the MYC oncoprotein family plays a major role in tumorigenesis and tumour maintenance of many human tumours. Because of their structure and nuclear localisation, they are defined as undruggable targets which makes it difficult to find direct therapeutic approaches. An alternative approach for targeting MYC-driven tumours is the identification and targeting of partner proteins which score as essential in a synthetic lethality screen. Neuroblastoma, an aggressive entity of MYCN-driven tumours coming along with a bad prognosis, are dependent on the tumour suppressor protein BRCA1 as synthetic lethal data showed. BRCA1 is recruited to promoter regions in a MYCN-dependent manner. The aim of this study was to characterise the role of BRCA1 in neuroblastoma with molecular biological methods. BRCA1 prevents the accumulation of RNA Polymerase II (RNAPII) at the promoter region. Its absence results in the formation of DNA/RNA-hybrids, so called R-loops, and DNA damage. To prevent the accumulation of RNAPII, the cell uses DCP1A, a decapping factor known for its cytoplasmatic and nuclear role in mRNA decay. It is the priming factor in the removal of the protective 5’CAP of mRNA, which leads to degradation by exonucleases. BRCA1 is necessary for the chromatin recruitment of DCP1A and its proximity to RNAPII. Cells showed upon acute activation of MYCN a higher dependency on DCP1A. Its activity prevents the deregulation of transcription and leads to proper coordination of transcription and replication. The deregulation of transcription in the absence of DCP1A results in replication fork stalling and leads to activation of the Ataxia telangiectasia and Rad3 related (ATR) kinase. The result is a disturbed cell proliferation to the point of increased apoptosis. The activation of the ATR kinase pathway in the situation where DCP1A is knocked down and MYCN is activated, makes those cells more vulnerable for the treatment with ATR inhibitors. In summary, the tumour suppressor protein BRCA1 and the decapping factor DCP1A, mainly known for its function in the cytoplasm, have a new nuclear role in a MYCN-dependent context. This study shows their essentiality in the coordination of transcription and replication which leads to an unrestrained growth of tumour cells if uncontrolled. / Die MYC Onkoproteine spielen in einer Vielzahl humaner Tumore eine entscheidende Rolle und sind in fast allen Fällen dereguliert. Aufgrund ihrer Struktur und Lokalisation im Zellkern gelten sie für die Arzneimittelentwicklung als therapeutisch schwer angreifbar. Der Ansatz der synthetischen Lethalität ist es, Partnerproteine zu finden, die gerade für MYC-getriebene Tumore essenziell sind und diese zu inhibieren. Neuroblastome, die in einer besonders aggressiven Entität durch eine MYCN-Amplifikation getrieben sind und damit mit einer schlechten Prognose einhergehen, sind abhängig vom Tumorsupressor BRCA1, wie Daten zur synthetischen Lethalität zeigten. BRCA1 wird in Abhängigkeit von MYCN zu Promotoren rekrutiert. Diese Arbeit diente daher der Charakterisierung der Funktionalität von BRCA1 im Neuroblastom. BRCA1 verhindert die Akkumulation von RNA Polymerase II (RNAPII) in der Promoterregion. Ist BRCA1 nicht präsent, führt dies zur Bildung von DNA/RNA-Hybriden, sogenannten R-loops, und zu DNA Schäden. Um die Akkumulation von RNAPII zu verhindern, nutzt die Zelle DCP1A, einen Decapping Faktor, der sowohl im Cytoplasma als auch im Nukleus eine Rolle im mRNA Abbau spielt. DCP1A entfernt den schützenden 5’CAP der mRNA, wodurch diese von Exonukleasen abgebaut wird. BRCA1 ist notwendig für die Chromatin Bindung von DCP1A und die Rekrutierung zu RNAPII. Zellen mit einer akuten Aktivierung des MYCN Onkoproteins zeigen eine erhöhte Abhängigkeit von DCP1A. DCP1A verhindert eine Deregulation der Transkription, um Transkription mit Replikation erfolgreich zu koordinieren. Andernfalls führt dies beim Verlust von DCP1A zur Blockierung von Replikationsgabeln und der Aktivierung der Ataxia telangiectasia and Rad3 related (ATR) Kinase führt. In der Folge ist das Zellwachstum gestört und Zellen gehen vermehrt in Apoptose. Die Aktivierung des ATR Signalweges beim Verlust von DCP1A und MYCN Aktivierung verhindert vorerst den Zelltod, wodurch diese Zellen jedoch sensitiver auf die Inhibition von ATR reagieren. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass BRCA1 als Tumorsupressor und DCP1A als Decapping Faktor, hauptsächlich beschrieben als cytoplasmatisches Protein, eine entscheidende nukleäre Rolle in der Situation einer akuten Aktivierung von MYCN spielen. Dort sind sie essenziell um Transkription mit Replikation zu koordinieren und damit zu einem ungebremsten Wachstum der Tumorzellen beizutragen.

No description available.

La télomérase est une ribonucléoprotéine, constituée d’un composant ARN (hTR) qui sert dematrice à l’addition des séquences télomériques aux extrémités des chromosomes et d’un composantprotéique catalytique à activité de transcriptase inverse (hTERT). La réactivation de la télomérasedans 90% des cancers compense le raccourcissement des télomères, permettant ainsil’immortalisation et la survie des cellules tumorales. Ce rôle canonique de la télomérase estaujourd’hui bien documenté. Cependant des travaux récents suggèrent que la télomérase pourraitavoir d'autres fonctions indépendantes de son rôle sur le maintien de la longueur des télomères dansla tumorigénèse et/ou la progression tumorale.Dans les neuroblastomes (NB), l’augmentation du niveau d’activité télomérase (AT) estassociée à un stade avancé de la maladie et à un mauvais pronostic. En effet, plusieurs études ontmontré que les neuroblastomes agressifs ont un niveau élevé d’AT alors que les tumeurs de bonpronostic, ont peu ou pas d’AT. En effet, les NB de stade 4S ayant la capacité de régresserspontanément ont un très faible niveau d'AT. Ces observations suggèrent que la télomérase peutjouer un rôle crucial dans le développement des NB.Afin de mieux comprendre l’implication de la télomérase dans le phénotype agressif desneuroblastes malins et dans la chimiorésistance, nous avons caractérisé les modificationsphénotypiques et génotypiques induites par l’inhibition de la télomérase via l’expression ectopiqued’un mutant dominant négatif catalytiquement inactif (DN-hTERT) dans la lignée IGR-N-91 induit unedifférenciation cellulaire de type stromale et une sensibilisation à l’apoptose en réponse à trois agentscytotoxiques (cisplatine, staurosporine, TRAIL). Cette chimiosensibilisation n’est pas la conséquenced’un raccourcissement des télomères mais probablement celui d’une modulation de l’expression decertains gènes impliqués dans la réponse apoptotique (ré-expression de la caspase 8 et de p53sauvage), suggérant une fonction non canonique de la télomérase. De plus, nous avons montréqu’hTERT régule activement l’expression de N-Myc. En effet, l’expression ectopique du mutanthTERT-DN entraîne une perte des copies surnuméraires de N-Myc conduisant à l’extinction del'expression de la protéine alors que la surexpression d’hTERT sauvage augmente au contraire lenombre de copies du gène. Cette élimination de la protéine N-Myc pourrait être le signe d’une pertedu caractère agressif des cellules tumorales comme en témoigne la diminution de l’expression de laNSE (marqueur de mauvais pronostique des NB) et l’induction du CD44 dans les cellules hTERT-DN.L’ensemble de nos résultats démontre donc un nouveau rôle majeur de la télomérase,indépendant de sa fonction canonique d’élongation des télomères, dans l’acquisition du phénotypemalin et dans la chimiorésistance des NB. Ces résultats sont importants en termes de connaissancede la biologie du NB et des possibilités thérapeutiques. En effet, ces résultats suggèrent quel’inhibition de la télomérase comme stratégie anti-cancéreuse est une approche qui présente un intérêttout particulier dans les cas de NB de stade 4 dans lesquels le taux de survie des patients reste trèsinsuffisant malgré les thérapeutiques les plus intensives. / Telomerase is a ribonucleoprotein consisting of an RNA component (hTR) that serves as atemplate for the addition of telomeric sequences at the ends of chromosomes and a proteincomponent catalytic activity of reverse transcriptase (hTERT). The reactivation of telomerase in 90%of cancers compensates the shortening of telomeres, allowing the immortalization and survival oftumor cells. This canonical role of telomerase is now well documented. However recent studiessuggest that telomerase may have other functions beyond its role in maintaining telomere length intumorigenesis and / or tumor progression.In neuroblastoma (NB), increased levels of telomerase activity (TA) is associated withadvanced disease and poor prognosis. Indeed, several studies have shown that aggressiveneuroblastomas have a high level of TA while favourable tumors, have little or no TA. Therefore, lowtelomerase activity appears to be linked with regression or maturation of NB as it can be seen in theparticular group of 4S stage neuroblastoma. These observations suggest that telomerase may play acrucial role in the development of NB.To better understand the involvement of telomerase in the aggressive phenotype of malignantneuroblasts and drug resistance, we characterized the phenotypic and genotypic changes induced byinhibition of telomerase via ectopic expression of a mutant dominant negative catalytically inactive(DN-hTERT) in a metastatic chemoresistant NB cell line IGR-N-9. Our results show that theexpression of this mutant induces a stromal-type cell differentiation a sensitization to apoptosis inresponse to three cytotoxic agents (cisplatin, staurosporine, TRAIL). The chemosensitization is not theresult of telomere shortening but probably f a modulation of the expression of certain genes involved inthe apoptotic response (re-expression of caspase 8 and wild-type p53), suggesting a noncanonicalfunction of telomerase Furthermore, we showed that hTERT actively regulates the expression ofMYCN. Indeed, ectopic expression of the inactive mutant causes a loss of supernumerary copies ofMYCN leads to the extinction of the expression of the protein, whereas overexpression of wild hTERTincreases the number of copies of the MYCN gene. The elimination of MYCN protein could be a signof a loss of the aggressiveness of the tumor cells as evidenced by the decreased expression of NSE(a marker of poor prognosis of NB) and induction of CD44 in DN-hTERT cells.Overall, our findings thus demonstrate a new role of telomerase independent of its canonicalfunction of telomere elongation in the acquisition of the malignant phenotype and drug resistance inNB. These results are important in terms of knowledge of the biology of NB and therapeuticpossibilities. Indeed, our data suggest that inhibition of telomerase as an anticancer strategy is anapproach that has a particular interest in cases of stage 4 NB in which the survival rate of patientsremains very inadequate despite the therapeutic more intensive.

The myc family of oncogenic transcription factors, which includes c-myc, N-myc and L-myc, control major cellular processes such as proliferation and differentiation by integrating upstream signals and orchestrating global gene transcription. They do this largely through dimerising with Max, which together bind to enhancer (E)-box elements in DNA. Myc proteins function similarly but differ in potency and tissue distribution. For instance, N-myc is expressed predominantly during development in undifferentiated cells of the nervous system, whereas c-myc is ubiquitously expressed in all proliferating cells. Myc proteins, when deregulated, are major drivers of tumourigenesis. Myc deregulation occurs in up to 70% of all human cancers and is often associated with the most aggressive forms. For example, MYCN, the gene encoding N-myc, is amplified in 20-30% of neuroblastomas, and amplification strongly correlates with advanced stage and poor prognosis. Myc proteins are therefore considered “most wanted” targets for cancer therapy, but have long been considered undruggable mainly due to challenges in nuclear drug delivery and physically targeting myc directly given that it is a largely disordered protein that lacks discernible clefts and pockets for small molecules to inhabit. Furthermore, c-myc is important in normal tissue maintenance so the effect of its inhibition in humans is difficult to predict. However, recent in vivo studies showed that systemic myc inhibition (using the peptide pan myc inhibitor Omomyc) has mild and reversible side effects and induces tumour regression. This has alleviated concerns about the side effects that myc inhibition might have, and reinforced the promise of myc as a powerful drug target. However, the translation of Omomyc into the clinic has been hindered by poor cellular delivery. In fact, no direct myc inhibitor has yet been approved, indicating that novel approaches are needed. Moreover, inhibitors in development tend to inhibit all myc family proteins. An inhibitor that could specifically target N-myc might improve safety through bypassing c-myc inhibition. This could be used for the treatment of N-myc-driven cancers such as MYCN-amplified neuroblastoma. Nanobodies, camelid-derived single-domain antibodies, are a relatively new drug class. Whilst some are already in clinical trials for a wide range of diseases, these are specific for cell-surface or extracellular targets. However, their properties also make them ideal for use as intracellular antibodies or ‘intrabodies’. For example, they are small (just 12-15 kDa) and highly soluble due to naturally occurring hydrophobic to hydrophilic amino acid substitutions. Their small size and convex shape makes them advantageous in capturing structures in intrinsically disordered proteins and allows them to reach hidden epitopes not accessible to conventional antibodies, which could improve biological activity. Importantly, nanobodies retain the high specificities and affinities of conventional antibodies. Their small, single-domain nature also means they can be engineered with ease to modify aspects of their localisation and/or function. For example, they can be coupled to carrier molecules to facilitate cellular entry, and a nuclear localisation signal (NLS) can be added to drive them into the nucleus. Also, it was recently shown that an F-box domain could also be incorporated into nanobodies to recruit degradation machinery to its antigen, which depletes the antigen from cells via the proteasomal degradation pathway. Due to their highly advantageous properties, nanobodies raised against N-myc might overcome the barriers to targeting N-myc, providing potent and specific means of directly inhibiting N-myc therapeutically, which has not yet been achieved. In this thesis, nine unique nanobodies were raised against N-myc. These included three against the basic helix-loop-helix leucine zipper (bHLH-LZ) domain where Max dimerises, and six against the transactivation domain where numerous regulatory and cofactor proteins bind, such as the E3 ubiquitin ligase Skp2. Nanobodies against the transactivation domain were more specific for N-myc and were shown to inhibit its Skp-2-mediated ubiquitylation. This could provide novel means of eradicating tumours based on a study showing that inhibition of ubiquitylation at this domain triggers a transcriptional ‘switch’ that induces a non-canonical target gene Egr1, leading to p53-independent apoptosis. A nanobody against the bHLH-LZ (Nb C2) was shown to bind both N- and c-myc to similar magnitudes. Its affinity for N-myc bHLH-LZ was superior to that of the small molecule myc inhibitor 10058-F4, which prolongs survival in a MYCN-dependent mouse model of high-risk neuroblastoma. Nb C2 spontaneously transduced cell membranes and its coupling to a novel small molecule carrier (SMoC) enhanced its cellular uptake. Furthermore, the addition of a NLS increased its nuclear localisation. Preliminary experiments showed that Nb C2 might slow proliferation and induce apoptosis in cancer cell lines expressing c-myc, suggesting that Nb C2 might also be effective against cancers characterised by deregulated c-myc. Taken together, data generated in this thesis have revealed intriguing findings that provide a basis for the development of these nanobodies for the treatment of N-myc- and c-myc-driven cancers.

La télomérase est une ribonucléoprotéine, constituée d'un composant ARN (hTR) qui sert dematrice à l'addition des séquences télomériques aux extrémités des chromosomes et d'un composantprotéique catalytique à activité de transcriptase inverse (hTERT). La réactivation de la télomérasedans 90% des cancers compense le raccourcissement des télomères, permettant ainsil'immortalisation et la survie des cellules tumorales. Ce rôle canonique de la télomérase estaujourd'hui bien documenté. Cependant des travaux récents suggèrent que la télomérase pourraitavoir d'autres fonctions indépendantes de son rôle sur le maintien de la longueur des télomères dansla tumorigénèse et/ou la progression tumorale.Dans les neuroblastomes (NB), l'augmentation du niveau d'activité télomérase (AT) estassociée à un stade avancé de la maladie et à un mauvais pronostic. En effet, plusieurs études ontmontré que les neuroblastomes agressifs ont un niveau élevé d'AT alors que les tumeurs de bonpronostic, ont peu ou pas d'AT. En effet, les NB de stade 4S ayant la capacité de régresserspontanément ont un très faible niveau d'AT. Ces observations suggèrent que la télomérase peutjouer un rôle crucial dans le développement des NB.Afin de mieux comprendre l'implication de la télomérase dans le phénotype agressif desneuroblastes malins et dans la chimiorésistance, nous avons caractérisé les modificationsphénotypiques et génotypiques induites par l'inhibition de la télomérase via l'expression ectopiqued'un mutant dominant négatif catalytiquement inactif (DN-hTERT) dans la lignée IGR-N-91 induit unedifférenciation cellulaire de type stromale et une sensibilisation à l'apoptose en réponse à trois agentscytotoxiques (cisplatine, staurosporine, TRAIL). Cette chimiosensibilisation n'est pas la conséquenced'un raccourcissement des télomères mais probablement celui d'une modulation de l'expression decertains gènes impliqués dans la réponse apoptotique (ré-expression de la caspase 8 et de p53sauvage), suggérant une fonction non canonique de la télomérase. De plus, nous avons montréqu'hTERT régule activement l'expression de N-Myc. En effet, l'expression ectopique du mutanthTERT-DN entraîne une perte des copies surnuméraires de N-Myc conduisant à l'extinction del'expression de la protéine alors que la surexpression d'hTERT sauvage augmente au contraire lenombre de copies du gène. Cette élimination de la protéine N-Myc pourrait être le signe d'une pertedu caractère agressif des cellules tumorales comme en témoigne la diminution de l'expression de laNSE (marqueur de mauvais pronostique des NB) et l'induction du CD44 dans les cellules hTERT-DN.L'ensemble de nos résultats démontre donc un nouveau rôle majeur de la télomérase,indépendant de sa fonction canonique d'élongation des télomères, dans l'acquisition du phénotypemalin et dans la chimiorésistance des NB. Ces résultats sont importants en termes de connaissancede la biologie du NB et des possibilités thérapeutiques. En effet, ces résultats suggèrent quel'inhibition de la télomérase comme stratégie anti-cancéreuse est une approche qui présente un intérêttout particulier dans les cas de NB de stade 4 dans lesquels le taux de survie des patients reste trèsinsuffisant malgré les thérapeutiques les plus intensives.