Marburg, Universiẗat, Diss., 2008.

Thesis (doctoral)--Köln, 1986.

Habschr. Bern, 1972.

Neuroblastoma is the most abundant, solid, extracranial tumor in early childhood and the leading cause of cancer-related childhood deaths worldwide. Patients with high-risk neuroblastoma often show MYCN-amplification and elevated levels of Aurora-A. They have a low overall survival and despite multimodal therapy options a poor therapeutic prognosis. MYCN-amplified neuroblastoma cells depend on Aurora-A functionality. Aurora-A stabilizes MYCN and prevents it from proteasomal degradation by competing with the E3 ligase SCFFBXW7. Interaction between Aurora-A and MYCN can be observed only in S phase of the cell cycle and activation of Aurora-A can be induced by MYCN in vitro. These findings suggest the existence of a profound interconnection between Aurora-A and MYCN in S phase. Nevertheless, the details remain elusive and were investigated in this study. Fractionation experiments show that Aurora-A is recruited to chromatin in S phase in a MYCN-dependent manner. Albeit being unphosphorylated on the activating T288 residue, Aurora-A kinase activity was still present in S phase and several putative, novel targets were identified by phosphoproteomic analysis. Particularly, eight phosphosites dependent on MYCN-activated Aurora-A were identified. Additionally, phosphorylation of serine 10 on histone 3 was verified as a target of this complex in S phase. ChIP-sequencing experiments reveal that Aurora-A regulates transcription elongation as well as histone H3.3 variant incorporation in S phase. 4sU-sequencing as well as immunoblotting demonstrated that Aurora-A activity impacts splicing. PLA measurements between the transcription and replication machinery revealed that Aurora-A prevents the formation of transcription-replication conflicts, which activate of kinase ATR. Aurora-A inhibitors are already used to treat neuroblastoma but display dose-limiting toxicity. To further improve Aurora-A based therapies, we investigated whether low doses of Aurora-A inhibitor combined with ATR inhibitor could increase the efficacy of the treatment albeit reducing toxicity. The study shows that the combination of both drugs leads to a reduction in cell growth as well as an increase in apoptosis in MYCN-amplified neuroblastoma cells, which is not observable in MYCN non-amplified neuroblastoma cells. This new approach was also tested by a collaboration partner in vivo resulting in a decrease in tumor burden, an increase in overall survival and a cure of 25% of TH-MYCN mice. These findings indicate indeed a therapeutic window for targeting MYCN-amplified neuroblastoma. / Das Neuroblastom ist der häufigste, solide, extrakranielle Tumor der frühesten Kindheit und die häufigste mit Krebs verbundene Todesursache von Kleinkindern weltweit. Patienten mit geringerer Überlebenswahrscheinlichkeit und schlechterer Therapieprognose zeigen oft eine MYCN-Amplifikation und erhöhte Mengen von Aurora-A. Aurora-A ist eine Serin/Threonin-Protein Kinase, die wichtige mitotische Prozesse reguliert. Aurora-A stabilisiert MYCN und verhindert dadurch den proteasomalen Abbau von MYCN. Die Interaktion zwischen Aurora-A und MYCN ist S Phasen-spezifisch und MYCN ist in vitro in der Lage, durch seine Bindung Aurora-A zu aktivieren. Die Funktionen und Prozesse, die von Aurora-A in der S Phase reguliert werden, sind noch nicht hinreichend untersucht und daher Gegenstand dieser Dissertation. Zell-Fraktionierungen zeigen, dass Aurora-A in der S Phase in einer MYCN-abhängigen Weise an das Chromatin gebunden ist. Phosphoproteom-Analysen mittels Massenspektrometrie identifizierten zahlreiche neue Substrate von Aurora-A, sowie acht Substrate von MYCN-aktiviertem Aurora-A. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass Histon 3 Serin 10 von Aurora-A in Abhängigkeit von MYCN in S Phase phosphoryliert wird. ChIP-Sequenzierungen zeigen, dass Aurora-A die Elongation der Transkription und den Einbau der Histone Variante H3.3 in S Phase beeinflusst. 4sU-Sequenzierung sowie Immunoblots zeigen einen Zusammenhang zwischen der Aktivität von Aurora-A und dem Spleißosom in der S Phase. Zusätzlich konnte mittels PLA nachgewiesen werden, dass Aurora-A die Entstehung von Transkriptions-Replikationskonflikten verhindert, die andernfalls die Kinase ATR aktivieren würden. Aurora-A Inhibitoren wurden unter anderem zur Therapie von Neuroblastomen eingesetzt, allerdings ist die Dosis des Aurora-A Inhibitors durch die hohe Toxizität limitiert, was die Effizienz der Therapie stark beeinträchtigt. Daher wurde untersucht, ob die gleichzeitige Gabe von geringeren Mengen Aurora-A Inhibitor in Kombination mit einem ATR Inhibitor zur Therapie geeignet ist. In vitro konnte gezeigt werden, dass die Kombination beider Inhibitoren das Zellwachstum reduziert und das MYCN-amplifizierte Zellen im Vergleich zu MYCN nicht-amplifizierten Zellen verstärkt durch Apoptose sterben. Durch einen Kollaborationspartner konnte die Kombination der beiden Inhibitoren an Mäusen getestet werden. Die mit der Kombination behandelten Mäuse, zeigen ein deutlich reduziertes Tumorwachstum, sowie längeres Überleben. Somit stellt diese Kombination ein therapeutisches Fenster dar und könnte zur Behandlung von Neuroblastompatienten genutzt werden.

Das Medulloblastom ist der häufigste, maligne Hirntumor des Kindesalters. In den letzten Jahren ist es gelungen, molekularbiologisch definierte Subgruppen innerhalb dieser Tumorentität zu definieren, die sich durch ein unterschiedliches therapeutisches Ansprechen differenzieren lassen. Es werden vier Gruppen abgegrenzt: Tumore mit Aktivierung des WNT-Signalwegs, des SHH-Signalwegs, sowie der Gruppe 3, die sich vor allem durch eine Myc Amplifikation auszeichnen und Gruppe 4, in der MycN amplifiziert wird. Während Patienten mit SHH- und WNT-Tumoren eher eine günstige Prognose haben, ist der Bedarf an neuen Therapieansätzen für Patienten mit Gruppe 3- und Gruppe 4-Tumoren auf Grund der schlechten Prognose sehr hoch. Die aus einem malignen Pleuraerguss eines Gruppe 3-Medulloblastom Patienten gewonnenen Tumorzellen konnten erfolgreich als permanente Zelllinie etabliert sowie in vitro und in vivo charakterisiert werden. Dieses Tumormodell habe ich in meiner Dissertationsarbeit genutzt um die zytotoxische Wirkung neuer Zytostatika und Inhibitoren Kombinationen auf das Gruppe 3-Medulloblastom in vitro und im Tiermodell zu untersuchen. Bei der Auswahl neuer Therapieansätze galt die Maßgabe, Substanzen zu wählen, die für den klinischen Einsatz geeignet sind, neue gezielte zytostatische Mechanismen aufweisen und bei denen bereits publizierte Vorarbeiten nahelegen, dass diese das ZNS tatsächlich erreichen. In unserem in vitro Modell testeten wir 23 Substanzen und wählten dann die fünf vielversprechendsten für das subkutane Tumormausmodell aus. Als Vergleichsgruppen für das Therapieansprechen wählten wir die Kombination aus Cisplatin und Etoposid, die gerade bei den Patienten mit einem HochrisikoMedulloblastom die Therapie der Wahl ist. Im ersten Tierversuch konnte gezeigt werden, dass Gemcitabin als Monotherapie den gleichen zytotoxischen Therapieeffekt zeigt, wie Cisplatin und Etoposid in Kombination. Deshalb war nun das Ziel eine Substanz zu finden, welche dann in Kombination mit Gemcitabin einen besseres Therapieansprechen als die Standardtherapie zeigt. Bei der Tumorpräparation im initialen Tierversuch fiel auf, dass die Tumoren stark vaskularisiert sind. Nach dieser Beobachtung stellten wir uns die Fragen, ob die Inhibition des Vaskularisierungsvorgangs im Tumor einen additiven zytotoxischen Effekt auf das Tumorwachstum hat. Daraufhin erweiterten wir die Suche nach geeigneten Substanzen für das Gruppe 3-Medulloblastom um Multikinaseinhibitoren, die auch VEGF-Rezeptoren inhibieren. Überraschenderweise konnten wir zeigen das Gemcitabin in Kombination mit verschiedenen VEGF-Rezeptor-Inhibitoren in den Toxizitätsversuchen in vitro eine 10.000 fach niedrigere EC50 hat als die Kombination aus Cisplatin und Etoposid. Auch in den anschließenden Tierversuchen konnten wir zeigen, dass Gemcitabin in Kombination mit Axitinib einen besseren Therapieerfolg bezogen auf das Tumorwachstum zeigt, als die bisherige Standardtherapie. Darüber hinaus verloren die Tiere, die mit Gemcitabin und Axitinib behandelt wurden deutlich weniger an Gewicht, als die Tiere die die Standardtherapie erhielten. Zusammenfassend können wir zeigen, dass Axitinib, ein neuer pan-VEGF-Rezeptor-Inhibitor der bisher nur in anderen Tumorentitäten wie dem Nierenzellkarzinom zum Einsatz kommt, in Kombination mit Gemcitabin, einem Nukleosidanalogon, einen deutlichen zytotoxischen Effekt an Medulloblastom Zelllinien in vitro als auch im subkutanen und orthotopen Tiermodell hat. Diese Ergebnisse könnten die Basis sein für neue therapeutische Strategien gegen das Gruppe 3-Medulloblastom bei Kindern, die die bisherige Therapie nicht mehr tolerieren oder bereits irreversible Nebenwirkungen der Standardtherapie entwickelt haben / Medulloblastoma is the most common malignant brain tumor in childhood. In the last few years, it could be successfully defined new molecular subgroups within this tumor entity, which also were defined through a different response to therapy. Four groups are delineated: tumors with activation of the WNT signaling pathway, the SHH signaling pathway, group 3, which are mainly characterizied by myc-c amplification and group 4, in which myc-n is amplified. While patients with SHH and WNT tumors tend to have a favorable prognosis, the need for new therapeutic approaches for patients with group 3 and group 4 tumors is very high due to the poor prognosis. ...

Zugl.: Giessen, Universiẗat, Diss., 2008.

Zugl.: Giessen, Universiẗat, Diss., 2008.

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.

Eines der charakteristischen Merkmale des Neuroblastoms stellt seine einzigartige biologische Heterogenität dar, die eine genaue Ausage des weiteren klinischen Verlaufes stark erschwert. Bestimmte prognostisch wirksame klinische, molekularbiologische und genetische Faktoren, wie zum Beispiel Alter bei Erstdiagnose, Tumorstadium, MYCN-Amplifikation und 1p Deletion, werden seit längerem zur Risikostratifizierung genutzt. Bereits in anderen Tumorerkrankungen konnte nun der Einfluß einer Telomerlängenveränderung auf das Gesamtüberleben von Patienten nachgewiesen werden. Telomere sichern die genomische Integrität und bestimmen maßgeblich die proliferative Kapazität jeder somatischen Zelle. Aktuelle Forschungsergebnisse legen die Vermutung nahe, dass Veränderungen der Telomerlänge auch in Neuroblastomen einen prognostischen Effekt auf das Gesamtüberleben haben. In diesem Kontext untersucht die vorliegende Arbeit den Zusammenhang zwischen Telomerlänge und Gesamtüberleben in 420 MYCN nicht-amplifizierten primären Neuroblastomen mit Erstdiagnosen von 1983-2001. Hierfür wurden die relativen Telomerlängen mithilfe einer neu etablierten monochromen multiplex q-RT-PCR ermittelt. Anschließend wurden diese sowohl mit ausgesuchten klinischen Variablen (Alter bei Erstdiagnose, Tumorstadium, Primärlokalisation des Tumors, Histologie, Geschlecht und Rezidivauftreten) korreliert als auch auf ihren Einfluß auf das Gesamt- und ereignisfreie Überleben untersucht. In Korrelation mit den klinischen Parametern konnte zwischen Alter bei Erstdiagnose und Telomerlänge ein eindeutiger Zusammenhang nachgewiesen werden. Je älter die Patienten bei Erstdiagnose, desto höher war sowohl der Anteil verlängerter Telomere als auch der extremer Telomerlängenveränderungen. Neuroblastome mit verlängerten Telomeren zeigten in der gleichen Altersgruppe ein verringertes Gesamtüberleben der betroffenen Patienten verglichen mit Neuroblastomen mit verkürzten Telomeren. Somit könnte eine Telomerlängenveränderung, insbesondere verlängerte Telomere, im klinischen Alltag als Hinweis auf einen prognostisch ungünstigen Verlauf genutzt werden.

Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, das Rezidivmuster der Medulloblastome aufzuzeigen. Die Bedeutung prognostischer Faktoren, wie Therapie oder initiale Erkrankungsausdehnung soll im Zusammenhang mit dem Auftreten eines Rezidivs oder einer Progression näher untersucht werden. Es handelt sich um ein Patientenkollektiv von 40 Kindern mit einem Rezidiv eines Medulloblastoms. Die Patienten sind Teil des HIT 2000 Kollektivs, ein Patient war Teil der HIT ´91 Studie, 7 waren Beobachtungspatienten. Die Altersverteilung der Rezidivpatienten unterschied sich von der Altersverteilung aller HIT 2000-Studienpatienten. Die Patienten in der Gruppe der unter Vierjährigen mit einem Rezidiv waren signifikant jünger als die des gesamten Kollektivs unter vier Jahren. Bei den älteren Kindern war der Unterschied nicht signifikant. Von insgesamt 40 Kindern fanden sich acht Patienten mit Lokalrezidiv (20%) und 32 Patienten mit einem Rezidiv in Form einer Meningeose (80%). Bei Patienten mit Lokalrezidiv zeigte ein postoperativ verbliebener Resttumor keinen Einfluß auf das Entstehen eines Lokalrezidivs. 100% der Patienten, die Angaben zu einem verbliebenen Resttumor hatten, waren S0 reseziert. Fünf der acht Kinder wurden aufgrund ihres jungen Alters nicht bestrahlt. 32 Patienten (80%) zeigten eine Meningeose als Rezidiv auf. 73,3% der Patienten wiesen bereits initial eine Disseminationen in den Meningen auf. 50% der Patienten (n=16) boten die Dissemination im frontalen oder frontobasalen Bereich. Alle lokal begrenzten, frontalen Meningeoseherde traten an einer vorher nicht betroffenen Stelle auf. Es ließen sich keine Hinweise auf eine Unterdosierung der Radiatio als Ursache finden. Ein Einfluß der Chemotherapie unter Berücksichtigung der durch die Liquorzirkulation bedingten Schwankungen in den Wirkspiegeln bleibt zu klären und wird Gegenstand weiterer Studien sein müssen. / We have retrospectively analyzed 38 consecutive patients with a recurrence of medulloblastoma treated according to a national multicenter protocol. Two of 38 patients studied relapsed twice and were thus counted twice resulting in a total number of 40 patients. Most patients (n=32) were treated according to the current national treatment study for medulloblastomas (HIT 2000), one patient was treated according to the preceding trial Hit’91 and 7 children were observational patients of the HIT 2000 study. All patients with relapse younger than four years of age were significantely younger than all patients with medulloblastoma registered in HIT 2000. 38 children treated for medulloblastoma showed 40 events of recurrences. 8 patients relapsed with an isolated local recurrence of the tumour. We did not find any correlation to an incomplete surgical removal or a violation to the treatment protocol. 50% of these children were younger than 4 years at the time of initial presentation and thus were not treated primarily with radiotherapy. 32 events were recurrences with a meningeal dissemination. 50% of these recurrences were found in the frontal region and 25% as isolated nodular frontal and frontobasal meningeal disease. We could not find any correlation to possible treatment violations especially to a lower irradiation dose of the frontobasal region. Other explanations, e.g. reduced biodistribution of chemotherapeutic agents to these areas have to be sought for.