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.

Zugl.: Giessen, Univ., Diss., 2008

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Cancer, despite significant advances in diagnosis and treatment, is the second most common cause of death in economically advanced countries. The main reason for the failure of anticancer therapy is the development of chemoresistance, which can be either internal or acquired, and is primarily mediated by the activation of various key regulators (eg MDR, PI3K/Akt, etc.). Genetic and epigenetic mechanisms are involved in activating these pathwa- ys. Significant epigenetic mechanisms that can participate in chemoresistance include regula- tion of gene expression by microRNA (miRNA) and long noncoding RNA (lncRNA). Dere- gulated expression of these non-coding RNAs has been observed in many diseases and their involvement in the initiation and progression of malignant tumors has been demonstrated. In this study, we investigated the expression of long non-coding RNA MIAT in hypoxia (1% O2) in chemosensitive and chemoresistant neuroblastoma cell lines (NBL), as hypoxia is a significant negative prognostic factor of many tumors and is involved in chemoresistance. Relative expression of MIAT was influenced by the number of cultured cells, where expression was increased by culturing more cells. MIAT expression was also significantly increased after 6 hours of NBL culture UKF-NB-4 in hypoxic conditions, and...

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.

Das Neuroblastom ist der häufigste extrakraniell gelegene solide Tumor der pädiatrischen Onkologie. Der Verlauf der Erkrankung geht von spontaner Regression oder Differenzierung bis hin zu tödlich verlaufenden Erkrankungen. Die Mortalität von Patienten mit Tumoren in fortgeschrittenen Stadien ist immer noch sehr hoch. Die aggressivsten Tumoren sind die, die eine Amplifikation des Protoonkogens MYCN aufweisen. Eine Untergruppe dieser MYCN amplifizierten Tumoren weist eine Coamplifikation von DDX1 auf. Die Prognose dieser Patienten ist besser als die mit allein MYCN amplifizierten Tumoren, wenn auch immer noch schlechter als die von Patienten ohne MYCN Amplifikation. Das DDX1-Protein ist eine putative RNA-Helikase. Über seine genaue Funktion ist noch nicht viel bekannt. Ziel dieser Arbeit war es, potentielle Ziel-mRNAs von DDX1 zu identifizieren, um einen besseren Einblick in die Funktionen von DDX1 und mögliche Wege der Beeinflussung von Tumorverhalten und Prognose zu erhalten. Hierzu wurden eine DDX1 amplifizierte und eine nicht amplifizierte Zelllinie in Kultur genommen und eine Immunopräzipitation mit Zelllysaten der beiden Zelllinien durchgeführt – jeweils mit einem spezifischen Antikörper gegen DDX1 und einem unspezifischen Kontrollantikörper. Die Identifizierung der an DDX1 gebundenen mRNAs erfolgte mittels Microarray. Validiert wurden einige der im Microarray identifizierten RNAs mittels RT-PCR. CDK1, ATM und p18 ließen sich als spezifische Ziel-mRNAs von DDX1 identifizieren.

Stuttgart, Univ., Diss., 2001.

Cancer is one of the most challenging problems the modern medicine is facing today. An increasing incidence and a great variability of tumor cells are the main reasons those drive the research to develop better diagnostics and therapeutic protocols. Histone deacetylase inhibitors, a group of epigenetic chemotherapeutics, are able to improve the performance of currently used anticancer agents. Vaplroic acid that is commonly used as antiepileptic drug exhibits a remarkable anticancer activity by itself as well as it is capable of therapy potentiation based on other therapeutic agents. Its effect to inhibit growth of tumor cells and induce apoptotic cell death seems to be even greater under hypoxic conditions (<1% O2). This study is focused on effect of valproic acid on neuroblastoma cell lines in vitro under normoxic and hypoxic conditions. We observed significantly greater efficacy of valproic acid in hypoxia compared to normoxia. The mechanism of induction of apoptotic cell death is based on disruption of the balance between pro- and antiapoptoic proteins. Intrinsic apoptotic pathway is probably initiated by the action of 19 kDa variant of proapoptotic protein Bax on mitochondrial membrane. Moreover, we examined the efficiency of a combined treatment of neuroblastoma cells with valproic acid and...

Cancer is one of the most challenging problems the modern medicine is facing today. An increasing incidence and a great variability of tumor cells are the main reasons those drive the research to develop better diagnostics and therapeutic protocols. Histone deacetylase inhibitors, a group of epigenetic chemotherapeutics, are able to improve the performance of currently used anticancer agents. Vaplroic acid that is commonly used as antiepileptic drug exhibits a remarkable anticancer activity by itself as well as it is capable of therapy potentiation based on other therapeutic agents. Its effect to inhibit growth of tumor cells and induce apoptotic cell death seems to be even greater under hypoxic conditions (<1% O2). This study is focused on effect of valproic acid on neuroblastoma cell lines in vitro under normoxic and hypoxic conditions. We observed significantly greater efficacy of valproic acid in hypoxia compared to normoxia. The mechanism of induction of apoptotic cell death is based on disruption of the balance between pro- and antiapoptoic proteins. Intrinsic apoptotic pathway is probably initiated by the action of 19 kDa variant of proapoptotic protein Bax on mitochondrial membrane. Moreover, we examined the efficiency of a combined treatment of neuroblastoma cells with valproic acid and...

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