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.

Das Neuroblastom ist der dritthäufigste maligne Tumor im Kindesalter und ist für 15% der Todesfälle durch Krebs bei Kindern unter 14 Jahren verantwortlich. Viele molekularbiologische Vorgänge, die zu der heterogenen Prognose der Patienten beitragen, sind noch nicht verstanden. Als Hauptrisikomerkmal stellt sich die Amplifikation und erhöhte Expression von MYCN dar. In Vorarbeiten der Arbeitsgruppe von Prof. Christiansen zeigte MYCN Einfluss auf die Genregion von Thyroid Cancer 1 (TC1), das als neuer Marker für maligne Schilddrüsenkarzinome erkannt wurde. In der vorliegenden Arbeit wurden erste Untersuchungen zur prognostischen Bedeutung von TC1 im Neuroblastom, sowie die Charakterisierung eines TC1 Überexpressionsphänotyps humaner Neuroblastomzelllinien unter Einfluss von MYCN durchgeführt. Es wurde ein Überexpressionsvektor von TC1 in die Neuroblastomzelllinie SH-EP eingebracht, welche über ein aktivierbares MYCN- Konstrukt verfügt. Dieser neue Phänotyp wurde bezüglich der Proliferation, des Zellzyklus und der Apoptose im Vergleich zu einer Kontrollzelllinie ohne Überexpression untersucht. Eine In-silico Recherche in der Versteeg Neuroblastomdatenbank ergab eine deutlich bessere Überlebenswahrscheinlichkeit für Patientin mit hoher TC1 Expression. Es konnte gezeigt werden, dass MYCN Amplifikation und Expression in einem Panel von Neuroblastom Zelllinien nicht mit der TC1 Expression korrelieren. Die spezifische Aktivierung von MYCN führte hingegen zu einer Expressionssteigerung von TC1. Weiterhin zeigte sich, dass eine TC1 Überexpression die Proliferation hemmt, indem es die MYCN induzierte G1- S- Phasen- Transition inhibiert. TC1 zeigt antiproliferative Eigenschaften im Zellkulturmodell und stellt sich als neuer prognostisch günstiger Parameter im Neuroblastom dar.

Histone deacetylase inhibitor trichostatin A (TSA) increases cytotoxicity of antineoplastic agent ellipticine to human neuroblastoma cells. Its mechanism of action has not yet been explained. One of the possible mode of action is conformational change in chromatin, which leads to changes in DNA that is more accessible to covalent modification and intercalation. The aim of this work is to study another mode of action, which can explain this phenomenon. The question is, if TSA can increase cytotoxicity of ellipticine to human neuroblastoma cells by modulation of activities and expression of cytochromes P450 and peroxidases. These enzymes are responsible for cytotoxicity of ellipticine to human neuroblastoma cells. TSA has no effect on oxidation of ellipticine mediated by cytochromes P450 leading to metabolites responsible for formation of ellipticine-DNA adducts and detoxication metabolites. TSA increases formation of ellipticine dimer, which is a detoxication metabolite, forming during its oxidation by peroxidases. TSA has no effect on activities of CYP1A1, CYP1A2, CYP3A, which significantly participate in oxidation of ellipticine. TSA modulates expression of enzymes oxidizing ellipticin in human neuroblastoma cells. TSA in the presence of ellipticine increases expression of CYP1A1 a CYP3A4 in...

Ellipticine is a potent antineoplastic agent, whose mode of action is considered to be based mainly on DNA intercalation and inhibition of topoisomerase II. Ellipticine was also found to form covalent DNA adducts mediated by its enzymatic activation with cytochromes P450 (CYP) and peroxidases. The next study demonstrated increasing formation of these ellipticine-DNA adducts by histone deacetylase inhibitor valproate (VPA) in neuroblastoma cells. This phenomenon correlates with increasing cytotoxicity of ellipticine induced by this histone deacetylase inhibitor. This observation can be explained by several mechanisms. One of them can be loosening the structure of chromatine, which leads to accessing DNA for modification. Another one is the effect of VPA on activities and expression of enzymes metabolizing ellipticine. This study was aimed to test the second hypothesis. Since VPA has been shown to be metabolized by similar enzymes as ellipticine is, we have studied the effect of VPA (i) on oxidation of ellipticine by cytochromes P450 and peroxidases, (ii) on activities of the CYP enzymes, which significantly participate in oxidation of ellipticine (CYP1A, CYP3A) and (iii) on expression of enzymes oxidizing ellipticine (CYP1A1, CYP3A4, lactoperoxidase). Oxidation of ellipticine in vitro by model...

Die Abschätzung der Prognose für Patienten, insbesondere Kinder mit onkologischen Erkrankungen stellt eine große Herausforderung an die behandelnden Ärzte dar. Vor Beginn einer Therapie werden daher viele Informationen gesammelt, um einen Patienten möglichst gut in eine vordefinierte Risikogruppe stratifizieren und dementsprechend eine mehr oder weniger intensive Therapie anbieten zu können. Diese Einteilungen sind allerdings für keinen Malignomtyp mit 100%-iger Sicherheit möglich. Das ist die Ursache dafür, dass auch in niedrige Risikogruppen eingeteilte Patienten nicht auf die Therapie ansprechen und einen unvorhergesehen schlechten Verlauf zeigen können. Auf der anderen Seite scheint es Patienten zu geben, die trotz initial schlecht eingeschätzter Prognose einen überaschend guten Verlauf nehmen, auf die Therapie gut ansprechen und letztlich geheilt werden können. Einen Beitrag zu leisten, um die Stratifizierung für Kinder, die an einem Neuroblastom erkrankt sind, zu verbessern und damit zu vermeiden, dass einige Patienten unter- oder andere Patienten übertherapiert werden müssen, ist das Ziel dieser Habilitationsarbeit. Zu diesem Zweck wurden differentielle, molekulare Marker in primären humanen Neuroblastomen identifiziert und deren prognostische Bedeutung dargestellt. Einzelne dieser Marker (differentiell expremierte mRNAs) wurden in Zellkultursystemen funktionell untersucht, um deren zellbiologische Funktion, die der jeweiligen prognostischen Bedeutung zugrunde liegen kann zu erklären. Desweiteren konnten genomische Merkmale des amplifizierten genomischen Abschnittes auf Chromosom 2p25 um MYCN beschrieben werden. Darauf basierend konnte eine patientenindividuelle und tumorzellspezifische PCR entwickelt werden (AFS-PCR), die sich als Marker für den Nachweis einer minimalen Resterkrankung eignet.

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.

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.

Das Neuroblastom (NB) zählt zu den therapieresistentesten Tumoren des Kleinkindalters. Besonders NB-Patienten mit MYCN-Amplifikation sind mit einer schlechten Prognose konfrontiert. Neuere Studien legen nahe, dass eine spezifische aktive Immuntherapie gegen MYCN ein vielversprechender Ansatz zur Bekämpfung dieser malignen Erkrankung darstellen könnte. Zur Untersuchung dieser Hypothese wurde ein sogenanntes Minigen-Vakzin, welches für drei ausgewählte Epitope aus der MYCN-AS-Sequenz kodiert, generiert. Die Auswahl der Minigen-Epitope erfolgte mit dem MHC-Liganden-Vorhersageprogramm syfpeithi, welches drei starke H2-Kk-Liganden lieferte. Außerdem wurden zwei weitere Vakzine hergestellt: als Negativkontrolle MYCNLow, dessen MYCN-Peptide laut syfpeithi schlechte MHC-Klasse-I-Liganden darstellen und ein cDNA-Vakzin auf Basis der gesamten MYCN-cDNA-Sequenz. Zur Applikation der Vakzine wurden attenuierte Salmonella typhimurium SL7207 verwendet, die eine zusätzliche Stimulierung des mukosalen Immunsystems hervorrufen. Für die Untersuchung der Impfstoffe in vivo wurden zwei neuartige immunkompetente NB-Mausmodelle etabliert. Dazu wurden die syngenen NXS2/C1300 A/J-Mausmodelle soweit modifiziert, dass sie über eine induzierbare MYCN-Expression verfügten. Nach Auswahl und Charakterisierung geeigneter Transfektanten in vitro und in vivo wurde in diesen Modellen die Wirksamkeit der Vakzine untersucht. In diesen Versuchen konnte mit Hilfe der Vakzine das Primärtumorwachstum von NXS2-MYCN in geimpften Tieren signifikant im Vergleich zu Kontrollen reduziert und die Metastasierung durch C1300-MYCN Zellen signifikant verzögert werden. Mit den in-vivo-Versuchen anschließenden Analysen wurde schließlich bewiesen, dass die Immunantwort durch tumorinfiltrierende MYCN-spezifische zytotoxische CD8+ T-Zellen vermittelt wird. Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass eine MYCN-DNA-Vakzinierung erfolgreich zur Behandlungen MYCN-exprimierender NB im Mausmodell eingesetzt werden kann. / High-level expression of MYCN protein caused by amplification of the gene characterizes a malignant phenotype of neuroblastoma (NB). Recent studies suggest that MYCN might be a promising target for immunotherapy. Therefore, we investigated the efficacy of three MYCN-specific DNA vaccines. Two minigene vaccines were generated; each encoded for three selected epitopes of the MYCN protein sequence with the highest, or as a control lowest, predicted affinity to MHC-Class-I Molecules. The third vaccine based on the cDNA of MYCN. Salmonella typhimurium SL7207 were used as oral application vehicle for the vaccines in in vivo experiments to induce an additional stimulation of the immune system. To investigate the immunotherapeutic approach NXS2- and C1300-cells syngeneic to immunocompetent A/J-mice were stably transfected with a tetracycline inducible vector system coding for MYCN. The transfectants were characterized and established in vitro and in vivo. In the MYCN-overexpressing models vaccination with the MYCN-DNA-vaccines resulted in significant reduced primary tumor growth or decelerated metastasis spread. The immune responses in the in vivo experiments followed by orally applied MYCN-DNA vaccines was mediated by tumor infiltrating cytotoxic CD8+ and CD4+ T cells. MYCN specificity of infiltrating lymphocytes was verified by MYCN-specific cytolytic activity and IFN-gamma secretion ex vivo. Finally, we showed that blocking of MHC-class I molecule H2-Kk approbated cytotoxicity mediated by CD8+ T cells, indicating MYCN specificity of the induced immune response. In summary, we showed that a MYCN based DNA vaccination strategy is effective against MYCN-expressing NB in vivo. In light of the description of MYCN-specific T cells in NB patients, the lytic action of autologous T cells on MYCN-expressing cells and the results of this study underline the possible potential of an active immunotherapy against MYCN as an alternative therapeutic approach to treat NB.

Das Neuroblastom ist ein vom sympathischen Nervensystem ausgehender neuroektodermaler maligner Tumor des Kleinkindesalters. Bei über 50% der Neuroblastom-Ersterkrankungen liegt bereits das disseminierte Stadium 4 vor, das eine infauste Prognose hat. Eine wirksame Behandlung des Stadium 4 Neuroblastoms stellt deshalb nach wie vor eine der größten Herausforderungen der pädiatrischen Onkologie dar: Die Gesamtüberlebensrate von 20-25% der Kinder, die an dieser bösartigen Krankheit leiden, konnte während der letzten zwei Jahrzehnte trotz neuer Chemotherapie-Protokolle nicht wesentlich verbessert werden. Aus diesem Grund gibt es zunehmend Bestrebungen sich um Therapiealternativen zu bemühen. In dieser Arbeit werden die derzeit möglichen immunologischen Strategien zur Behandlung des Neuroblastoms abgehandelt. / Neuroblastoma is a neuroectodermal malignancy of early childhood derived from sympathetic nervous tissue. At initial diagnosis over 50% of patients present with disseminated stage 4 disease which has a dismal prognosis. Effective treatment of patients with stage 4 neuroblastoma remains a major challenge in pediatric oncology. Despite novel therapeutic approaches including chemotherapy and autologous stem cell transplantation the overall survival rate of only 20-25% did not improve over the last two decades. Therefore, a lot of effort has been made to develop novel alternative therapies. This thesis summarizes possible immunotherapeutic strategies for the treatment of neuroblastoma.

Cancer cells are able to adapt to different stress factors such as hypoxia, which is caused by insufficient tumor vascularization. An increased acetylation status of histones H3 and H4 in UKF-NB-3 and UKF-NB-4 neuroblastoma cell lines was found to be a mechanism of adaptation of these cells to hypoxia. An increase in acetylation of histones H3 and H4 is suggested to cause changes in the structure of chromatin that lead to activation of gene transcription. In addition, cultivation of tested neuroblastoma cells under hypoxic conditions changes expression of proteins of a transcription factor N-myc, which is essential for development of neuroblastomas. This transcription factor is also responsible for a metabolic adaptation of neuroblastoma cells, increases their aggressiveness and its expression leads to a worse prognosis of the disease. Inhibitors of histone deacetylases (HDAC) are suggested to be the promising agents exhibiting various anticancer effects. They can induce cell cycle arrest, differentiation or programmed cell death in sensitive tumors. In this study, the effect of one of inhibitors of HDACs, valproate, on expression of proteins of transcription factors N-myc and hypoxia inducible factor 1α (HIF-1α) was investigated. Valproate decreases protein levels of both transcription factors in...