Les facteurs de transcription STAT3 sont des protéines cytoplasmiques qui induisent l'activation de gènes en réponse à une stimulation de facteurs de croissance ou de cytokines. A la suite d'une phosphorylation sur son résidu tyrosine 705, STAT3 se dimérise et est transloqué dans le noyau afin d'activer ses gènes cibles spécifiques impliqués dans la progression de la phase G1 vers la phase S du cycle cellulaire. Néanmoins, en absence de phosphorylation du résidu tyrosine 705, STAT3 est capable d'induire l'activation de ses gènes cibles, ces observations ont été corrélées avec la phosphorylation du résidu sérine 727 localisée dans le domaine de transactivation. Dans ce cas, il a été montré que les gènes cibles sont différents de ceux activés par STAT3 phosphorylé sur son résidu tyrosine. Ces résultats suggèrent que les modifications post-traductionnelles de STAT3 jouent un rôle important dans la spécificité de son activité transcriptionnelle. Nous avons observé que le facteur de transcription est phosphorylé sur son résidu sérine 727 en réponse à un traitement génotoxique par la kinase Cdk5. Dans ces conditions, cette voie Cdk5- STAT3 permet la diminution de l'expression de gènes impliqués dans la progression de la phase G1 du cycle cellulaire comme la cycline D1 et c-Myc afin de favoriser l'expression des gènes de réparation tel que Eme1. En parallèle, nous avons montré que STAT3 est également phosphorylé sur son résidu sérine 727 lors de la phase G2 et de la mitose. Cette phosphorylation, due à la kinase Cdk1, permet de réguler l'expression de gènes impliqués dans le déroulement des phases G2 et M du cycle cellulaire, tels que PLK1, STIL, RIC8A, FoxM1, NuMa, Cdc25C. Par ailleurs, grâce à une étude immunohistochimique, nous avons remarqué que STAT3 est phosphorylé sur son résidu sérine 727 dès les stades précoces du cancer colorectal. L'ensemble de ces résultats suggère que la sérine 727 est un site de phosphorylation majeur dans le cancer colorectal. Cette phosphorylation lui permet d'activer deux voies distinctes : la réparation des dommages de l'ADN en réponse à un traitement génotoxique et la progression du cycle cellulaire de la phase G2 vers la mitose.

<p>Prostate cancer is (PCa) the second leading cause of cancer death in males in the United State, with 174,650 new cases and 31,620 deaths estimated in 2019. Polo-like kinase 1 (PLK1) has been postulated to have a pro-tumorigenesis function, besides its critical role in regulation of cell cycle, and to be overexpressed in various types of human cancer, including prostate cancer (PCa). However, our understanding remains unclear regarding the pro-tumor properties of PLK1 partially due to a lack of proper animal model. Integrating our recently generated prostate-specific PLK1 knock-in genetically engineered mouse model (GEM) and the transcriptome data of human PCa patients, we identify an oncogenic role of PLK1 in the prostate adenocarcinoma progression, castration resistance and metastatic dissemination. To elucidate the underlying mechanism, we investigate the link between PLK1 and tumor microenvironment in PCa using the transgenic mouse model, and find that PLK1overexpression enable the macrophages polarization towards M2 phenotype via driving the activation of IL4/IL13/STAT6 pathway. These findings first validates PLK1 as a critical oncogene closely associated with PCa progression in vivo, and uncover a novel function of PLK1 to facilitate IL4/STAT6 signaling and M2 macrophage polarization. Importantly, these findings suggest an efficient therapeutic strategy targeting STAT6 for treatment of advanced PCa which usually possessing a high level of PLK1 expression. To further explore the molecular mechanism underlying PLK1-induced PCa progression and resistance to therapy, we turned our eyes to epigenetic modifications. It has been documented that epigenetic deregulation such as histone modification and DNA methylation contributes to PCa initiation and progression. Enhancer of zeste homologue 2 (EZH2), the catalytic subunit of Polycomb-repressive complex 2 (PRC2), plays a critical role in repressing gene expression by tri-methylation of histone 3 at lysine 27 (H3K27me3). Emerging data have demonstrated that there is a link between EZH2 and oncogenesis as EZH2-mediated methylation acts as an important factor in epigenetic silencing of tumor suppressor genes in cancer. Expression of EZH2 is often upregulated in castration-resistant prestate cancer (CRPC), thus EZH2 has been proposed as a target for CRPC. Importantly, it has been demonstrated that EZH2 becomes hyperphosphorylated in CPRC cells. Further, it has been shown that the oncogenic function of EZH2 is usually regulated by the post-translational modifications. PLK1 acting as a serine/threonine kinase to regulate multiple signaling pathways in human cancer, however, whether PLK1 is involved in EZH2 phosphorylation is not known. Herein, we show that Plk1 physically interacts with EZH2 and negatively regulates H3K27 trimethylation (H3K27me3). Furthermore, Plk1 can phosphorylate EZH2 at T144, and Plk1-mediated phosphorylation of EZH2 is involved in inhibiting EZH2 activity toward H3K27me3. More importantly, EZH2 phosphorylation by Plk1 is inhibitory for PRC2-mediated gene repression but required for transcriptional activation toward oncogenesis. Finally, by combination with Plk1 inhibitor BI2536, we show a robust sensitization of EZH2 inhibitors in CRPC cell lines, as well as in CRPC xenograft tumors. Our findings provide a new mechanism to define the oncogenic activity of EZH2 and suggest that inhibition of Plk1-mediated EZH2 activity may provide a promising therapeutic approach for CRPC.</p>

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Karzinome der Gallenwege sind mit einer schlechten Prognose assoziiert. Eine potentiell kurative chirurgische Resektion ist bei der Mehrzahl der Patienten aufgrund des späten Zeitpunkts der Diagnosestellung nicht möglich, so dass derzeit vorrangig palliative Therapieansätze Anwendung finden. Das nur geringe Ansprechen auf konventionelle Radio- oder Zytostatikatherapie begründet die Notwendigkeit neuer Therapieansätze. Einen möglichen Angriffspunkt stellt hierbei die Polo-like-Kinase 1 (Plk1) dar, da ihre zentrale Rolle in der Regulation des Zellzyklus zunehmend erkannt und eine vermehrte Expression in malignem Tumorgewebe verglichen mit gesundem Gewebe nachgewiesen wurde. Das Dihydropteridinon BI 2536 ist ein poten-ter, niedermolekularer und selektiver Hemmstoff der Plk1 und sollte daher auf seine Wirksamkeit an Gallenwegskarzinomen untersucht werden. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass BI 2536 die untersuchten 14 Zelllinien von Gallenblasen- und Gallengangskarzinomen wirkungsvoll hemmt. Das Ansprechen unterschied sich zwischen den Zelllinien und ordnet sich vergleichbar zu Veröffentlichungen an anderen malignen Tumoren ein. Die Expression von Plk1 und dessen assoziierten Transkriptionsfaktor FoxM1 konnte bei Westernblot-Versuchen bei allen Zelllinien nachgewiesen werden, was eine Bedeutung in der Onkogenese vermuten lässt. Die Behandlung mit BI 2536 beeinflusste jedoch die Proteinmenge beider nicht. An für die folgenden Versuche ausgewählten drei Zelllinien zeigten sich in der reversen Transkription mit anschließender Echtzeit-Polymerase-Kettenreaktion (qRT PCR) ähnliche Ergebnisse in Bezug auf die exprimierte mRNA von Plk1. Westernblot-Analysen ermittelten keine signifikanten Veränderungen der an wichtigen intrazellulären Kaskaden beteiligten Proteine p42/44 und Akt sowie deren phosphorylierten Formen. Obwohl die Proteinmenge des Mitosemarkers Phospho-Histon H3 ebenso unverändert blieb, führte die Behandlung mit BI 2536 – dies zeigen Ergebnisse der Durchflusszytometrie – zu einer signifikanten, dosisabhängigen Zunahme der G2/M Fraktion des Zellzyklus und Zunahme der Apoptose-rate. Der maximale Hemmeffekt in der Behandlung von BI 2536 lag bei einer Inkubations-dauer von vier Tagen. Die Empfehlungen aus den klinischen Studien der Phase II von BI 2536 sowie dem Ziel der Vermeidung von Resistenzen ergibt sich die Notwendigkeit von Kombinationsversuchen mit Zytostatika, die in einer anderen Phase des Zellzyklus angreifen. Die in der Behandlung von Gallenwegskarzinomen etablierten Antimetaboliten 5-Fluorouracil und Gemcitabin wurden hierzu ausgewählt und es zeigten sich für 5 Fluorouracil synergistische, für Gemcitabin hingegen additive Kombinationseffekte. Zusätzlich wurde die Wechselwirkung mit dem IGF 1-Rezeptor-Inhibitor NVP-AEW541 untersucht, der ebenfalls einen neuen Behand-lungsansatz in der Krebstherapie darstellt und bei Gallenwegskarzinomen in vitro wirksam ist. Auch hier zeigen sich synergistische Effekte, die jedoch erst in höheren Behandlungs-dosen auftraten. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass die Hemmung der Plk1 bei Gallenblasen- und Gallengangskarzinomen einen wirksamen Behandlungsansatz darstellt. Auf der Grundlage der in dieser Arbeit beschriebenen Ergebnisse wird eine weitere präklinische und klinische Testung von selektiven Plk1-Hemmstoffen wie BI 2536 an Gallenwegskarzinomen empfohlen.

Karzinome der Gallenwege sind mit einer schlechten Prognose assoziiert. Eine potentiell kurative chirurgische Resektion ist bei der Mehrzahl der Patienten aufgrund des späten Zeitpunkts der Diagnosestellung nicht möglich, so dass derzeit vorrangig palliative Therapieansätze Anwendung finden. Das nur geringe Ansprechen auf konventionelle Radio- oder Zytostatikatherapie begründet die Notwendigkeit neuer Therapieansätze. Einen möglichen Angriffspunkt stellt hierbei die Polo-like-Kinase 1 (Plk1) dar, da ihre zentrale Rolle in der Regulation des Zellzyklus zunehmend erkannt und eine vermehrte Expression in malignem Tumorgewebe verglichen mit gesundem Gewebe nachgewiesen wurde. Das Dihydropteridinon BI 2536 ist ein poten-ter, niedermolekularer und selektiver Hemmstoff der Plk1 und sollte daher auf seine Wirksamkeit an Gallenwegskarzinomen untersucht werden. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass BI 2536 die untersuchten 14 Zelllinien von Gallenblasen- und Gallengangskarzinomen wirkungsvoll hemmt. Das Ansprechen unterschied sich zwischen den Zelllinien und ordnet sich vergleichbar zu Veröffentlichungen an anderen malignen Tumoren ein. Die Expression von Plk1 und dessen assoziierten Transkriptionsfaktor FoxM1 konnte bei Westernblot-Versuchen bei allen Zelllinien nachgewiesen werden, was eine Bedeutung in der Onkogenese vermuten lässt. Die Behandlung mit BI 2536 beeinflusste jedoch die Proteinmenge beider nicht. An für die folgenden Versuche ausgewählten drei Zelllinien zeigten sich in der reversen Transkription mit anschließender Echtzeit-Polymerase-Kettenreaktion (qRT PCR) ähnliche Ergebnisse in Bezug auf die exprimierte mRNA von Plk1. Westernblot-Analysen ermittelten keine signifikanten Veränderungen der an wichtigen intrazellulären Kaskaden beteiligten Proteine p42/44 und Akt sowie deren phosphorylierten Formen. Obwohl die Proteinmenge des Mitosemarkers Phospho-Histon H3 ebenso unverändert blieb, führte die Behandlung mit BI 2536 – dies zeigen Ergebnisse der Durchflusszytometrie – zu einer signifikanten, dosisabhängigen Zunahme der G2/M Fraktion des Zellzyklus und Zunahme der Apoptose-rate. Der maximale Hemmeffekt in der Behandlung von BI 2536 lag bei einer Inkubations-dauer von vier Tagen. Die Empfehlungen aus den klinischen Studien der Phase II von BI 2536 sowie dem Ziel der Vermeidung von Resistenzen ergibt sich die Notwendigkeit von Kombinationsversuchen mit Zytostatika, die in einer anderen Phase des Zellzyklus angreifen. Die in der Behandlung von Gallenwegskarzinomen etablierten Antimetaboliten 5-Fluorouracil und Gemcitabin wurden hierzu ausgewählt und es zeigten sich für 5 Fluorouracil synergistische, für Gemcitabin hingegen additive Kombinationseffekte. Zusätzlich wurde die Wechselwirkung mit dem IGF 1-Rezeptor-Inhibitor NVP-AEW541 untersucht, der ebenfalls einen neuen Behand-lungsansatz in der Krebstherapie darstellt und bei Gallenwegskarzinomen in vitro wirksam ist. Auch hier zeigen sich synergistische Effekte, die jedoch erst in höheren Behandlungs-dosen auftraten. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass die Hemmung der Plk1 bei Gallenblasen- und Gallengangskarzinomen einen wirksamen Behandlungsansatz darstellt. Auf der Grundlage der in dieser Arbeit beschriebenen Ergebnisse wird eine weitere präklinische und klinische Testung von selektiven Plk1-Hemmstoffen wie BI 2536 an Gallenwegskarzinomen empfohlen.:Vorbemerkung 1 Inhaltsverzeichnis 2 Abkürzungsverzeichnis 3 Bibliographische Beschreibung 4 1 Einleitung 5 1.1 Gallenwegskarzinome 5 1.1.1 Epidemiologie, Einteilung und Histologie 5 1.1.2 Klinische Symptomatik und Diagnostik 6 1.1.3 Therapie und Prognose 7 1.2 Polo like-Kinase 1 9 1.2.1 Entdeckung und Aufbau der Polo like-Kinasen 9 1.2.2 Funktionen 9 1.2.3 Regulation 11 1.2.4 Bedeutung in der Onkologie 12 1.2.5 Hemmung 12 1.3 BI 2536 14 1.4 Zielstellung der Arbeit 15 2 Publikation 17 3 Zusammenfassung 29 4 Summary 31 5 Literaturverzeichnis 32 6 Erklärung über die eigenständige Abfassung der Arbeit 45 7 Lebenslauf 46 8 Publikationen im Rahmen dieser Arbeit 48 9 Danksagung 49