As alterações genéticas mais frequentes em tumores de pulmão são mutações pontuais que ativam o oncogene KRAS. Apesar destas mutações estarem ligadas à oncogênese de forma causal, diferentes abordagens para inibir as proteínas RAS diretamente fracassaram na clínica. Portanto, para que melhores alvos terapêuticos para o câncer de pulmão se tornem disponíveis, será necessário identificar as vias sinalizadoras ativadas pela proteína KRAS, que são críticas para a oncogênese. O objetivo deste projeto foi identificar novos alvos terapêuticos na oncogênese pulmonar induzida pela KRAS. Este projeto se baseou na seguinte hipótese: (1) a KRAS oncogênica leva à ativação das quinases mitóticas Aurora A e/ou B e (2) que as quinases Aurora A e/ou B são alvos terapêuticos relevantes no câncer de pulmão induzido pelo oncogene KRAS. Esta hipótese foi formulada com base em estudos anteriores mostrando que a quinase Aurora A fosforila diretamente componentes das vias efetoras de RAS, e que a Aurora A e Aurora B cooperam com a RAS oncogênica na transformação maligna. Para testar esta hipótese, nós inicialmente determinamos se a forma oncogênica da KRAS induz a expressão das quinases Aurora A e B. Para tanto, nós usamos 3 modelos celulares: (1) uma linhagem primária epitelial pulmonar imortalizada e seu par isogênico transformado pela KRAS oncogênica; (2) células tumorais pulmonares H1703 manipuladas geneticamente para expressar a forma oncogênica da KRAS de forma induzível; e (3) células de adenocarcinoma pulmonar portadoras de mutações oncogênicas em KRAS H358 e A549 manipuladas geneticamente para expressar short hairpin RNAs (shRNAs) para KRAS de forma induzível. Em todos os casos, a expressão da forma oncogênica da KRAS se correlacionou positivamente com a expressão de Aurora A e B. Para validar as quinases Aurora A e B como alvos relevantes do ponto de vista terapêutico, nós usamos, nas células mencionadas acima, abordagens genéticas ou farmacológicas para inibir a expressão ou atividade das quinases Aurora A e B. Nas células A549 e H358, portadoras da forma oncogênica da KRAS, a inibição da expressão das quinases Aurora A ou B por interferência de RNA de forma induzível, bem como o tratamento com um inibidor dual destas quinases, reduziu o crescimento, viabilidade e tumorigenicidade celulares in vitro. Mais importante do que isso, no modelo celular primário isogênico, bem como na linhagem H1703 com expressão induzível de KRAS oncogênica, a inibição farmacológica dual das quinases Aurora A e B levou a uma redução no crescimento, viabilidade e tumorigenicidade celulares de forma dependente da presença da KRAS oncogênica, sugerindo que a inibição das quinases Aurora A e B afeta especificamente células transformadas pela KRAS. Em conclusão, nossos resultados apoiam a nossa hipótese de que as quinases Aurora são alvos da KRAS oncogênica no pulmão, e sugerem a inibição das quinases Aurora como uma nova abordagem para a terapia do câncer de pulmão induzido pela forma oncogênica da KRAS. / The most frequent genetic change found in lung tumors are activating point mutations in the KRAS gene, which have been causally linked to the oncogenic process. Unfortunately, different approaches to target RAS proteins for therapy have been unsuccessful. Therefore, in order to select better targets for lung cancer therapy, key cancer-relevant KRAS downstream pathways will need to be identified. The overall objective of this study was to identify novel therapeutic targets in KRAS-mediated lung cancer. This project was based on the following hypothesis: (1) KRAS activates mitotic kinases Aurora A and/or B; and (2) Aurora A and/or B are relevant therapeutic targets in KRAS-induced lung cancer. This hypothesis was formulated on the basis of published studies showing that Aurora A directly phosphorylates RAS effector pathway components, and Aurora A and B both cooperate with oncogenic RAS to promote malignant transformation. In order to test this hypothesis, we first determined whether oncogenic KRAS induces Aurora kinase expression. For that purpose, we used three different cell-based models: (1) an immortalized primary lung epithelial cell line and its isogenic KRAS-transformed counterpart, (2) H1703 lung cancer cell line engineered to express oncogenic KRAS inducibly, and (3) KRAS positive lung cancer cell lines H358 and A549 stably expressing inducible shRNAs targeting KRAS. In all cases, KRAS expression positively correlated with Aurora A and Aurora B expression. In order to validate Aurora A and/or B as therapeutically relevant KRAS targets in lung cancer, we used genetic and/or pharmacological approaches in the abovementioned cells to inactivate Aurora A or B. In KRAS positive H358 and A549 cell lines, inducible shRNA-mediated knockdown of Aurora A or B, as well as treatment with a dual Aurora A and B inhibitor, decreased growth, viability and tumorigenicity in vitro. More importantly, in the primary isogenic model and in the H1703 KRAS-inducible cell line, dual pharmacological inhibiton of Aurora A and B reduced growth, viability and tumorigenicity in an oncogenic KRAS-dependent manner. This suggests that Aurora kinase inhibition therapy can specifically target KRAS transformed cells. In conclusion, our results support our hypothesis that Aurora kinases are important KRAS targets in lung cancer and suggest Aurora kinase inhibition as a novel approach for KRAS-induced lung cancer therapy.

As alterações genéticas mais frequentes em tumores de pulmão são mutações pontuais que ativam o oncogene KRAS. Apesar destas mutações estarem ligadas à oncogênese de forma causal, diferentes abordagens para inibir as proteínas RAS diretamente fracassaram na clínica. Portanto, para que melhores alvos terapêuticos para o câncer de pulmão se tornem disponíveis, será necessário identificar as vias sinalizadoras ativadas pela proteína KRAS, que são críticas para a oncogênese. O objetivo deste projeto foi identificar novos alvos terapêuticos na oncogênese pulmonar induzida pela KRAS. Este projeto se baseou na seguinte hipótese: (1) a KRAS oncogênica leva à ativação das quinases mitóticas Aurora A e/ou B e (2) que as quinases Aurora A e/ou B são alvos terapêuticos relevantes no câncer de pulmão induzido pelo oncogene KRAS. Esta hipótese foi formulada com base em estudos anteriores mostrando que a quinase Aurora A fosforila diretamente componentes das vias efetoras de RAS, e que a Aurora A e Aurora B cooperam com a RAS oncogênica na transformação maligna. Para testar esta hipótese, nós inicialmente determinamos se a forma oncogênica da KRAS induz a expressão das quinases Aurora A e B. Para tanto, nós usamos 3 modelos celulares: (1) uma linhagem primária epitelial pulmonar imortalizada e seu par isogênico transformado pela KRAS oncogênica; (2) células tumorais pulmonares H1703 manipuladas geneticamente para expressar a forma oncogênica da KRAS de forma induzível; e (3) células de adenocarcinoma pulmonar portadoras de mutações oncogênicas em KRAS H358 e A549 manipuladas geneticamente para expressar short hairpin RNAs (shRNAs) para KRAS de forma induzível. Em todos os casos, a expressão da forma oncogênica da KRAS se correlacionou positivamente com a expressão de Aurora A e B. Para validar as quinases Aurora A e B como alvos relevantes do ponto de vista terapêutico, nós usamos, nas células mencionadas acima, abordagens genéticas ou farmacológicas para inibir a expressão ou atividade das quinases Aurora A e B. Nas células A549 e H358, portadoras da forma oncogênica da KRAS, a inibição da expressão das quinases Aurora A ou B por interferência de RNA de forma induzível, bem como o tratamento com um inibidor dual destas quinases, reduziu o crescimento, viabilidade e tumorigenicidade celulares in vitro. Mais importante do que isso, no modelo celular primário isogênico, bem como na linhagem H1703 com expressão induzível de KRAS oncogênica, a inibição farmacológica dual das quinases Aurora A e B levou a uma redução no crescimento, viabilidade e tumorigenicidade celulares de forma dependente da presença da KRAS oncogênica, sugerindo que a inibição das quinases Aurora A e B afeta especificamente células transformadas pela KRAS. Em conclusão, nossos resultados apoiam a nossa hipótese de que as quinases Aurora são alvos da KRAS oncogênica no pulmão, e sugerem a inibição das quinases Aurora como uma nova abordagem para a terapia do câncer de pulmão induzido pela forma oncogênica da KRAS. / The most frequent genetic change found in lung tumors are activating point mutations in the KRAS gene, which have been causally linked to the oncogenic process. Unfortunately, different approaches to target RAS proteins for therapy have been unsuccessful. Therefore, in order to select better targets for lung cancer therapy, key cancer-relevant KRAS downstream pathways will need to be identified. The overall objective of this study was to identify novel therapeutic targets in KRAS-mediated lung cancer. This project was based on the following hypothesis: (1) KRAS activates mitotic kinases Aurora A and/or B; and (2) Aurora A and/or B are relevant therapeutic targets in KRAS-induced lung cancer. This hypothesis was formulated on the basis of published studies showing that Aurora A directly phosphorylates RAS effector pathway components, and Aurora A and B both cooperate with oncogenic RAS to promote malignant transformation. In order to test this hypothesis, we first determined whether oncogenic KRAS induces Aurora kinase expression. For that purpose, we used three different cell-based models: (1) an immortalized primary lung epithelial cell line and its isogenic KRAS-transformed counterpart, (2) H1703 lung cancer cell line engineered to express oncogenic KRAS inducibly, and (3) KRAS positive lung cancer cell lines H358 and A549 stably expressing inducible shRNAs targeting KRAS. In all cases, KRAS expression positively correlated with Aurora A and Aurora B expression. In order to validate Aurora A and/or B as therapeutically relevant KRAS targets in lung cancer, we used genetic and/or pharmacological approaches in the abovementioned cells to inactivate Aurora A or B. In KRAS positive H358 and A549 cell lines, inducible shRNA-mediated knockdown of Aurora A or B, as well as treatment with a dual Aurora A and B inhibitor, decreased growth, viability and tumorigenicity in vitro. More importantly, in the primary isogenic model and in the H1703 KRAS-inducible cell line, dual pharmacological inhibiton of Aurora A and B reduced growth, viability and tumorigenicity in an oncogenic KRAS-dependent manner. This suggests that Aurora kinase inhibition therapy can specifically target KRAS transformed cells. In conclusion, our results support our hypothesis that Aurora kinases are important KRAS targets in lung cancer and suggest Aurora kinase inhibition as a novel approach for KRAS-induced lung cancer therapy.