Mutation des p53 Gen ist die häufigste genetische Veränderung in allen humanen Tumoren. Weit verbreitete p53 misssense-Mutationen heben die Tumor suppressive Funktion auf und führen zu gain-of-function Eigenschaften, die Tumorproliferation, Chemoresistenz, Angiogenese, Migration, Invasion und Metastasen fördern. In dieser Arbeit haben ich für drei solche Hotspot-Mutationen, p53R245Q, p53R246S und p53R270H, eine höhere Sensitivität gegenüber Behandlung mit Piperlongumine in p53-defizienten MEFs und Eµ-myc Lymphomzellen im Vergleich zur Kontrolle und den anderen drei Hotspot-Mutationen, p53R172H, p53G242S und p53R279Q, gefunden. Nachfolgend, haben ich entdeckt, dass Piperlongumine-induzierter Zelltod durch ROS Akkumulation über die Aktivierung von p38 und JNK, vermittelt wurde. Das Antioxidans N-acetyl-L-cysteine (NAC) oder p38/JNK Inhibitoren konnten vollständig oder teilweise Piperlongumine-induzierten Zelltod unterdrücken. Nach Behandlung mit Piperlongumine, haben die p53R245Q, p53R246S und p53R270H-Mutanten die Aktivierung von p21 inhibiert und so die Aktivierung und Funktion von NRF2, durch Piperlongumine induziert, blockiert, dass zu dem massiven Zelltod in Zellen mit diesen Mutationen beiträgt. Auf ähnliche Weise, verursachte der klinisch verwendete Inhibitor von Crm1, KPT-330, schweren Zelltod in p53-/- MEFs mit den p53R245Q, p53R246S und p53R270H-Mutationen. Folglich könnte Crm1 als potenzielles Target für Lymphome mit p53R245Q, p53R246S und p53R270H-Mutationen berücksichtigt werden. Zusammenfassend bekräftigen die Daten in dieser Arbeit das Phänomen, dass oxidativer Stress oder Crm1 Inhibitoren effektiv Zellen mit p53R245Q, p53R246S und p53R270H-Mutationen eliminieren können, mit niedriger Toxizität für Kontrollzellen. Demzufolge, könnten oxidativer Stress Signalwege oder Crm1 als potenzielle Angriffsziele für Lymphome mit p53R245Q, p53R246S und p53R270H-Mutationen dienen. / Mutation of the p53 gene is the most common genetic alteration among all human cancers. Prevalent p53 missense mutations abrogate its tumor suppressive function and lead to gain-of-function properties that promote cancer cell proliferation, chemoresistance, angiogenesis, migration, invasion, and metastasis. This doctoral thesis aims to identify the metabolic vulnerabilities of six p53 hotspot mutants in lymphomas. In this work, three hotspot mutants, p53R245Q, p53R246S and p53R270H, were more sensitive to piperlongumine treatment in p53-deficient MEFs and Eμ-myc lymphoma cells than the empty control and the other three hotspot mutants, p53R172H, p53G242S and p53R279Q. Thereafter, I found piperlongumine-induced cell death was mediated by ROS accumulation via the activation of p38 and JNK. Antioxidant N-acetyl-L-cysteine (NAC) or p38/JNK inhibitors could completely or partially suppress piperlongumine-induced cell death. Upon piperlongumine treatment, p53R245Q, p53R246S and p53R270H-mutant inhibited piperlongumine-induced activation of p21 and consequently attenuated the activation and function of NRF2 induced by piperlongumine, contributing to the massive cell death in cells harboring these mutants. Similarly, KPT-330, a clinical inhibitor of Crm1, also caused severe cell death in p53-/- MEFs harboring p53R245Q, p53R246S and p53R270H-mutant. This implied that Crm1 could be also considered as a potential target for lymphomas harboring p53R245Q, p53R246S and p53R270H-mutant. Taken together, data presented in this work underscore the phenomenon that exogenous oxidative stress or Crm1 inhibitor is effective in eliminating cells harboring p53R245Q, p53R246S and p53R270H-mutant with low toxicity to cells harboring the empty control, suggesting oxidative stress pathways or Crm1 as potential targets in lymphomas with p53R245Q, p53R246S and p53R270H-mutant.

Protein Methyltransferasen sind oftmals fehlreguliert in Tumorzellen und stellen potenzielle Ziele in der Krebstherapie dar. Das SET und MYND Domain enthaltene Protein 2 (SMYD2) wurde als potenzielles Onkogen beschrieben und eine Überexpression korreliert mit einer schlechten Prognose. Für SMYD2 wurden verschiedene Substrate beschrieben u.a. Histon H3 und der Tumorsuppressor p53, allerdings ist die Biologie dieses Enzymes kaum verstanden. Durch die Entwicklung einer Testsubstanz zur spezifischen Hemmung von SMYD2 könnte ein möglicher therapeutischer Nutzen besser untersucht werden. Hierfür wurde ein zellulärer mechanistischer Test zur Messung der SMYD2 Aktivität mittels eines methylierungs-spezifischen Antikörpers etabliert. Mit Hilfe dieses Tests wurde BAY-598 als selektiver und potenter zellulärer Hemmer für SMYD2 identifiziert. Im weiteren Verlauf dieser Arbeit wurden mittels eines Proteomansatzes nach SMYD2 Überexpression hunderte neue zelluläre Lysinmethylierungen identifiziert. Hierbei wurde das AHNAK Protein als neues SMYD2-Substrat identifiziert und validiert. Die AHNAK Methylierung konnte in verschiedenen Zelllinien und im Muskelgewebe von Mäusen nachgewiesen werden. Im letzten Teil der Arbeit wurde die spezifische Testsubstanz BAY-598 genutzt, um verschiedene in der Literatur aufgekommene Hypothesen zur SMYD2 Funktion zu testen. Die vorliegende Arbeit hat dazu beigetragen die potente und selektive SMYD2 Testsubstanz BAY-598 zu entwickeln. Außerdem wurde mit AHNAK ein neues SMYD2 Substrat identifiziert und validiert. Die Relevanz des SMYD2 Enzymes und der AHNAK Methylierung erfordert weitere Forschungsarbeit, die durch die Bereitstellung der spezifischen Testsubstanz BAY-598 deutlich verbessert werden sollte. / Protein methyltransferases are often misregulated in tumor cells and display a potential target for cancer therapy. The SET and MYND domain containing protein 2 (SMYD2) was described as a potential oncogene and overexpression correlated with a worse prognosis. Several substrates for SMYD2 had been described among them histone H3 and p53. However, the biology of SMYD2 is poorly understood. By developing a small molecule inhibitor of SMYD2 its therapeutic role could be better evaluated. Therefore, a cellular mechanistic assay was developed using a methylation specific antibody. With that assay BAY-598 was identified as a potent and selective cellular inhibitor of SMYD2. In the following a proteomic approach revealed hundreds of novel cellular lysine methylation sites in SMYD2 overexpression cells. Among these AHNAK protein was validated as a novel SMYD2 substrate, which was present in several cell lines as well as in muscle of mice. Finally, BAY-598 was used to test several hypothesized functions of SMYD2 in different cell line models. Taken together, the current work strongly supported the development of the probe inhibitor BAY-598 and the discovery of AHNAK as a novel SMYD2 methylation substrate. The relevance of SMYD2 and AHNAK methylation needs further investigation, which should be supported by BAY-598.

C/EBPα und C/EBPβ sind Transkriptionsfaktoren, die die Zellproliferation und Zelldifferenzierung in vielen Geweben regulieren. C/EBPα und C/EBPβ spielen auch eine onkogene Rolle in akuter myeloischer Leukämie und anaplastisch-großzelligen Lymphomen (ALCL). In dieser Studie wird C/EBPα auf neue posttranslationale Modifikationen, wie z. B. Arginin-Methylierungen und Citrullinierungen, sowie Lysin-Methylierungen und Acetylierungen, mit massenspektrometrischen Mitteln untersucht. Es werden eine modifizierbare C/EBPα-Arginin-Citrullinierungsposition und die C/EBPα-Lysinsumoylierung eingehend auf ihren Einfluss auf C/EBPα-Proteininteraktionsnetzwerk überprüft. Außerdem wurde im Verlauf dieser Studie ein Hochdurchsatz-Screening-Verfahren entwickelt, das wir Protein Interaktions-Screening auf einer Peptid Matrix (PrISMa) nennen. Dieses Verfahren dient der Aufklärung des modifikationsabhängigen Proteininteraktionsnetzwerkes von C/EBPβ. PrISMa basiert auf einer Peptidmembran, auf der C/EBPβ-Peptide synthetisiert sind. Viele dieser Peptide enthalten methylierte Arginine und Lysine, acetylierte Lysine, citrullinierte Arginine und phosphorylierte Serine, Tyrosine und Threonine. Mittels PrISMa konnten Interaktionen von C/EBPβ mit Histonacetyltransferasen, dem Mediatorkomplex, Proteinen des nukleären Transports und RNA bindenden und spleißenden Proteinen verifiziert und kartiert werden. Des Weiteren konnte mit Hilfe von PrISMa eine große Anzahl von publizierten C/EBPβ Interaktionspartner spezifischen C/EBPβ-Sequenzen zugeordnet werden. C/EBPβ wird in ALCL in hohem Maße exprimiert und ist für die Zellproliferation dieser Krebsart wichtig. In dieser Studie wird das Proteininteraktionsnetzwerk C/EBPβ in einer ALCL Zelllinie aufgeklärt, um tiefere Einsichten über die Funktion von C/EBPβ als Onkogen zu erlangen. / C/EBPα and C/EBPβ regulate cell proliferation and differentiation in multiple cell types. Moreover, C/EBPα and C/EBPβ are known to play oncogenic roles in acute myeloid leukemia and anaplastic large cell lymphomas (ALCLs). In this study C/EBPα is screened for novel posttranslational modifications (PTMs), such as arginine methylation and citrullination, as well as lysine methylation and acetylation by using mass spectrometry. A in this survey identified C/EBPα site of arginine citrullination and the C/EBPα lysine sumoylation are scrutinized for their impact on C/EBPα protein interaction network. A new high-throughput method named Protein Interaction Screen on peptide Matrices (PrISMa) is introduced in this study. This method was developed to determine the C/EBPβ protein interaction network in a PTM dependent manner. The PrISMa survey is based on a peptide membrane spotted with C/EBPβ peptides. Many of these C/EBPβ peptide sequences contain amino acid sequences comprising arginine and lysine methylation, lysine acetylation, arginine citrullination and serine, tyrosine and threonine phosphorylation. By means of PrISMa the C/EBPβ interplay with histone acetyltransferases, the mediator complex, proteins of the nucleoplasmic transport and RNA processing proteins is verified and specified by mapping these interactions to C/EBPβ amino acid sequences. Furthermore, PrISMa provides a map of C/EBPβ protein interaction patterns for a great number of the up to date published C/EBPβ protein interaction partners. C/EBPβ is highly expressed in ALCL cell lines and is essential for the cell proliferation of this type of cancer. In this study the C/EBPβ protein-protein interaction pattern in an ALCL cell line is unraveled providing valuable insight into the protein interaction network of C/EBPβ as an oncogene.

Bakterielle Toxine stellen eine wirkungsvolle und effektive Alternative zur Therapie von Tumorerkrankungen dar. Das vom Clostridium perfringens Typ A produzierte Clostridium perfringens enterotoxin (CPE) gehört zu der Gruppe der porenbildenden Toxine und weist eine rezeptorspezifische zytotoxische Wirkung auf, welche über die Membranrezeptoren Cldn3 und Cldn4 entfaltet wird. Diese liegen vor allem in Epithelialkarzinomen wie dem Brust-, Prostata-, oder Kolon-, sowie dem Pankreaskarzinom (PK) stark hochreguliert vor. Ziel dieser Arbeit war die Anwendung des neuen selektiven und effizienten „Onkoleaking“ Suizid-Gentherapie Konzepts für die Behandlung von Cldn3 / 4 überexprimierender PK unter Verwendung eines nicht-viralen translations-optimierten CPE exprimierenden Vektors (optCPE). Weiterhin sollte in dieser Arbeit der genaue molekulare Mechanismus der CPE-vermittelten Zytotoxizität in vitro und auch in vivo analysiert werden. Für die in vitro Analysen wurden verschiedene humane PK Zelllinien, Patienten abgeleitete Xenotransplantate (PDX) und deren abgeleiteten Zellen bezüglich ihrer Cldn3 / 4 Expression und Sensitivität sowohl gegenüber rekombinantem CPE (rekCPE) als auch nach optCPE Gentransfer untersucht. Es konnte eine positive Korrelation zwischen der Effizienz CPE vermittelter Zytotoxizität und der Höhe der Cldn3 / 4 Überexpression gezeigt werden. Des Weiteren wurde die Verfügbarkeit und Zugänglichkeit der CPE Rezeptoren für die Toxinbindung als kritischer Faktor für die durch Porenbildung induzierte Zytotoxizität beschrieben. Auch eine detaillierte Analyse verschiedener apoptotischer und nekrotischer Signalwege und deren Schlüsselmoleküle waren vom besonderen Interesse. Von noch größerer Wichtigkeit war jedoch die Anwendbarkeit und der Nachweis der antitumoralen Wirksamkeit der optCPE-basierten Suizid-Gentherapie mit Hilfe des intratumoralen Jet-Injektion Gentransfers in verschiedenen Luziferase-exprimierenden CDX und PDX Modellen des PK. Alle in vivo Studien zeigten eine selektive optCPE vermittelte Verminderung der Tumorvitalität in Verbindung mit Nekrose, die in fast allen Fällen mit einer Reduktion des Tumorvolumens einher ging. Die tierexperimentellen Studien belegen damit die Effektivität der CPE-basierten Gentherapie im Pankreaskarzinom. Mit diesen neu gewonnenen Erkenntnissen zum „Onkoleaking“ Konzept der CPE Suizid-Gentherapie und deren Wirkungsmechanismen sind Kombinationen mit konventionellen Therapien möglich. / Bacterial toxins have evolved to an effective therapeutic option for cancer therapy and numerous studies demonstrated their antitumoral potential. The Clostridium perfringens enterotoxin (CPE), produced by the anaerobic Clostridium perfringes bacteria, is a pore-forming (oncoleaking) toxin, which binds to its receptors claudin-3 and -4 (Cldn3 / 4) and exerts a selective, receptor-dependent cytotoxicity. The transmembrane tight junction proteins Cldn3 and Cldn4 are known CPE receptors and are highly upregulated in several human epithelial cancers such as breast, colon, ovarian and pancreatic cancer. This study aimed at the evaluation of the potential of oncoleaking gene therapy using a non-viral translation optimized CPE vector (optCPE) as a new suicide approach for the treatment of Cldn3  /  4 overexpressing pancreatic cancer (PC) in vitro and in vivo. We demonstrated the successful in vitro use of optCPE gene transfer in a panel of human PC cells and more importantly patient derived PC xenograft (PDX) derived cells. We showed significant reduction of cell viability in all Cldn3 / 4 overexpressing PC cells after optCPE transfection. Furthermore a positive correlation between CPE cytotoxicity and level of claudin expression was shown. We revealed accessibility of CPE receptors for toxin binding as determining for optCPE mediated cytotoxicity. Since investigation of optCPE induced cell death mechanism was of particular interest, detailed analyses of apoptotic and necrotic key players were performed. By this, caspase dependent- and independent apoptosis and necrosis activation after gene transfer was demonstrated, which was dependent on amount of expressed optCPE and accessibility of Cldn. More importantly, this study demonstrated the applicability and antitumoral efficacy of optCPE gene therapy by the non-viral intratumoral jet-injection gene transfer in vivo in different luciferase-expressing CDX and PDX pancreatic cancer models. The animal experiments demonstrated the selective CPE mediated tumor growth inhibition, associated with reduced tumor viability and effective induction of tumor necrosis. This further corroborated the advantages of this novel oncoleaking strategy. With this gain of knowledge about our new oncoleaking concept of suicidal gene therapy and its mechanism of action, novel combinations with conventional therapies are possible to further improve therapeutic efficacy and to overcome resistance in pancreas carcinoma.

Tyrosinkinasen (TK) sind Schlüsselregulatoren der zellulären Signaltransduktion und beeinflussen Zellzyklus, Zellüberleben, Apoptose, Proliferation und Differenzierung. Die Dysregulation der TK-Aktivität trägt zur Entwicklung von Leukämie und anderen malignen Erkrankungen bei. So sind 25% der akuten lymphatischen Leukämien bei Erwachsenen (ALL) durch die BCR-ABL1-Translokation bedingt. Trotz intensiver Therapie beträgt das 5-Jahres-Überleben von erwachsenen Patienten mit ALL nur etwa 50 %. Als Alternative zu herkömmlichen Chemotherapeutika bietet der Einsatz von spezifisch wirkenden TK-Inhibitoren einen individualisierten Therapieansatz mit idealerweise weniger Nebenwirkungen und einem dadurch verbesserten Outcome. Um mögliche neue therapeutische Ziele zu identifizieren, wurde eine systematische Untersuchung der Expressionsveränderungen des gesamten Tyrosinkinoms durchgeführt. Eine Vielzahl verschiedener Tyrosinkinasen zeigte starke Veränderungen im Expressionsprofil von ALL-Zellen. Ein Teil dieser Expressionsänderungen kam durch das veränderten Methylierungsprofil der ALL-Zellen zustande. EPHA7 und PTK2 sind potentielle Marker für B-Linien ALL und NTRK3, ERBB4 und ZAP70 für T-Linien ALL. Die interindividuell variierende Expression der Tyrosinkinasen EPHA3, EPHB3, KIT, ZAP70 und PDGFRB könnte eine genauere Risikoeinstufung ermöglichen. Insbesondere sind die Tyrosinkinasen ABL1, DDR1, EPHA7, FGFR1, ERBB4, FLT1, FLT3, FLT4, LCK, LTK, PTK2, PTK2B, PTK7, SRC, TEC und TYK2 vielversprechende therapeutische Ziele, die im hämatopoetischen System die Proliferation fördern und / oder die Apoptose hemmen. Eine proliferationsfördernde Wirkung von überexprimiertem FLT4 konnte erstmals gezeigt werden. Die Vielfalt der Veränderungen in der Tyrosinkinase-Expression scheint eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von ALL zu spielen und TK könnte vielversprechende neue therapeutische Ziele sein. / Tyrosine kinases (TK) are key regulators of cellular signal transduction and affect cell cycle, cell survival, apoptosis, proliferation and differentiation. Dysregulation of TK activity contributes to the development of leukemia and other malignancies. So are 25 % of adult acute lymphoblastic leukemias (ALL) driven by the BCR-ABL1 translocation. Despite intensive therapy, the 5-year overall survival of adult patients with ALL is about 50 %. In contrast to conventional chemotherapeutic agents, the use of specific-acting TK-inhibitors offers an individualized therapeutic approach with less side-effects and a better outcome. To identify possible new therapeutic targets, a systematic survey of expression changes of the entire tyrosine kinome was carried out. A variety of different tyrosine kinases showed great changes in the expression profile of ALL-cells. Part of these expression changes can be attributed to a changed methylation profile in adult ALL. EPHA7 and PTK2 are potential markers for B-line ALL and the NTRK3, ERBB4 and ZAP70 for T-lines ALL. The interindividual varying expression of the tyrosine kinases EPHA3, EPHB3, KIT, ZAP70 and PDGFRB presumably allows a more precise risk classification. In particular, the tyrosine kinases ABL1, DDR1, EPHA7, FGFR1, ERBB4, FLT1, FLT3, FLT4, LCK, LTK, PTK2, PTK2B, PTK7, SRC, TEC and TYK2 are promising therapeutic targets, which promotes proliferation and/or inhibits apoptosis in the hematopoietic system. A proliferation promoting effect of overexpressed FLT4 could be shown for the first time. The variety of changes in the tyrosine kinase expression seems to play an important role in the development of ALL and TK could be promising new therapeutic targets.