In Krebszellen induzieren Onkogene und Chemotherapie zelluläre Seneszenz. Dabei handelt es sich um einen terminalen Wachstumsarrest, bei dem durch Trimethylierung der Aminosäure Lysin an Position 9 (K9) des Histons H3 (H3K9me3) die Aktivierung S-Phase-relevanter Gene epigenetisch blockiert ist. Obwohl Therapie-induzierte Seneszenz (TIS) das Gesamtüberleben von Mäusen mit einer Lymphomerkrankung verbessert, stellt eine Elimination seneszenter Zellen aufgrund weiterhin bestehender und neu erworbener tumorigener Eigenschaften ein wichtiges therapeutisches Ziel dar. Die Arbeit zeigt anhand des transgenen Eμ-myc Mausmodells, in dem TIS in Abhängigkeit von der H3K9-Histonmethyltransferase Suv39h1 durch Chemotherapie induziert wird, dass TIS-Zellen in vitro und in vivo einer metabolischen Reprogrammierung unterliegen, die therapeutisch genutzt werden kann. TIS-kompetente Lymphome erhöhen im Gegensatz zu TIS-kompromittierten, Suv39h1- defizienten Lymphomen den Glukoseumsatz und die Produktion von ATP. Diese Umstellung des Stoffwechsels erfolgt als Antwort auf eine erhöhte Proteotoxizität, die durch Bestandteile des Seneszenz-assoziierten sekretorischen Phänotyps (SASP) hervorgerufen wird. SASP-Faktoren lösen in TIS-Zellen erhöhten Stress im endoplasmischen Retikulum (ER) aus und forcieren die Fehlfaltung von Proteinen, die nach vermehrter Ubiquitinierung durch Autophagie unter Energieverbrauch abgebaut werden. Deshalb sind stark SASP-exprimierende TIS-Lymphome im Vergleich zu genetisch durch die Inhibition des Transkriptionsfaktors NfκB veränderten und dadurch SASP-supprimierten TIS-Lymphomen empfindlich gegenüber der Inhibition des Glukosestoffwechsels oder der Blockade von Autophagie. Beides führt zur Elimination von TIS Zellen durch Caspase-12- und Caspase-3-abhängige, ER-initiierte Apoptose. Folglich erwirkt die pharmokologische Inhibition dieser veränderten Stoffwechselbedürfnisse nach TIS Induktion eine Tumorregression und ein verbessertes Gesamtüberleben in vivo. Zusammenfassend zeigen diese Ergebnisse eine katabole Stoffwechsellage seneszenter Zellen, die therapeutisch durch konzeptionell neue „synthetisch-letale“, metabolische Therapien eliminiert werden können. Damit wird erstmals in der Krebstherapie ein Tumor-selektives Seneszenzprogramm zusammen mit der Blockade von Stoffwechselwegen genutzt. / Cellular senescence is a terminal growth arrest of viable cells characterized by S-phase entry-blocking histone 3 lysine 9 trimethylation (H3K9me3) in response to oncogene activation and anticancer chemotherapy. Although therapy-induced senescence (TIS) improves long-term outcome, senescent tumor cells acquire potentially harmful characteristics. Therefore, their quantitative elimination presents a therapeutic opportunity. In this thesis the Eμ-myc transgenic mouse lymphoma model, in which TIS depends on the H3K9 histone methyltransferase Suv39h1, is used to show mechanism and therapeutic exploitation of senescence-related metabolic reprogramming in vitro and in vivo. After senescence-inducing chemotherapy, TIS- competent lymphomas but not TIS-incompetent Suv39h1- lymphomas displayed increased glucose turnover and higher ATP production. The thesis demonstrates that this was due to massive proteotoxic stress, which is a consequence of the enhanced production of secretory proteins - referred to as the senescence-associated secretory phenotype (SASP) - of senescent cells. Consequently, SASP-producing TIS cells exhibited endoplasmic reticulum stress, an unfolded protein response (UPR), and increased ubiquitination, thereby targeting toxic proteins for autophagy in an acutely energy-consuming fashion. Accordingly, TIS lymphomas, unlike senescence models that lack a strong SASP response, for example due to the inhibition of the transcription factor NfκB, were more sensitive to blocking glycolysis or autophagy, which lead to their selective elimination through caspase-12- and caspase-3-mediated endoplasmic reticulum-related apoptosis. Consequently, pharmacological targeting of these metabolic liabilities upon TIS induction in vivo prompted tumor regression and improved treatment outcome further. These findings unveil the hypercatabolic nature of TIS that is therapeutically exploitable by synthetic lethal metabolic targeting. Thus, this treatment approach for the first time combines the inhibition of a tumor-specific senescence program with the interference of a metabolic pathway.

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.

CAR-T-Zell-Therapie ist eine vielversprechende neuartige Behandlungsform für Patienten mit aggressiven B-Zell Non-Hodgkin-Lymphomen (B-NHL). In dieser Arbeit wurde die anti-CXCR5 CAR-T-Zell-Therapie als Alternative zur anti-CD19 CAR-T-Zell-Therapie für die Behandlung von reifen B-NHLs untersucht. CXCR5 ist ein B-Zell-homing Rezeptor, der von reifen B Zellen und follikulären T-Helferzellen (TFH Zellen) exprimiert wird. TFH Zellen wurden als tumor-unterstützend in chronisch lymphatischer Leukämie (CLL) und im follikulären Lymphom (FL) beschrieben. Dieses Expressionsmuster erlaubt es, auf einzigartige Weise zeitgleich die malignen Zellen und die tumorunterstützende Mikroumgebung mithilfe von CAR-T-Zell-Therapie gerichtet gegen einen Chemokinrezeptor anzugreifen. Die wichtigsten Ergebnisse dieser Arbeit waren, dass (1) die anti-CXCR5 CAR T-Zellen zielgerichtet CXCR5 positive reife B-NHL Zelllinien und Patientenproben in vitro eliminierten und eine starke anti-Tumor Reaktivität in einem immundefizienten Xenotransplantationsmausmodell zeigten, (2) die anti-CXCR5 CAR T-Zellen zielgerichtet die tumorunterstützenden TFH Zellen in CLL und FL Patientenproben in vitro erkannten und dass (3) CXCR5 ein sicheres Expressionsprofil zeigte. CXCR5 war stark und häufig auf B-NHL exprimiert und die Expression auf gesundem Gewebe war auf lymphoide Zellen beschränkt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die anti-CXCR5 CAR-T-Zell-Therapie eine neue Behandlungsmöglichkeit für Patienten mit reifen B-NHL darstellt, indem durch die anti-CXCR5 CAR-T Zellen sowohl der Tumor als auch ein Anteil der tumorunterstützende Mikroumgebung eliminiert werden. Im zweiten Teil der Arbeit wurde das Eμ-Tcl1 murine CLL Lymphommodell genutzt um die Auswirkung der Lymphomentwicklung auf die CXCR5+ T Zellen zu untersuchen. Mittels RNA-Einzelzell-Sequenzierung konnte ein profunder Einfluss des Lymphomwachstums auf das T Zell-Kompartiment der Mäuse, denen Eμ-Tcl1 Zellen gespritzt wurden, gezeigt werden. / CAR T cell therapy is a promising new treatment option for patients suffering from aggressive B non-Hodgkin lymphomas (NHLs). In CAR T cell therapy, patient-derived T cells are genetically modified to express a chimeric receptor commonly directed towards a surface antigen expressed by neoplastic cells. In this thesis, anti-CXCR5 CAR T cell therapy was investigated as an alternative to anti-CD19 CAR T cell therapy for the treatment of mature B-NHLs. CXCR5 is a B cell homing receptor expressed by mature B cells and follicular helper T (TFH) cells. TFH cells were described to support the tumor cells in chronic lymphocytic leukemia (CLL) and follicular lymphoma (FL). This expression pattern allows simultaneous targeting of the malignant cells and the tumor-supporting microenvironment by CAR T cell therapy against a chemokine receptor in an unprecedented manner. Main findings included that (1) anti-CXCR5 CAR T cells targeted specifically CXCR5 expressing mature B-NHL cell lines and patient samples in vitro and showed strong in vivo anti-tumor reactivity in an immunodeficient xenograft mouse model, (2) anti-CXCR5 CAR T cells targeted tumor-supportive TFH cells derived from CLL and FL patient samples in vitro and (3) CXCR5 showed a safe expression profile. CXCR5 was strongly and frequently expressed by B-NHLs and its expression on healthy tissue was restricted to lymphoid cells. In summary, anti-CXCR5 CAR T cell therapy presents a novel treatment option for patients suffering from mature B-NHLs by eliminating the tumor and part of the tumor-supportive microenvironment. The second part of the project, the Eμ-Tcl1 murine lymphoma model, which mimics human CLL, was used to study the impact of lymphomagenesis on CXCR5+ T cells. Using single cell RNA sequencing, a profound influence of lymphoma growth on the T cell compartment in Eμ-Tcl1 tumor-challenged mice could be shown.