A rising incidence of neuroendocrine prostate cancer due to the widespread clinical integration of new androgen receptor pathway inhibitors, with patients succumbing to the disease within a year, has led to a strong demand for new therapeutic approaches (Formaggio et al., 2021; Spiess et al., 2007; Zhu et al., 2021). The oncogene MYCN – known to play a central role in many cancers – is overexpressed in the NEPC subtype (J. K. Lee et al., 2016). Unfortunately, MYCN itself is considered “undruggable” (Wolpaw et al., 2021). However, MYCN is known to interact with partner proteins to exert its function in the cell that could offer possible therapeutical targets (Herold et al., 2019; Papadopoulos et al., 2022; Roeschert et al., 2021). Further characterization of MYCN’s partner proteins, and how they interact, is necessary to develop new therapeutic options for NEPC. As known from other tumours such as neuroblastoma, BRCA1 recruitment by MYCN is involved in coordinating transcription–replication conflicts. Therefore, the aim of this thesis was to generate an MYCN-overexpressing prostate cancer cell model that reflects typical NEPC features to study MYCN in PCa more thoroughly and to elucidate whether underlying mechanisms of the MYCN-BRCA1 interaction in solving transcription–replication conflicts apply to NEPC and thus open a way towards new possible treatment options. To study the role of MYCN in PCa more thoroughly, an MYCN-ER-expressing cell model was established. This study could confirm that MYCN recruits BRAC1 to transcriptional start sites. These data argue that the mechanisms that enable MYCN to resolve TRC also exist in NEPC cells, which provide hope that some therapies targeting TRC – which are currently being tested in tumours such as neuroblastoma – will also be effective for NEPC. Moreover, the model was used to obtain insights into the lineage transdifferentiation process from Adeno-PCa to NEPC. AR-dependent expression of NGF and MYCN-induced CHRM4 upregulation result in a cellular system that reflects AR-independent PCa with an MYCN-driven neuroendocrine phenotype characterized by H3K27me3, whilst advanced AR-dependent PCa is driven by c-MYC. Overall, the newly established MYCN-ER-expressing PCa model is a valuable tool for research in NEPC and can be used to introduce hypotheses and ideas regarding the genesis and further therapy – which is urgently needed because of the high mortality of NEPC patients – into future projects. / Da die Inzidenz des neuroendokrinen Prostatakarzinoms aufgrund der immer häufigeren klinischen Anwendung neuer Androgen-Rezeptor-Hemmer zunimmt und die Erkrankung mit einer schlechten Prognose einhergeht, besteht großer Entwicklungsbedarf für neue Therapien (Formaggio et al., 2021; Spiess et al., 2007; Zhu et al., 2021). Die Expression des Onkogens MYCN – das bei einigen anderen Krebsarten eine zentrale Rolle spielt – ist beim NEPC-Subtyp erhöht (J. K. Lee et al., 2016). MYCN selbst eignet sich aufgrund seiner Struktur nicht als Angriffspunkt für Therapeutika (Wolpaw et al., 2021). Es ist jedoch bekannt, dass MYCN mit Partnerproteinen interagiert, um seine Funktion in der Zelle auszuüben, und dass diese Partnerproteine mögliche therapeutische Ziele darstellen könnten (Herold et al., 2019; Papadopoulos et al., 2022; Roeschert et al., 2021). Ein Beispiel hierfür ist BRCA1, welches – so weiß man aus Arbeiten im Neuroblastom – durch MYCN zur Koordinierung von Transkriptions-Replikationskonflikten rekrutiert wird (Herold et al., 2019). Diese Arbeit zielt daher auf die Etablierung eines MYCN-exprimierendes Prostatakarzinom-Modells, das typische NEPC-Merkmale zeigt, um zu untersuchen, ob genannte Mechanismen auch im NEPC zutreffen und somit neue Wege für wirksame Behandlungsoptionen eröffnet werden können. Generell wurde durch die Etablierung eines Zellmodells mit typischen NEPC Charakteristika der zuvor bestehende Mangel an experimentellen Modellen für die weitere Erforschung des NEPC verringert und eine Grundlage für die Entwicklung von dringend benötigten Biomarkern geschaffen. Diese Studie zeigt zudem, dass MYCN BRAC1 an transkriptionelle Startstellen rekrutiert. Das spricht dafür, dass die Mechanismen, die es MYCN ermöglichen, TRC aufzulösen, auch in Prostatakarzinomzellen existieren. Dieses lässt wiederum darauf hoffen, dass einige Therapien, die an TRC ansetzen – und die derzeit bei Tumoren wie dem Neuroblastom getestet werden – auch im NEPC wirksam sein könnten. Darüber hinaus wurde das Modell genutzt, um Einblicke in die Prozesse der Transdifferenzierung des Adeno-Prostatakarzinoms zum NEPC zu erhalten. Die AR- abhängige Expression des Gens NGF und die MYCN-induzierte Hochregulierung von CHRM4 führten zu einem zellulären System, in dem AR-unabhängige Prostatakarzinome mit einem MYCN-gesteuerten neuroendokrinen Phänotyp widergespiegelt werden und durch H3K27me3 gekennzeichnet sind. Insgesamt ist das neu etablierte Modell ein wertvolles Instrument für die Erforschung von NEPC. Hiermit können Hypothesen und Ideen zur Entstehung und weiteren Therapie des NEPC – die aufgrund der hohen Mortalität dringend benötigt werden – in zukünftige Projekte eingebracht werden.

Programmed cell death, known as apoptosis, is widely accepted as a key tumour suppression mechanism. The oncogene MYC promotes cell growth and proliferation but also sensitises cells to apoptosis, which limits its oncogenic potential. MYC-induced apoptosis requires the pro-apoptotic BCL2 family proteins BAX/BAK and can be blocked by anti-apoptotic family members such as BCL2 and BCL-xL. Previous studies have identified glutamine withdrawal as a trigger for MYC-induced apoptosis. Through untargeted metabolomic analyses of cells with perturbed BCL2 family member composition and of cells undergoing glutamine-dependent MYC-induced apoptosis, we found that nucleosides and nucleotides were altered in correlation with apoptotic status. Glutamine is an important biosynthetic substrate and energy source and we show global transcription and translation of the cells decreased upon glutamine withdrawal. However, MYC-activated cells promote transcription and translation even in the absence of glutamine and thus still drive huge demand for energy. Deregulated MYC promotes nucleotide catabolism and depletes cellular energy charge upon glutamine withdrawal, indicating energy shortage driven by MYC. Nucleotide conversion and remodeling by adenylate kinase 2 (AK2) protects cellular energy charge and inhibits MYC-induced apoptosis. These results indicate a homeostatic model for MYC-induced apoptosis based upon mitochondrial energy supply and demand. We propose that the transcriptional activity of MYC drives huge demand for energy to support global transcription and translation and thereby sensitises cells to apoptosis under conditions of limiting energy supply.

The transcription factor c-Myc plays a central role in cell growth and proliferation owing to the large number of genes it transactivates or transrepresses and to the fact that these genes are in turn implicated in these cellular processes. Also, c-Myc's deregulation and/or overexpression contribute to most aspects of tumoral cellular biology. As a heterodimer with Max, c-Myc activates the transcription of genes leading to cell proliferation and represses the transcription of cytostatic genes such as p15[superscript ink4b] and p21[superscript CiP1]. In contrast to the transactivation mechanism, our current understanding of the transrépression by c-Myc is still incomplete, aside from the fact that an interaction with Miz-1 is essential. Coupling preliminary results from a collaboration with Martin Eilers' group to data obtained following a bioinformatics' approach to predict Miz-1 DNA binding, we were able to elaborate a now transrepression mechanism for c-Myc/Miz-1. In this mechanism, the c-Myc/Max heterodimer directly binds the noncanonical E-box sequences present in the promoters and provoke the supercoiling of DNA assisted by the interaction between c-Myc and Miz-1. This supercoiling impairs accessibility to the initiation site to the transcriptional machinery. This thesis aims at the study on a structural and biophysics viewpoint of the determinants for the specific heterodimerization and DNA binding by c-Myc and Max and the interaction between c-Myc and Miz-1 in order to validate our mechanistic model for the transrépression by c-Myc. In chapter 1, we present an overview of the actual knowledge on Myc and the repression model along with some of the results that led to its elaboration. Chapters 2 and 3 report the study of the structural determinants for the heterodimerization and E-box binding by the b-HLH-LZ domains of c-Myc and Max. Our model allows to predict that b-HLH-LZ peptides able to bind the E-box present in the repressed promoters without interaction with Miz-1 could reverse the inaccessibility and reactivate p15[superscript ink4b] and p21[superscript Cip1] expression in cancer cells where c-Myc is overexpressed.The results presented in this thesis will find application in the development of new inhibitors of c-Myc eventually leading to novel therapies to fight cancer.

Currently there is no curative therapy for Chronic Myelogenous Leukemia (CML), and patients must remain on the current prescribed treatment, tyrosine kinase inhibitors (TKI), indefinitely. Although many patients can survive in the chronic phase of the disease under TKI treatment, some patients do progress to the terminal blast crisis phase of the disease. Patients in this terminal phase do not respond to TKI treatment. We evaluated the therapeutic benefit of targeting the oncogene c-MYC in CML, using the CML cell line K562. This was achieved by inhibiting the enzyme O-linked β-N-acetylglucosamine Transferase (OGT), using two indirect inhibitors 2-deoxyglucose and Azaserine, and the direct inhibitor ST078925. Treatment with these inhibitors resulted in decreased half-life of c-MYC protein in K562, reduced c-MYC protein in K562 cells, and reduced K562 cell growth. Together these results suggest that targeting c-MYC through OGT may be a potential therapeutic option for patients with CML.

Melanoma arises from the malignant transformation of melanocytes and is one of the most aggressive forms of human cancer. In fish of the genus Xiphophorus, melanoma development, although very rarely, happens spontaneously in nature and can be induced by interspecific crossing. The oncogenic receptor tyrosine kinase, Xmrk, is responsible for melanoma formation in these fishes. Since Xiphophorus are live-bearing fishes and therefore not compatible with embryonic manipulation and transgenesis, the Xmrk melanoma model was brought to the medaka (Oryzias latipes) system. Xmrk expression under the control of the pigment cell specific mitf promoter leads to melanoma formation with 100% penetrance in medaka. Xmrk is an orthologue of the human epidermal growth factor receptor (EGFR) and activates several downstream signaling pathways. Examples of these pathways are the direct phosphorylation of BRAF and Stat5, as well as the enhanced transcription of C-myc. BRAF is a serine-threonine kinase which is found mutated at high frequencies in malignant melanomas. Stat5 is a transcription factor known to be constitutively activated in fish melanoma. C-myc is a transcription factor that is thought to regulate the expression of approximately 15% of all human genes and is involved in cancer progression of a large number of different tumors. To gain new in vivo information on candidate factors known to be involved in melanoma progression, I identified and analysed BRAF, Stat5 and C-myc in the laboratory fish model system medaka. BRAF protein motifs are highly conserved among vertebrates and the results of this work indicate that its function in the MAPK signaling is maintained in medaka. Transgenic medaka lines carrying a constitutive active version of BRAF (V614E) showed more pigmented skin when compared to wild type. Also, some transiently expressing BRAF V614E fishes showed a disrupted eye phenotype. In addition, I was able to identify two Stat5 copies in medaka, named Stat5ab/a and Stat5ab/b. Sequence analysis revealed a higher similarity between both Stat5 sequences when compared to either human Stat5a or Stat5b. This suggests that the two Stat5 copies in medaka arose by an independent duplication processes. I cloned these two Stat5 present in medaka, produced constitutive active and dominant negative gene versions and successfully established transgenic lines carrying each version under the control of the MITF promoter. These lines will help to elucidate questions that are still remaining in Stat5 biology and its function in melanoma progression, like the role of Stat5 phosphorylation on tumor invasiveness. In a third project during my PhD work, I analysed medaka C-myc function and indentified two copies of this gene in medaka, named c-myc17 and c-myc20, according to the chromosome where they are located. I produced conditional transgenic medaka lines carrying the c-myc17 gene coupled to the hormone binding domain of the estrogen receptor to enable specific transgene activation at a given time point. Comparable to human C-myc, medaka C-myc17 is able to induce proliferation and apoptosis in vivo after induction. Besides that, C-myc17 long-term activation led to liver hyperplasia. In summary, the medaka models generated in this work will be important to bring new in vivo information on genes involved in cancer development. Also, the generated transgenic lines can be easily crossed to the melanoma developing Xmrk medaka lines, thereby opening up the possibility to investigate their function in melanoma progression. Besides that, the generated medaka fishes make it possible to follow the whole development of melanocytes, since the embryos are transparent and can be used for high throughput chemical screens. / Melanome entstehen durch die krankhafte Transformation von Melanozyten und sind eine der aggressivsten Krebsarten beim Menschen. In Fischen der Gattung Xiphophorus können, wenn auch sehr selten, spontan Melanome entstehen oder durch spezielle Artenkreuzungen induziert werden. Grundlage für das Entstehen der Melanome in diesen Fischen ist die Rezeptortyrosinkinase Xmrk. Da alle Xiphophorus-Arten lebendgebärend sind und keine Manipulationen an Embryonen vorgenommen werden können, wurde ein Xmrk Melanommodel für Medaka (Oryzias latipes) etabliert. Die Expression von Xmrk in Pigmentzellen dieser Fischart resultiert mit 100%iger Penetranz in Melanomen. Das Xmrk ist ein Ortholog des menschlichen „epidermal growth factor“ (EGFR) und aktiviert verschiedene nachgeschaltete Signalwege. Beispiele für diese Aktivierungen sind die Phosphorylierung von BRAF, Stat5 und die erhöhte Expression von c-myc. BRAF ist eine Serin-Threoninkinase, welche oft in malignen Melanomen mutiert ist. Stat5 ist ein Transkriptionsfaktor, welcher dauerhaft in Fischtumoren aktiviert ist. C-myc ist ein Transkriptionsfaktor, welcher etwa 15% aller menschlichen Gene sowie die Entstehung vieler menschlicher Tumore reguliert. Um neue Einsichten in die Funktion der Kanidatengene im Prozess der Melanomentstehung in vivo zu erlangen, habe ich Orthologe von BRAF, Stat5 und C-myc bei Medaka identifiziert und analysiert. Die Domänen des BRAF Proteins sind hoch konserviert in allen Vertebraten. Weiterhin deuten die Ergebnisse meiner Arbeit auf eine Beibehaltung der Funktionen im MAPK Signalweg hin. Transgene Medakalinien, welche eine dauerhaft aktive Version des BRAF Gens (V614E) exprimieren, weisen einerseits eine stärkere Hautpigmentierung auf. Weiterhin treten in diesen Fischen Veränderungen der Augen auf. In einem weiteren Projekt meiner Arbeit gelang es mir, zwei Kopien des Stat5 Gens im Medaka zu identifizieren, Stat5ab/a und Stat5ab/b. Sequenzanalysen zeigten eine höhere Übereinstimmung zwischen den beiden Genkopien, als zwischen denen von Medaka und Menschen. Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dass die beiden Medaka Gene durch eine unabhängige Duplikation entstanden. In meiner Arbeit habe ich beide Gene des Medakas kloniert und jeweils eine konstitutiv aktive und eine dominant negative Version der Gene hergestellt. Weiterhin konnte ich erfolgreich für jede Genversion eine transgene Medakalinie etablieren, welche die verschiedenen Genvarianten unter der Kontrolle des pigmentzellspezifischen Promoters des mitf Gens exprimieren. Diese Linien werden in Zukunft helfen, den Einfluss von Stat5 Signalen auf den Prozess der Melanomverbreitung und dessen Invasivität zu erklären. In einem dritten Projekt meiner Doktorarbeit untersuchte ich das Vorkommen und die Funktion der C-myc Gene des Medakas. Ich konnte zwei Genkopien identifizieren, c-myc17 und c-myc20, welche auf unterschiedlichen Chromosomen lokalisiert sind. Ich konnte induzierbare, stabil transgene Linien herstellen, welche ein Fusionsprotein aus C-myc17 und der Hormonbindungsdomäne des Östrogenrezeptors von Maus exprimiert. Diese Linie ermöglichte eine induzierbare Aktivität des Transgens. Vergleichbar zum menschlichen MYC ist C-myc17 fähig, nach Aktivierung Proliferation und Apoptose in vivo auszulösen. Dauerhafte Aktivierung über einen längeren Zeitraum führt in diesen Linien zu Hyperplasie in Leber. Die verschiedenen Fischmodelle, die während dieser Arbeit generiert wurden, werden essentiell sein, um neue Einsichten in die Rolle diese Faktoren während der Krebsentwicklung in vivo zu erlangen. Weiterhin ermöglichen diese transgenen Linien durch einfaches Auskreuzen auf Xmrk Linien, deren Einfluss auf die Verbreitung von Melanomen zu untersuchen. Letztendlich sind mit diesen Linien auch Untersuchungen der Entwicklung von Pigmentzellen über Zeit möglich, da die Embryonen transparent sind und sich für chemisches Hochdurchsatz-Screening eignen.

Die Deregulation des Transkriptionsfaktors Myc ist ein zentraler Mechanismus in der kolorektalen Karzinogenese. Die Myc-Deletion in Tumormodellen hemmt das Wachstum von Kolonkarzinomen, somit stellt die Inaktivierung von Myc einen Ansatzpunkt in der Behandlung von kolorektalen Tumoren dar. Die direkte Inhibition von Myc ist schwierig, da Myc keine katalytische Aktivität besitzt und stattdessen für die Myc-Funktion nötige Protein-Protein- oder Protein-DNA-Interaktionen angegriffen werden müssen. Die E3-Ubiquitin-Ligase Huwe1 interagiert sowohl mit Myc als auch mit dem Myc-interagierenden Protein Miz1 und ist im Kolonkarzinom überexprimiert. Huwe1 ubiquitiniert Myc und induziert darüber dessen Transaktivierungsfunktion. Die Inaktivierung von Huwe1 ist somit eine vielversprechende Möglichkeit für die Inhibition der Myc-Funktion und die Therapie des Kolonkarzinoms. In dieser Arbeit wird mittels shRNA-vermittelter Depletion von Huwe1 in Zellkulturexperimenten gezeigt, dass Huwe1 für die Proliferation von Kolonkarzinomzelllinien und für die Transaktivierung von Myc-Zielgenen benötigt wird. Mit zwei von Boehringer Ingelheim identifizierten niedermolekularen Huwe1-Inhibitoren (BI8622 und BI8626) ist es möglich, die Huwe1-Funktion spezifisch in Zellen zu blockieren. Die Huwe1-Inhibitoren induzieren einen Proliferationsarrest in kolorektalen Karzinomzelllinien, wohingegen die Substanzen auf embryonale Stammzellen keine Auswirkungen haben. Die Inaktivierung von Huwe1 führt zu einer Akkumulation von Miz1 an Promotoren Myc-aktivierter Zielgene und darüber zu einer vermehrten Bildung repressiver Myc/Miz1-Komplexe, was mit einer Deacetylierung von Histon H3 und einer transkriptionellen Repression Myc-gebundener Gene assoziiert ist. Miz1 akkumuliert nach Huwe1-Inhibition ebenso an direkten Miz1-Zielgenen, deren Expression bleibt aber unbeeinflusst. Diese Daten weisen darauf hin, dass eine kontinuierliche Degradierung von Miz1 durch Huwe1 zur Transaktivierung von Myc-Zielgenen in Kolonkarzinomzellen nötig ist. Damit wurde ein neuer Mechanismus identifiziert, über den Huwe1 die Myc-Transaktivierung reguliert und der eine tumorzellspezifische Repression der Myc-Funktion mit Hilfe von Huwe1-Inhibitoren ermöglicht. / Deregulation of the transcription factor Myc is a central driver in colorectal carcinogenesis. Deletion of Myc in murine tumor models inhibits the growth of colon carcinoma, therefore inactivation of Myc is an attractive possibility for treating these types of malignancies. Since Myc does not contain any catalytic activity, protein-protein or protein-DNA interactions necessary for Myc function need to be modified, making direct targeting of Myc difficult. The E3 ubiquitin ligase Huwe1 interacts both with Myc and the Myc-interacting protein Miz1 and is overexpressed in colorectal cancer. Huwe1 ubiquitinates Myc thereby inducing its transactivation function. Hence, inactivation of Huwe1 is a reasonable approach for inhibition of Myc function and treatment of colon cancer. In this work depletion of Huwe1 via shRNA shows that Huwe1 is required for the proliferation of colon carcinoma cell lines and for transactivation of Myc target genes. Two novel small molecule inhibitors of Huwe1 (BI8622 and BI8626), which were identified by Boehringer Ingelheim, block Huwe1 function in cells specifically. The Huwe1 inhibitors induce a proliferation arrest in colorectal cancer cell lines, but not in embryonic stem cells. Inactivation of Huwe1 leads to an accumulation of Miz1 at promoters of Myc-activated target genes and to an increased formation of repressive Myc/Miz1 complexes at these sites. This is associated with deacetylation of histone H3 and transcriptional repression of Myc-bound genes. Additionally, Miz1 accumulates at direct Miz1 target genes upon Huwe1 inhibition but this does not influence expression of these genes. These data suggest that a continuous degradation of Miz1 by Huwe1 is required for transcriptional activation of Myc target genes in colon cancer cells. This identified a new principle how Huwe1 regulates Myc transactivation allowing a tumor cell-specific repression of Myc function via small molecule inhibitors of Huwe1.

MYC is a transcription factor, whose expression is elevated or deregulated in many human cancers (up to 70%) and is often associated with aggressive and poorly differentiated tumors. Although MYC is extensively studied, discrepancies have emerged about how this transcription factor works. In primary lymphocytes, MYC promotes transcriptional amplification of virtually all genes with an open promoter, whereas in tumor cells MYC regulates specific sets of genes that have significant prognostic value. Furthermore, the set of target genes that distinguish MYC’s physiological function from the pathological/oncogenic one, whether it exists or not, has not been fully understood yet. In this study, it could be shown that MYC protein levels within a cell and promoter affinity (determined by E-box presence or interaction with other proteins) of target genes toward MYC are important factors that influence MYC activity. At low levels, MYC can amplify a certain transcriptional program, which includes high affinity binding sites, whereas at high levels MYC leads to the specific up- and down regulation of genes with low affinity. Moreover, the promoter affinity characterizes different sets of target genes which can be distinguished in the physiological or oncogenic MYC signatures. MYC-mediated repression requires higher MYC levels than activation and formation of a complex with MIZ1 is necessary for inhibiting expression of a subset of MYC target genes. / MYC ist ein Transkriptionsfaktor, dessen Expression in vielen humanen Tumoren (bis zu 70 %) erhöht oder dereguliert ist. Die Tumore, in denen viel MYC hergestellt wird, zeichnen sich durch einen geringen Differenzierungsgrad aus und verhalten sich sehr aggressiv. Obwohl das biologische Verhalten des MYC Proteins intensiv untersucht wurde, sind unterschiedliche Modelle, wie dieser Transkriptionsfaktor funktioniert, entwickelt worden. In primären Lymphozyten verstärkt MYC die Expression fast aller Gene mit offener Chromatinstruktur, während MYC in Tumorzellen spezifische Gengruppten reguliert, deren Expression mit der Prognose von Patienten korreliert. Es ist also unklar, ob sich die Zielgene der physiologischen Funktion von Myc von den oncogenen/pathophysiologischen Zielgenen unterscheidet und um welche Gene es sich bei letzteren handelt. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass Expressionsniveau von MYC und unterschiedliche Promotoraffinitäten zu MYC (charakterisiert durch den Ebox-Gehalt und Interaktionen zu anderen Proteinen) wichtig für die Aktivität des MYC Proteins sind. So kann Myc bei niedrigen Konzentrationen ein bestimmtes transkriptionelles Programm amplifizieren, das sich aus hochaffinen Promotoren zusammensetzt. Bei hohen Konzentrationen hingegen führt MYC zur transkriptionellen Aktivierung und Repression bestimmter Zielgengruppen, die sich durch niedrige Affinität zu MYC auszeichnen. Somit ist die Promotoraffinität ein Parameter, der physiologische von oncogenen MYC Signaturen trennen kann. Darüberhinaus konnte gezeigt werden, dass MYC-vermittelte Repression höhere MYC Mengen benötigt, als MYC-vermittelte Transaktivierung und die Komplexbildung mit MIZ1 für die Repression einer Gruppe an MYC Zielgenen nötig ist.

Im Neuroblastom ist die Amplifikation des MYCN-Gens, das für den Transkriptionsfaktor N-Myc kodiert, der klinisch bedeutendste Faktor für eine schlechte Prognose. Als Mitglied der onkogenen Myc-Familie induziert N-Myc die Expression von Genen, die in vielen biologischen Prozessen wie Metabolismus, Zellzyklusprogression, Zellwachstum und Apoptose eine wichtige Rolle spielen. Die Deregulation der MYCN-Expression führt zu einem charakteristischen Genexpressionsprofil und einem aggressiven Phenotyp in den Tumorzellen. In normalen neuronalen Vorläuferzellen wird N-Myc gewöhnlich sehr schnell proteasomal abgebaut. Während der Mitose wird N-Myc an Serin 62 phosphoryliert. Diese Phosphorylierung dient als Erkennungssignal für die Kinase GSK3β, die die Phosphorylierung an Threonin 58 katalysiert. Das Phosphodegron wird von Fbxw7, einer Komponente des E3-Ubiquitinligase-Komplex SCFFbxw7, erkannt. Die anschließende Ubiquitinierung induziert den proteasomalen Abbau des Proteins. Die Reduktion der N-Myc–Proteinlevel ermöglicht den neuronalen Vorläuferzellen den Austritt aus dem Zellzyklus und führt zu einer terminalen Differenzierung. In einem shRNA Screen konnte AURKA als essentielles Gen für die Proliferation MYCN-amplifizierter Neuroblastomzellen identifiziert werden. Eine Aurora-A–Depletion hatte jedoch keinen Einfluss auf das Wachstum nicht-amplifizierter Zellen. Während dieser Doktorarbeit konnte gezeigt werden, dass Aurora-A speziell den Fbxw7-vermittelten Abbau verhindert und dadurch N-Myc stabilisiert. Für die Stabilisierung ist zwar die Interaktion der beiden Proteine von entscheidender Bedeutung, überraschenderweise spielt die Kinaseaktivität von Aurora-A jedoch keine Rolle. Zwei spezifische Aurora-A–Inhibitoren, MLN8054 und MLN8237, sind allerdings in der Lage, nicht nur die Kinaseaktivität zu hemmen, sondern auch die N-Myc-Proteinlevel zu reduzieren. Beide Moleküle induzieren eine Konformationsänderung in der Kinasedomäne von Aurora-A. Diese ungewöhnliche strukturelle Veränderung hat zur Folge, dass der N-Myc/Aurora-A–Komplex dissoziiert und N-Myc mit Hilfe von Fbxw7 proteasomal abgebaut werden kann. In MYCN-amplifizierten Zellen führt diese Reduktion an N-Myc zu einem Zellzyklusarrest in der G1-Phase. Die in vitro Daten konnten in einem transgenen Maus-Modell für das MYCN-amplifizierte Neuroblastom bestätigt werden. Die Behandlung mit MLN8054 und MLN8237 führte in den Tumoren ebenfalls zu einer N-Myc-Reduktion. Darüber hinaus konnte ein prozentualer Anstieg an differenzierten Zellen, die vollständige Tumorregression in der Mehrzahl der Neuroblastome und eine gesteigerte Lebenserwartung beobachtet werden. Insgesamt zeigen die in vitro und in vivo Daten, dass die spezifischen Aurora-A–Inhibitoren ein hohes therapeutisches Potential gegen das MYCN-amplifizierte Neuroblastom besitzen. / Amplification of MYCN, encoding the transcription factor N-Myc, is one of the strongest clinical predictors of poor prognosis in neuroblastoma. As a member of the oncogenic Myc family, N-Myc activates genes that are involved in several biological processes like metabolism, cell cycle progression, cell growth and apoptosis. Deregulation of MYCN expression leads to a distinct gene expression profile and an aggressive phenotype in neuroblastoma cells. In normal neuronal progenitor cells, N-Myc is rapidly degraded by the ubiquitin-proteasome system. N-Myc degradation is controlled by two phospho-sites. During mitosis, Cyclin B/Cdk1 phosphorylates N-Myc at serine 62, which primes the protein for a second phosphorylation at threonine 58 via GSK3β. This phospho-degron provides a recognition site for Fbxw7, an F-box protein of the E3-Ligase complex SCFFbxw7, leading to destabilisation of the N-Myc protein. Mitotic degradation of the N-Myc protein allows progenitor cells to exit the cell cycle and enables terminal differentiation. Our group had previously identified AURKA as a gene that is required for cell growth in MYCN-amplified neuroblastoma cells but not essential for cells lacking MYCN. Here, we show that Aurora-A counteracts the Fbxw7-mediated degradation, and that the interaction between Aurora-A and N-Myc is cruical for N-Myc stabilization. Surprisingly, Aurora-A stabilizes the transcription factor in a kinase-independent manner. Interestingly, two Aurora-A-Inhibitors, MLN8054 and MLN8237, inhibit the kinase activity but also destabilize the N-Myc protein. These inhibitors induce an unusual conformation of the kinase domain and resulting in the dissociation of the N-Myc/Aurora-A complex. We demonstrate that the disruption of the complex promotes Fbxw7-mediated degradation of N-Myc. Inhibitor treatment in neuroblastoma cells leads to a cell cycle arrest in G1-phase. In a transgenic mouse model of MYCN-driven neuroblastoma, treatment causes downregulation of N-Myc protein levels, differentiation of the tumor cells and complete tumor regression in the majority of tumors. Consistent with the tumor reduction, treatment with MLN8054 and MLN8234 results in an extension of survival of the transgenic mice. Collectively, these results demonstrate that the Aurora-A–Inhibitors MLN8054 and MLN8237 are potential therapeutics against MYCN-amplified Neuroblastoma.

Medulloblastoma (MB) is the most common malignant brain tumor affecting children. The transcription factors MYCN and SOX9 are associated with initiation, maintenance and recurrence of MB and are also connected to more aggressive tumors. In this study, a ChIP was performed to isolate DNA from genes that are transcriptionally regulated by these proteins. Identification of these target genes will reveal new potential drug targets and help us better understand the functions of MYCN and SOX9. The ChIP was not fully optimized during this project and the target genes were not sent for sequencing and identified. To study the connection between SOX9 and recurrence, cells with different levels of SOX9 were treated with drugs, after which cell viability was measured. No significant difference in resistance could be measured. Change in expression level of MYCN, SOX9 and other relevant genes after drug treatment was also studied. The results show an increase in SOX9 and HES1, suggesting that these genes are involved in tumor recurrence.

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