Stem cells and cancer are inextricably linked and many tumours, including colorectal cancers, contain a small population of self-renewing cells, referred to as cancer stem cells (CSCs), able to give rise to proliferating but progressively differentiating cells that contribute to the cellular heterogeneity typical of solid tumours. Thus, the identification of CSCs and the factors that regulate their behaviour should have a profound impact on cancer treatment. Notch signalling controls the maintenance and differentiation of stem cells in several tissues, including the intestine, where it is essential for stem cells maintenance. Based on these premises, my work was aimed at identifying and characterising the cells that express the Notch1 receptor in intestinal tumours in vivo, with the objective of getting insights into the cellular hierarchy of colon cancer cells. We found that the Notch1 receptor is expressed in rare undifferentiated tumour cells that present self-renewal and multipotency in vivo, as they indefinitely give rise to marked differentiated tumour cells and fuel tumour growth. Our analysis on the transcriptomic profile of these cells confirmed our in vivo observations that Notch1+ tumour cells represent a specific population of highly proliferative tumour cells, expressing several, but not all, known markers of normal intestinal stem cells (ISCs). Indeed, their transcriptional signature highly correlates with normal ISCs. Given that the tumour cells we characterised appear not to carry Apc mutations, we hypothesise that during the earlies steps of tumourigenesis, normal Notch1+ ISCs are engulfed within the nascent tumour (in aberrant hyperproliferative crypts) and are able to grow and expand within this new ecosystem, as they are supported by extrinsic secreted growth factors from the neighbouring mutant cells. The concept that normal ISCs might contribute to tumour expansion highlights the complications that patients can encounter during treatment, since these cells share many features with their wild-type counterparts, making therapy deleterious to normal ISCs. / Les cellules souches et le cancer sont inextricablement liés et de nombreuses tumeurs, y compris les cancers colorectaux, contiennent une petite population de cellules auto-renouvelables, appelées cellules souches cancéreuses (CSCs), capables de donner naissance à des cellules proliférantes mais progressivement différenciatrices qui contribuent à l'hétérogénéité cellulaire typique des tumeurs solides. Ainsi, l'identification des CSC et des facteurs qui régissent leur comportement devrait avoir un impact profond sur le traitement du cancer. Notch signale le contrôle le maintien et la différenciation des cellules souches dans plusieurs tissus, y compris l'intestin, où elles sont essentielles au maintien des cellules souches. Sur la base de ces prémisses, mes travaux visaient à identifier et caractériser les cellules qui expriment le récepteur Notch1 dans les tumeurs intestinales in vivo, dans le but de mieux comprendre la hiérarchie cellulaire des cellules cancéreuses du colon. Nous avons constaté que le récepteur Notch1 s'exprime dans de rares cellules tumorales indifférenciées qui se renouvellent et se multiplient in vivo, car elles donnent lieu indéfiniment à une différenciation marquée des cellules tumorales et à une croissance tumorale. Notre analyse du profil transcriptomique de ces cellules a confirmé nos observations in vivo selon lesquelles les cellules tumorales Notch1+ représentent une population spécifique de cellules tumorales hautement prolifératives, exprimant plusieurs marqueurs connus, mais pas tous, des cellules souches intestinales normales (CSI). En effet, leur signature transcriptionnelle est fortement corrélée avec les CSI normaux. Étant donné que les cellules tumorales que nous avons caractérisées ne semblent pas être porteuses de mutations Apc, nous supposons que durant les premières étapes de la tumorigénèse, les CSI normales Notch1+ sont englouties dans la tumeur naissante (dans des cryptes hyperprolifératives aberrantes) et sont capables de croître et de s'étendre dans ce nouvel écosystème, car elles sont soutenues par les facteurs de croissance extrinsèques des cellules mutantes voisines. Le concept selon lequel les CSI normaux pourraient contribuer à l'expansion tumorale met en évidence les complications que les patients peuvent rencontrer pendant le traitement, puisque ces cellules partagent de nombreuses caractéristiques avec leurs homologues de type sauvage, ce qui rend le traitement délétère pour les CSI normaux.

Although cure rates have significantly improved for children with T-cell acute lymphoblastic leukemia (T-ALL), 20-30% undergo induction failure or relapse with most succumbing to disease. Leukemia-initiating cells (L-ICs) are hypothesized to be resistant to conventional chemotherapy and radiation and are thereby responsible for disease recurrence. Using an in vivo limiting dilution assay, we previously showed that the murine T-ALL L-IC is quite rare, with only 0.003-0.05% of cells capable of initiating disease, and demonstrated that the L-IC is a subset of the leukemic DN3 thymic progenitor population. Work described in this thesis validates the L-IC assay using two transplantation methods to rule out effects of homing and/or microenvironment on T-ALL L-IC survival and maintenance. Using this assay, we demonstrate that sustained Notch1 signaling is required for T-ALL initiation in vivo and show that treatment with a Notch1 inhibitor reduces or in some cases eliminates the L-IC population. We further analyze the effects of inhibiting c-Myc, a Notch1-regulated gene, on L-IC frequency and uncover an essential role for c-Myc in L-IC survival and expansion. Suppressing c-Myc by using specific shRNAs or a c-Myc inhibitor reduces the L-IC population and interferes with leukemia initiation. Together, these findings reveal a critical role of the Notch1-c-Myc pathway in T-ALL initiation and suggest that therapeutics targeted at this pathway could be used to treat and/or prevent disease relapse in patients.

Notch receptors and ligands are single-pass transmembrane proteins which play important roles in cell-cell communication. Notch in ‘harmony’ with other signaling pathways regulate the entire diversity of metazoan life (Artavanis-Tsakonas & Muskavitch, 2010). These signaling pathways also play key roles in regulatingseveral developmental processes. Given the importance of Notch signaling in various developmental decisions, it is not surprising that aberrant gain or loss-of-function of Notch pathway leads to several human diseases including cancer (Ranganathan et al, 2011). Notch signaling has also been implicated in various human cancers, most notably in T-cell acute lymphoblastic leukemia (T-ALL) (Weng et al, 2004). In view of the importance of Notch signaling in cancers, therapeutic molecules targeting this pathway are making their way into clinical trials (Rizzo et al, 2008). This underscores the importance of understanding the mechanism of Notch receptor activation in normal and patho-physiological conditions. In this thesis, antibodies against different domains of human Notch1 receptor have been used as tools to understand the mechanism of receptor activation. This work has provided insights into the role of Notch1 extracellular domain in ligand-dependent receptor activation. Further, the mechanism of ligand-independent receptor activation in T-ALL associated mutant Notch1 has also been investigated. This understanding of ligand-dependent and independent receptor activation facilitated development of mechanistic inhibitors of Notch signaling for therapeutic targeting of the cancer stem cells (CSCs) across the pectrum of cancers. The thesis is divived into two parts. Part-I focuses on understanding the role of Notch1 extracellular domain in receptor-ligand interactions using antibodies as a tool. In part-II, implications of these antibodies in therapeutic targeting of CSCs has been investigated. Part-I Unfolding the Mechanism of Notch1 Receptor Activation The extracellular domain of Notch1 receptor consists of 36 EGF-like repeats that contribute to ligand binding (Kopan & Ilagan, 2009). Despite extensive studies on the downstream consequences of Notch signaling, the initial events of ligandreceptor interactions have not been clearly elucidated. In the absence of structural insights into the receptor-ligand interactions, it was important to decipher the roles of various receptor domains in ligand-binding and consequent signaling. In this study, antibodies have been employed as tools for in-depth analyses of Notch receptorligand, interactions. Studies in Drosophila Notch receptor suggest that EGF-like repeats 11-12 are necessary and sufficient for ligand binding (Rebay et al, 1991). However, the role of these repeats in human Notch1 receptor-ligand interaction(s) was not clearly elucidated. Antibodies were generated against Notch1 EGF-like repeats 11-15. Further, these antibodies were characterized for their specificity for Notch1 receptor in various ligand-binding and signaling assays. The results suggest that the monoclonal antibodies (MAbs) against EGF-like repeats 11-12 were more potent inhibitors of ligand-binding compared to the antibodies against EGF-like repeats 13-15. As a part of these investigations, the Notch ligands Jagged1 and Jagged2, Delta-like1 and Delta-like4 were purified and characterized in various assays. Ability of these ligands to interact with Notch1 EGF-like repeat 11-15 was determined using Surface Plasmon Resonance. The Jagged family of ligands demonstrated higher affinity for this recept or fragment when compared to the Delta family of ligands. The relatively low affinities (μM) of all the ligands suggested possibile involvement of other EGF-like repeats in ligand-binding. This was further investigated using antibodies against other EGF-like repeats of Notch1. In Drosophila Notch EGF-like repeats 24-29 have been implicated in the ligand-dependent gain-of-function phenotype, suggesting a plausible involvement of this region in receptor activation (Pei & Baker, 2008). Therefore, role of human Notch1 EGF-like repeats 21-30 in ligand-binding and signaling was investigated. These EGF-like repeats demonstrated specific interaction with the ligand-binding domain (EGF-like repeats 11-15). This suggested that in the absence of the ligand, these inter-domain interactions keep the receptor in an auto-inhibited conformation. Further, ligand binding to EGF-like repeats 11-15 dissociated pre-formed interdomain interactions. These results suggested that, the binding of ligand to EGF-like repeat 11-12 overcomes the negative constraint imposed by the intra-domain interactions which might lead to receptor activation. Next, to understand the role of EGF-like repeats 21-30 in ligand binding, polyclonal antibodies were generated against the same and extensively characterized in various solid-phase and cell-based assays. These antibodies demonstrated partial inhibition of ligand-binding. Further, using immunoaffinity purified antibodies it was demonstrated that antibodies against EGF-like repeats 25-26 were most potent inhibitors of ligand-binding compared to antibodies against EGF-like repeats 21-24 and 27-30. These results provided novel insights into Notch1 receptor activation. The model proposed on the basis of these results suggested that ligand-binding to EGF-like repeats 11-12 competes with the inter-domain interaction, in turn dissociating EGF-like repeats 21-30 from the ligandbinding domain. It emerged that this altered conformation of the receptor creates a secondary ligand-binding site at EFG-like repeats 25-26. Overall these results provided novel insight into the mechanism of Notch receptor-ligand interaction(s). Part-II Implication in Cancer Stem Cell Targeting Recent studies have suggested existence of the CSC population in various cancers (Clevers, 2011). Notch signaling plays an important role in maintenance of these CSCs (Pannuti et al, 2010). Thus, targeting Notch signaling may provide a potential therapeutic tool for CSC targeting. Several studies have indicated that Notch1 receptor and ligands are overexpressed in breast cancer cells compared to the normal breast epithelium (Mittal et al, 2009; Reedijk et al, 2005; Reedijk et al, 2008). Moreover, it has been suggested that Notch1 signaling plays a key role in breast carcinogenesis (Stylianou et al, 2006). Monoclonal antibodies (MAbs) were used as mechanistic inhibitors of aberrant Notch1 signaling for therapeutic targeting of CSCs. One such antibody, MAb 602.101, against Notch1 ligand-binding domain (EGF-like repeat 11-12) inhibited proliferation and depleted breast CSCs. This MAb also modulated genes associated with stemness and epithelial to mesenchymal transition (EMT). Furthermore, MAb 602.101 irreversibly inhibited the sphere-forming potential of breast cancer cells by modulating long-term self renewing capacity of breast CSCs. Inhibition of Notch1 signaling by the MAb also depleted the chemoresistant CD44Hi/CD24Low sub-population in breast cancer cells. Interestingly, antibody treatment led to elevated expression of genes associated with myoepithelial lineage, which suggested that inhibition of Notch1 signaling might induce a differentiation program leading to reduction in the CSC population. This study demonstrated the importance of Notch1 signaling in CSCs and effectiveness of antibodies as a tool for specific targeting of individual Notch receptors in cancer therapeutics. While aberrant expression of receptors and ligands leads to breast cancer (Reedijk et al, 2005), gain-of-function mutations are associated with 40-50% of TALL\ patients (Weng et al, 2004). These mutations lead to ligand-independent receptor activation (Malecki et al, 2006). Despite several attempts of successful antibodymediated therapeutic targeting of Notch1 (Aste-Amézaga et al, 2010; Wu et al, 2010), specific antibodies recognizing T-ALL associated mutant Notch1 remains elusive. Using homology modeling, the mutation induced conformational change in T-ALL associated mutant Notch1 was predicted. These results suggested that mutation led to conformational changes in the Notch1 negative regulatory region (NRR) This conformation change might result in the constitutive activation of Notch1 signaling leading to pathogenesis. Next, MAbs were generated against the wild-type Notch1 NRR and characterized in flow-cytometry based assays for identification of conformation specific antibodies. These antibodies were classified as either wild-type specific, mutant specific or unbiased to receptor conformations. One such mutant specific MAb 604.107 demonstrated higher binding to mutant Notch1 in flowcytometer and SPR based experiments. This MAb also demonstrated specific inhibition of T-ALL associated mutant Notch1 signaling without affecting the wildtype signaling. Moreover, antibody treatment also inhibited proliferation and depleted leukemia initiating sub-population in patient derived T-ALL cells. Taken together, this study provides a novel tool for specific targeting of mutant Notch1 receptors in TALL. CSCs are inherently chemo-resistant and lead to tumor relapse (Chen et al, 2012). Recent studies have demonstrated a strong correlation between Notch1 signaling in lung CSCs and chemotherapy resistance (Hassan et al, 2013). In this study, Notch1 heterogeneity in solid tumors viz. breast and colon cancers was investigated. Using the antibodies generated previously in this study, Notch1High and Notch1Low sub-populations from MDA-MB-231 (breast cancer) and HCT-116 (colon cancer) cell lines were flow-sorted. It was demonstrated that the Notch1High subpopulation represented the sphere-forming CSCs in breast and colon cancer. The Notch1High sub-population also demonstrated chemo-resistant properties and expressed higher level of EMT and stemness markers. These results suggested explicit involvement of Notch1 signaling in EMT and maintenance of CSCs subpopulation in these cancers. The anti-Notch1 MAb also inhibited proliferation of the chemo-resistant Notch1High sub-population. Further, treatment with MAb inhibited expression of ABCC1 transporters in these drug-resistant cells leading to augmentation of chemotherapeutic response. Using mouse xenograft assays, it was demonstrated that Notch1 signaling plays an important role in the maintenacne of tumor-initiating sub-population in breast and colon cancer cells. Prior exposure of breast and colon cancer cells to MAb inhibited the tumor forming potential of these cells in xenotransplantation assays. Treatment with MAb alone or in combination with chemotherapy led to regression of pre-formed tumors in breast and colon xenograft models. These results demonstrated existence of Notch1 heterogeneity in breast and colon cancer cells and emphasised the importance of targeting Notch1 signaling to overcome drug-resistance in these cancers. The results described above have provided important insights into Notch1 receptor activation and this understanding was translated into therapeutic targeting of CSCs. This “proof-of-principle” demonstration has significant mechanistic and applied implications in Notch and cancer biology.

Die T-Zell akute lymphoblastische Leukämie (T-ALL) ist eine aggressive Krebserkrankung mit hoher Rezidivwahrscheinlichkeit und insgesamt schlechter Prognose, die häufig durch ein fehlreguliertes, meist konstitutiv aktives Notch1 gekennzeichnet ist. Ungeachtet der wichtigen Rolle von Notch1 in der T-Zell-Entwicklung sind die genauen Mechanismen, mit denen ein fehlreguliertes Notch1-Signal zur Karzinogenese führt, bislang unverstanden. Diese Fragen können mithilfe eines Rattenmodells (NICA-Ratten), das durch die transgene Expression von konstitutiv aktivem Notch1IC in Thymozyten charakterisiert ist, untersucht werden. Diese Tiere entwickeln mit hoher Inzidenz thymische Lymphome, welche sich durch unerwartete phänotypische Eigenschaften und eine rasche leukämische Aussaat auszeichnen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Rattenmodell der T-ALL verwendet, beim dem es durch adoptiven Transfer von Lymphomzellen aus NICA-Ratten in syngene Wirte kurzfristig zu neuem und aggressivem Tumorwachstum ähnlich der humanen Variante kommt. Histologische und durchflusszytometrische Analysen offenbarten die initiale Infiltration in Lymphknoten und Knochenmark, bevor im Zuge der anschließenden leukämischen Phase nicht-lymphatische Organe kleinherdig durchsetzt wurden. Die aus den Wirten extrahierten Lymphomzelllinien zeigten einen heterogenen Phänotyp und eine ausgeprägte Neigung zur Spontanapoptose ex vivo. Die Abwesenheit zytotoxischer T-Zellen im Wirt hatte keinen Einfluss auf die Lymphometablierung und -progression, was möglicherweise auf die geringe Expression von MHC-I Molekülen zurückzuführen ist. Im weiteren Verlauf der Arbeit wurden neue Therapieansätze in der Behandlung der Notch1-abhängigen T-ALL getestet. Da der routinemäßige Einsatz von Glukokortikoiden (GC) durch das Auftreten schwerer Nebenwirkungen und Resistenzen gekennzeichnet ist, wurde als Ansatz zur ihrer Optimierung liposomal verpacktes Prednisolon mit freiem Dexamethason in der Therapie von T-ALL in vivo im Tiermodell verglichen. Die alternative Darreichungsfom war durch ein auffallendes Wirkdefizit im lymphatischen System und ein schlechteres Gesamtüberleben gekennzeichnet. Als potentielle Ursache der rasch einsetzenden GC-Resistenz im Zuge der repetitiven Dex-Behandlung konnte eine Herunterregulierung des GC-Rezeptors nachgewiesen werden. Weiterhin wurde die Frage adressiert, inwieweit eine medikamentöse Hemmung von NF-κB durch die Verwendung des Proteasomen-Inhibitors Bortezomib eine therapeutische Wirkung auf die T-ALL im Rattenmodell entfalten würde. Hierzu wurde Bortezomib im direkten Vergleich mit Dexamethason in vivo evaluiert. Die Monotherapie mit Bortezomib zeigte eine dem Dexamethason vergleichbare Wirkung in den Lymphknoten, andererseits korrelierte ein signifikantes Wirkdefizit in Milz, Knochenmark und Blut mit einem insgesamt schlechteren Gesamtansprechen. Ferner legten die gewonnenen Daten nahe, dass Bortezomib eine GC-Resistenz der T-ALL mit konstitutiv aktivem Notch1 in vivo nicht zu überwinden vermag. Zusammengefasst wurden im Rahmen dieser Arbeit neue Erkenntnisse zur Pathogenese der Notch1-abhängigen T-ALL gewonnen und darüber hinaus limitierte Therapieeffizienzen neuartiger Behandlungsansätze mit liposomalem Prednisolon und dem Proteasominhibitor Bortezomib im Vergleich zu freiem Dex in vivo aufgedeckt. Im Hinblick auf die Erfassung der Pathomechanismen sowie auf die Entwicklung neuer Therapieansätze bietet die Möglichkeit des adoptiven Lymphomtransfers und der Generierung von neuem aggressivem Wachstum im Wirt mit hoher Analogie zur humanen Erkrankung ideale Voraussetzungen, um die Rolle von Notch1 in der der T-ALL zu untersuchen. Die Ergebnisse dieser Arbeit könnten somit zu einer Verbesserung von spezifischer Risikostratifizierung, Behandlungs-möglichkeit und Prognose der an T-ALL erkrankten Patienten beitragen.

Die T-Zell akute lymphoblastische Leukämie (T-ALL) ist eine aggressive Krebserkrankung mit hoher Rezidivwahrscheinlichkeit und insgesamt schlechter Prognose, die häufig durch ein fehlreguliertes, meist konstitutiv aktives Notch1 gekennzeichnet ist. Ungeachtet der wichtigen Rolle von Notch1 in der T-Zell-Entwicklung sind die genauen Mechanismen, mit denen ein fehlreguliertes Notch1-Signal zur Karzinogenese führt, bislang unverstanden. Diese Fragen können mithilfe eines Rattenmodells (NICA-Ratten), das durch die transgene Expression von konstitutiv aktivem Notch1IC in Thymozyten charakterisiert ist, untersucht werden. Diese Tiere entwickeln mit hoher Inzidenz thymische Lymphome, welche sich durch unerwartete phänotypische Eigenschaften und eine rasche leukämische Aussaat auszeichnen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Rattenmodell der T-ALL verwendet, beim dem es durch adoptiven Transfer von Lymphomzellen aus NICA-Ratten in syngene Wirte kurzfristig zu neuem und aggressivem Tumorwachstum ähnlich der humanen Variante kommt. Histologische und durchflusszytometrische Analysen offenbarten die initiale Infiltration in Lymphknoten und Knochenmark, bevor im Zuge der anschließenden leukämischen Phase nicht-lymphatische Organe kleinherdig durchsetzt wurden. Die aus den Wirten extrahierten Lymphomzelllinien zeigten einen heterogenen Phänotyp und eine ausgeprägte Neigung zur Spontanapoptose ex vivo. Die Abwesenheit zytotoxischer T-Zellen im Wirt hatte keinen Einfluss auf die Lymphometablierung und -progression, was möglicherweise auf die geringe Expression von MHC-I Molekülen zurückzuführen ist. Im weiteren Verlauf der Arbeit wurden neue Therapieansätze in der Behandlung der Notch1-abhängigen T-ALL getestet. Da der routinemäßige Einsatz von Glukokortikoiden (GC) durch das Auftreten schwerer Nebenwirkungen und Resistenzen gekennzeichnet ist, wurde als Ansatz zur ihrer Optimierung liposomal verpacktes Prednisolon mit freiem Dexamethason in der Therapie von T-ALL in vivo im Tiermodell verglichen. Die alternative Darreichungsfom war durch ein auffallendes Wirkdefizit im lymphatischen System und ein schlechteres Gesamtüberleben gekennzeichnet. Als potentielle Ursache der rasch einsetzenden GC-Resistenz im Zuge der repetitiven Dex-Behandlung konnte eine Herunterregulierung des GC-Rezeptors nachgewiesen werden. Weiterhin wurde die Frage adressiert, inwieweit eine medikamentöse Hemmung von NF-κB durch die Verwendung des Proteasomen-Inhibitors Bortezomib eine therapeutische Wirkung auf die T-ALL im Rattenmodell entfalten würde. Hierzu wurde Bortezomib im direkten Vergleich mit Dexamethason in vivo evaluiert. Die Monotherapie mit Bortezomib zeigte eine dem Dexamethason vergleichbare Wirkung in den Lymphknoten, andererseits korrelierte ein signifikantes Wirkdefizit in Milz, Knochenmark und Blut mit einem insgesamt schlechteren Gesamtansprechen. Ferner legten die gewonnenen Daten nahe, dass Bortezomib eine GC-Resistenz der T-ALL mit konstitutiv aktivem Notch1 in vivo nicht zu überwinden vermag. Zusammengefasst wurden im Rahmen dieser Arbeit neue Erkenntnisse zur Pathogenese der Notch1-abhängigen T-ALL gewonnen und darüber hinaus limitierte Therapieeffizienzen neuartiger Behandlungsansätze mit liposomalem Prednisolon und dem Proteasominhibitor Bortezomib im Vergleich zu freiem Dex in vivo aufgedeckt. Im Hinblick auf die Erfassung der Pathomechanismen sowie auf die Entwicklung neuer Therapieansätze bietet die Möglichkeit des adoptiven Lymphomtransfers und der Generierung von neuem aggressivem Wachstum im Wirt mit hoher Analogie zur humanen Erkrankung ideale Voraussetzungen, um die Rolle von Notch1 in der der T-ALL zu untersuchen. Die Ergebnisse dieser Arbeit könnten somit zu einer Verbesserung von spezifischer Risikostratifizierung, Behandlungs-möglichkeit und Prognose der an T-ALL erkrankten Patienten beitragen.

Die T-Zell akute lymphoblastische Leukämie (T-ALL) ist eine aggressive Krebserkrankung mit hoher Rezidivwahrscheinlichkeit und insgesamt schlechter Prognose, die häufig durch ein fehlreguliertes, meist konstitutiv aktives Notch1 gekennzeichnet ist. Ungeachtet der wichtigen Rolle von Notch1 in der T-Zell-Entwicklung sind die genauen Mechanismen, mit denen ein fehlreguliertes Notch1-Signal zur Karzinogenese führt, bislang unverstanden. Diese Fragen können mithilfe eines Rattenmodells (NICA-Ratten), das durch die transgene Expression von konstitutiv aktivem Notch1IC in Thymozyten charakterisiert ist, untersucht werden. Diese Tiere entwickeln mit hoher Inzidenz thymische Lymphome, welche sich durch unerwartete phänotypische Eigenschaften und eine rasche leukämische Aussaat auszeichnen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Rattenmodell der T-ALL verwendet, beim dem es durch adoptiven Transfer von Lymphomzellen aus NICA-Ratten in syngene Wirte kurzfristig zu neuem und aggressivem Tumorwachstum ähnlich der humanen Variante kommt. Histologische und durchflusszytometrische Analysen offenbarten die initiale Infiltration in Lymphknoten und Knochenmark, bevor im Zuge der anschließenden leukämischen Phase nicht-lymphatische Organe kleinherdig durchsetzt wurden. Die aus den Wirten extrahierten Lymphomzelllinien zeigten einen heterogenen Phänotyp und eine ausgeprägte Neigung zur Spontanapoptose ex vivo. Die Abwesenheit zytotoxischer T-Zellen im Wirt hatte keinen Einfluss auf die Lymphometablierung und -progression, was möglicherweise auf die geringe Expression von MHC-I Molekülen zurückzuführen ist. Im weiteren Verlauf der Arbeit wurden neue Therapieansätze in der Behandlung der Notch1-abhängigen T-ALL getestet. Da der routinemäßige Einsatz von Glukokortikoiden (GC) durch das Auftreten schwerer Nebenwirkungen und Resistenzen gekennzeichnet ist, wurde als Ansatz zur ihrer Optimierung liposomal verpacktes Prednisolon mit freiem Dexamethason in der Therapie von T-ALL in vivo im Tiermodell verglichen. Die alternative Darreichungsfom war durch ein auffallendes Wirkdefizit im lymphatischen System und ein schlechteres Gesamtüberleben gekennzeichnet. Als potentielle Ursache der rasch einsetzenden GC-Resistenz im Zuge der repetitiven Dex-Behandlung konnte eine Herunterregulierung des GC-Rezeptors nachgewiesen werden. Weiterhin wurde die Frage adressiert, inwieweit eine medikamentöse Hemmung von NF-κB durch die Verwendung des Proteasomen-Inhibitors Bortezomib eine therapeutische Wirkung auf die T-ALL im Rattenmodell entfalten würde. Hierzu wurde Bortezomib im direkten Vergleich mit Dexamethason in vivo evaluiert. Die Monotherapie mit Bortezomib zeigte eine dem Dexamethason vergleichbare Wirkung in den Lymphknoten, andererseits korrelierte ein signifikantes Wirkdefizit in Milz, Knochenmark und Blut mit einem insgesamt schlechteren Gesamtansprechen. Ferner legten die gewonnenen Daten nahe, dass Bortezomib eine GC-Resistenz der T-ALL mit konstitutiv aktivem Notch1 in vivo nicht zu überwinden vermag. Zusammengefasst wurden im Rahmen dieser Arbeit neue Erkenntnisse zur Pathogenese der Notch1-abhängigen T-ALL gewonnen und darüber hinaus limitierte Therapieeffizienzen neuartiger Behandlungsansätze mit liposomalem Prednisolon und dem Proteasominhibitor Bortezomib im Vergleich zu freiem Dex in vivo aufgedeckt. Im Hinblick auf die Erfassung der Pathomechanismen sowie auf die Entwicklung neuer Therapieansätze bietet die Möglichkeit des adoptiven Lymphomtransfers und der Generierung von neuem aggressivem Wachstum im Wirt mit hoher Analogie zur humanen Erkrankung ideale Voraussetzungen, um die Rolle von Notch1 in der der T-ALL zu untersuchen. Die Ergebnisse dieser Arbeit könnten somit zu einer Verbesserung von spezifischer Risikostratifizierung, Behandlungs-möglichkeit und Prognose der an T-ALL erkrankten Patienten beitragen.

Die T-Zell akute lymphoblastische Leukämie (T-ALL) ist eine aggressive Krebserkrankung mit hoher Rezidivwahrscheinlichkeit und insgesamt schlechter Prognose, die häufig durch ein fehlreguliertes, meist konstitutiv aktives Notch1 gekennzeichnet ist. Ungeachtet der wichtigen Rolle von Notch1 in der T-Zell-Entwicklung sind die genauen Mechanismen, mit denen ein fehlreguliertes Notch1-Signal zur Karzinogenese führt, bislang unverstanden. Diese Fragen können mithilfe eines Rattenmodells (NICA-Ratten), das durch die transgene Expression von konstitutiv aktivem Notch1IC in Thymozyten charakterisiert ist, untersucht werden. Diese Tiere entwickeln mit hoher Inzidenz thymische Lymphome, welche sich durch unerwartete phänotypische Eigenschaften und eine rasche leukämische Aussaat auszeichnen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Rattenmodell der T-ALL verwendet, beim dem es durch adoptiven Transfer von Lymphomzellen aus NICA-Ratten in syngene Wirte kurzfristig zu neuem und aggressivem Tumorwachstum ähnlich der humanen Variante kommt. Histologische und durchflusszytometrische Analysen offenbarten die initiale Infiltration in Lymphknoten und Knochenmark, bevor im Zuge der anschließenden leukämischen Phase nicht-lymphatische Organe kleinherdig durchsetzt wurden. Die aus den Wirten extrahierten Lymphomzelllinien zeigten einen heterogenen Phänotyp und eine ausgeprägte Neigung zur Spontanapoptose ex vivo. Die Abwesenheit zytotoxischer T-Zellen im Wirt hatte keinen Einfluss auf die Lymphometablierung und -progression, was möglicherweise auf die geringe Expression von MHC-I Molekülen zurückzuführen ist. Im weiteren Verlauf der Arbeit wurden neue Therapieansätze in der Behandlung der Notch1-abhängigen T-ALL getestet. Da der routinemäßige Einsatz von Glukokortikoiden (GC) durch das Auftreten schwerer Nebenwirkungen und Resistenzen gekennzeichnet ist, wurde als Ansatz zur ihrer Optimierung liposomal verpacktes Prednisolon mit freiem Dexamethason in der Therapie von T-ALL in vivo im Tiermodell verglichen. Die alternative Darreichungsfom war durch ein auffallendes Wirkdefizit im lymphatischen System und ein schlechteres Gesamtüberleben gekennzeichnet. Als potentielle Ursache der rasch einsetzenden GC-Resistenz im Zuge der repetitiven Dex-Behandlung konnte eine Herunterregulierung des GC-Rezeptors nachgewiesen werden. Weiterhin wurde die Frage adressiert, inwieweit eine medikamentöse Hemmung von NF-κB durch die Verwendung des Proteasomen-Inhibitors Bortezomib eine therapeutische Wirkung auf die T-ALL im Rattenmodell entfalten würde. Hierzu wurde Bortezomib im direkten Vergleich mit Dexamethason in vivo evaluiert. Die Monotherapie mit Bortezomib zeigte eine dem Dexamethason vergleichbare Wirkung in den Lymphknoten, andererseits korrelierte ein signifikantes Wirkdefizit in Milz, Knochenmark und Blut mit einem insgesamt schlechteren Gesamtansprechen. Ferner legten die gewonnenen Daten nahe, dass Bortezomib eine GC-Resistenz der T-ALL mit konstitutiv aktivem Notch1 in vivo nicht zu überwinden vermag. Zusammengefasst wurden im Rahmen dieser Arbeit neue Erkenntnisse zur Pathogenese der Notch1-abhängigen T-ALL gewonnen und darüber hinaus limitierte Therapieeffizienzen neuartiger Behandlungsansätze mit liposomalem Prednisolon und dem Proteasominhibitor Bortezomib im Vergleich zu freiem Dex in vivo aufgedeckt. Im Hinblick auf die Erfassung der Pathomechanismen sowie auf die Entwicklung neuer Therapieansätze bietet die Möglichkeit des adoptiven Lymphomtransfers und der Generierung von neuem aggressivem Wachstum im Wirt mit hoher Analogie zur humanen Erkrankung ideale Voraussetzungen, um die Rolle von Notch1 in der der T-ALL zu untersuchen. Die Ergebnisse dieser Arbeit könnten somit zu einer Verbesserung von spezifischer Risikostratifizierung, Behandlungs-möglichkeit und Prognose der an T-ALL erkrankten Patienten beitragen.

Die T-Zell akute lymphoblastische Leukämie (T-ALL) ist eine aggressive Krebserkrankung mit hoher Rezidivwahrscheinlichkeit und insgesamt schlechter Prognose, die häufig durch ein fehlreguliertes, meist konstitutiv aktives Notch1 gekennzeichnet ist. Ungeachtet der wichtigen Rolle von Notch1 in der T-Zell-Entwicklung sind die genauen Mechanismen, mit denen ein fehlreguliertes Notch1-Signal zur Karzinogenese führt, bislang unverstanden. Diese Fragen können mithilfe eines Rattenmodells (NICA-Ratten), das durch die transgene Expression von konstitutiv aktivem Notch1IC in Thymozyten charakterisiert ist, untersucht werden. Diese Tiere entwickeln mit hoher Inzidenz thymische Lymphome, welche sich durch unerwartete phänotypische Eigenschaften und eine rasche leukämische Aussaat auszeichnen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Rattenmodell der T-ALL verwendet, beim dem es durch adoptiven Transfer von Lymphomzellen aus NICA-Ratten in syngene Wirte kurzfristig zu neuem und aggressivem Tumorwachstum ähnlich der humanen Variante kommt. Histologische und durchflusszytometrische Analysen offenbarten die initiale Infiltration in Lymphknoten und Knochenmark, bevor im Zuge der anschließenden leukämischen Phase nicht-lymphatische Organe kleinherdig durchsetzt wurden. Die aus den Wirten extrahierten Lymphomzelllinien zeigten einen heterogenen Phänotyp und eine ausgeprägte Neigung zur Spontanapoptose ex vivo. Die Abwesenheit zytotoxischer T-Zellen im Wirt hatte keinen Einfluss auf die Lymphometablierung und -progression, was möglicherweise auf die geringe Expression von MHC-I Molekülen zurückzuführen ist. Im weiteren Verlauf der Arbeit wurden neue Therapieansätze in der Behandlung der Notch1-abhängigen T-ALL getestet. Da der routinemäßige Einsatz von Glukokortikoiden (GC) durch das Auftreten schwerer Nebenwirkungen und Resistenzen gekennzeichnet ist, wurde als Ansatz zur ihrer Optimierung liposomal verpacktes Prednisolon mit freiem Dexamethason in der Therapie von T-ALL in vivo im Tiermodell verglichen. Die alternative Darreichungsfom war durch ein auffallendes Wirkdefizit im lymphatischen System und ein schlechteres Gesamtüberleben gekennzeichnet. Als potentielle Ursache der rasch einsetzenden GC-Resistenz im Zuge der repetitiven Dex-Behandlung konnte eine Herunterregulierung des GC-Rezeptors nachgewiesen werden. Weiterhin wurde die Frage adressiert, inwieweit eine medikamentöse Hemmung von NF-κB durch die Verwendung des Proteasomen-Inhibitors Bortezomib eine therapeutische Wirkung auf die T-ALL im Rattenmodell entfalten würde. Hierzu wurde Bortezomib im direkten Vergleich mit Dexamethason in vivo evaluiert. Die Monotherapie mit Bortezomib zeigte eine dem Dexamethason vergleichbare Wirkung in den Lymphknoten, andererseits korrelierte ein signifikantes Wirkdefizit in Milz, Knochenmark und Blut mit einem insgesamt schlechteren Gesamtansprechen. Ferner legten die gewonnenen Daten nahe, dass Bortezomib eine GC-Resistenz der T-ALL mit konstitutiv aktivem Notch1 in vivo nicht zu überwinden vermag. Zusammengefasst wurden im Rahmen dieser Arbeit neue Erkenntnisse zur Pathogenese der Notch1-abhängigen T-ALL gewonnen und darüber hinaus limitierte Therapieeffizienzen neuartiger Behandlungsansätze mit liposomalem Prednisolon und dem Proteasominhibitor Bortezomib im Vergleich zu freiem Dex in vivo aufgedeckt. Im Hinblick auf die Erfassung der Pathomechanismen sowie auf die Entwicklung neuer Therapieansätze bietet die Möglichkeit des adoptiven Lymphomtransfers und der Generierung von neuem aggressivem Wachstum im Wirt mit hoher Analogie zur humanen Erkrankung ideale Voraussetzungen, um die Rolle von Notch1 in der der T-ALL zu untersuchen. Die Ergebnisse dieser Arbeit könnten somit zu einer Verbesserung von spezifischer Risikostratifizierung, Behandlungs-möglichkeit und Prognose der an T-ALL erkrankten Patienten beitragen.

Notch receptors and ligands are type I transmembrane proteins that regulate development and differentiation during cell-cell contact. There are four Notch receptor homologues and five notch ligands, identified in humans till date. Upon ligand activation, Notch1 intracellular domain (NIC-1) is released into the cytoplasm, which binds to several proteins as well as translocates into the nucleus to effect the Notch signaling. In the absence of the activated Notch signaling, the Notch target genes are kept repressed by the transcriptional repressor C protein binding factor 1 (CBF1) also known as RBPjk or CSL for CBF1/Su(H)/Lag1. RBPjk binds to the sequence “CGTGGGAA” and acts as a constitutive repressor. Upon ligand dependent activation, NIC-1 enters into the nucler and converts RBPjk from transcriptional repressor to an activator. Notch binding to CSL replaces the SMRT corepressor complex with a coactivator complex including SKIP, Mastermind like 1 (MAML1) (Mastermind in Drosophila), and histone acetyl transferases PCAF, GCN5 and p300 activating the transcription of target genes. Mastermind-like (MAML), a family of transcriptional activator proteins comprising of 3 members 1 to 3, has been shown to be required for Notch signaling. MAML forms a ternary complex with RBPjk-NIC by directly interacting with NIC. In turn, MAML recruits the histone acetyl transferase p300/CBP, which acetylates the histones, thereby altering the structure of chromatin amenable for transcription. Activation of Notch pathway induces oncogenesis, which can be divided into two categories including 1) Inhibition of Apoptosis and 2) Induction of proliferation. In T cells, activation of Notch1 protects cells from T cell receptor, dexamethasone and etoposide-mediated apoptosis, Fas receptor-mediated signaling by up regulating IAP (Inhibitor of Apoptosis) and Bcl-2 families, as well as FLIP (FLICE-like inhibitor protein). Notch signaling also promotes the survival of T cells through maintenance of cell size as well as through the promotion of glucose uptake and metabolism. Notch-1 has been shown to protect against anoikis (apoptosis induced by matrix withdrawal) or p53-mediated apoptosis in immortalized epithelial cells, T cell receptor-induced apoptosis in mature cells and dexamethasone-mediated apoptosis in thymocytes. This study was carried out to functionally characterize NIC-1 (human Notch1-intracellular domain) as an inhibitor of apoptosis and to evaluate the therapeutic potential of reversal of this apoptosis inhibition. The main objectives of this study are 1. Construction of recombinant adenovirus expressing human Notch1-intracellular domain (Ad-NIC-1) and characterization of NIC-1 as an inhibitor of chemotherapy and p53-induced cytotoxicity and apoptosis. 2. Role of PI3 kinase -Akt/PKB -mTOR pathway in NIC-1-mediated inhibition of p53-induced apoptosis. 3. Essential role of association between mTOR and NIC-1 and the dependent NIC-1 phosphorylation in Notch1-mediated transcription and survival signaling. 4. Identification of NIC-1 as an inhibitor of E1A-induced apoptosis and the role of mTOR in NIC-1-mediated inhibition of E1A-induced apoptosis. Activated Notch1 was first linked to tumorigenesis through identification of a recurrent t(7;9)(q34;q34.3) chromosomal translocation involving the human Notch1 gene that is found in a subset of human pre-T-cell acute lymphoblastic leukemia’s (T-ALL). Deregulated Notch signaling is oncogenic, inhibits apoptosis and promotes survival. In order to understand survival signaling induced by Notch1 and its possible role in chemoresistance, we have generated a replication deficient recombinant adenovirus expressing human Notch1-intracellular domain (Ad-NIC-1) and shown that it produces functional NIC-1 protein. Using this overexpression system, we characterized that activated Notch1-inhibits chemotherapy and in particular p53 induced apoptosis. Notch1-mediated inhibition of p53-induced apoptosis does not include coactivator squelching. p53 was inefficient in binding to its DNA in NIC-1 overexpressing cells. The levels of phosphorylation at Ser15, Ser20, and Ser392 of p53 expressed from Ad-p53 significantly reduced in NIC-1 preinfected cells. These results suggest that NIC-1-mediated inhibition of p53-mediated apoptosis involves reduced DNA binding, reduced nuclear localization and reduced post translational modifications and thus reduced transactivation of its target genes. Notch1-mediated inhibition of p53 was found to occur mainly through mammalian target of rapamycin (mTOR) using PI3 kinase-Akt/PKB pathway, as the mTOR inhibitor; rapamycin treatment was able to reverse Notch-1 mediated inhibition of p53 and chemoresistance. Consistent with this, rapamycin failed to reverse NIC-1 induced chemoresistance in cells expressing rapamycin resistant mTOR. Our results also suggest that the N-terminal HEAT repeat and the kinase function of mTOR are essential for Notch mediated inhibition of p53. Further, ectopic expression of eIF4E, a translational regulator that acts downstream of mTOR, inhibited p53-induced apoptosis and conferred protection against p53-mediated cytotoxicity to similar extent as that of NIC-1 overexpression, but was not reversed by rapamycin, which indicates that eIF4E is the major target of mTOR in Notch1-mediated survival signaling. Notch1-intracellular domain (NIC-1), following proteolytic cleavage, binds to RBPjk and regulates transcription. Active NIC-1 located in the nucleus is phosphorylated, which makes it more stable and bind better to RBPjk. NIC-1 was also shown to bind to Deltex1 in the cytoplasm. Next, we studied the requirement of components of Notch1 signaling pathway for this function. By using variety of approaches, we found that both RBPjk and Maml1 and hence transcription activation is required for NIC-1-mediated survival signaling and inhibition of p53 functions. Interestingly, while we found the other Notch1 effector, Deltex1 is also required for above functions, Notch1 failed to activate PI3 kinase -Akt/PKB -mTOR pathway in Deltex1, but not in RBPjk silenced cells. Our results suggest that Notch-Deltex1 pathway activates PI3 kinase. Previous studies show that NIC-1 interacts with Deltex1 and Grb2 interacts with PI3 kinase. Our data shows that Deltex1 interacts with SH3 domain of Grb2. Since Notch1-Deltex1 and PI3 kinase-Grb2 interactions are known, we conclude that Notch1 activation of PI3 kinase involves Deltex1 and Grb2. We found activated mTOR was able to binds to NIC-1 and regulates its phosphorylation. Inhibition of mTOR either by PI3 kinase inhibitors or mTOR inhibitor treatment or silencing of Akt/PKB or mTOR reduced the phosphorylation of NIC-1 with the concomitant reduction in NIC-1-mediated transcription. Further, endogenous Notch1 receptor activated by the DSL ligand failed to activate transcription efficiently in rapamycin treated cells, implying a positive role for mTOR in mammalian Notch signaling. These studies reveal that Notch1 activates PI3 kinase -Akt/PKB -mTOR signaling through Deltex1 and subsequently activated mTOR modulates Notch1 signaling by direct binding and possibly thorough phosphorylation of the intracellular domain of Notch. Adenoviral E1A, in the absence of cooperating oncogene, suppresses primary tumor growth and reverses the transformed phenotype of human tumor cells by inducing apoptosis. E1A requires p53 for efficient induction of apoptosis and was shown to induce apoptosis by down regulating Akt and the activation of pro apoptotic factor p38 MAP kinase. Since our results suggest Notch1 inhibits chemotherapy and p53-induced apoptosis, we analyzed the ability of Notch1 to protect cells from E1A-induced apoptosis. Here we show that NIC-1 suppresses the ability of E1A to induce apoptosis. NIC-1 requires mTOR-dependent signal to inhibit E1A-mediated apoptosis, as the rapamycin, an mTOR inhibitor was able to completely reverse the ability of Notch1 to protect cells against E1A-induced apoptosis. The role of mTOR in NIC-1-mediated survival signaling was further confirmed by using the cells stably expressing rapamycin resistant mTOR. Rapamycin was able to reverse Notch1-mediated protection in cells expressing wild type mTOR but not in rapamycin resistant mTOR expressing cells. We also found that E1A was able to induce apoptosis in cells silenced for the pro apoptotic factor p38 and NIC-1 continued to inhibit E1A-induced apoptosis in these cells. These results confirm that Notch1 requires the activation of mTOR signaling but not p38 MAP kinase for inhibition of E1A-induced apoptosis. These results also suggest that the combination therapy utilizing E1A-mediated gene delivery in combination with inhibition of mTOR pathway may prove successful in treating Notch overexpressing cancers. Chemotherapy remains a major treatment modality for human cancers. Chemoresistance is a clinical problem that severely limits treatment success. It can be divided into two forms: intrinsic and acquired. Intrinsic resistance is the essence of oncogenic transformation, resulting from activation of oncogenes and the loss of tumor suppressors, and manifests itself as alterations in cell cycle checkpoints and apoptotic pathways. It is now widely accepted that the apoptotic capacity of the cancer cell is crucial in determining the response to chemotherapeutic agents. Indeed, several gene products that regulate apoptosis, i.e., p53, Akt and PI3K are frequently altered in cancer cells. In this study, we identified that cells with aberrant Notch1 signaling are chemoresistant. Activated Notch1 overexpression makes cells resistant to chemotherapy in a wild type p53 dependent manner. Notch protected p53 wild type cells but not p53 mutated or p53 deleted cells against chemotherapy induced cytotoxicity. Further, inactivation of p53 by specific silencing abrogated the ability of NIC-1 to protect H460 cells against adriamycin induced cytotoxicity. Most importantly, NIC-1 mediated chemoresistance can be reversed by blocking PI3 kinase -Akt/PKB -mTOR pathway. Collectively, these results suggest that cancers with activated Notch1 signaling are chemoresistant and provide basis for the reversal of chemoresistance.

Orientador: José Andres Yunes / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-21T05:50:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jotta_PatriciaYoshioka_D.pdf: 8922035 bytes, checksum: 3734371a320410ba431d6e6ce6579e55 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A leucemia linfóide aguda (LLA) é o câncer mais frequente na infância, e destas, 15% são do tipo T (LLA-T). A hiperativação da via PI3K/Akt tem sido amplamente descrita em tumores e em linhagens celulares de LLA-T. PTEN é o principal regulador negativo dessa via e frequentemente encontra-se inativado em cânceres humanos. Com frequência, pacientes com LLA-T apresentam mutações ativadoras de NOTCH1. NOTCH1 pode regular transcricionalmente PTEN, contudo ainda não está claro como as mutações ativadoras de NOTCH1 influenciariam a expressão de PTEN nas LLA-T. Nós encontramos uma ocorrência de 11 (17,7%) mutações no éxon 7 do PTEN em 62 casos de LLA-T estudados consecutivamente. Contudo, nenhuma mutação foi encontrada na análise de 71 casos de LLA-B derivada. A maioria das mutações de PTEN apresentavam inserções/deleções de mais de 3 nucleotídeos. Não encontramos associação entre mutações em PTEN e o gênero, a idade e a contagem de glóbulos brancos ao diagnóstico. Pacientes com alterações no PTEN apresentaram uma tendência a pior sobrevida global (OS, p=0.07). Dentre os pacientes de LLA-T classificados como alto risco (n=56), aqueles possuindo anormalidades no PTEN mostraram-se associados significativamente a menor OS (p=0.019) e sobrevida livre de leucemia (LFS 47% vs 76%; p=0.045). As curvas de LFS foram significativamente diferentes (p=0.003), mesmo considerando apenas pacientes que atingiram a remissão no dia 28 do tratamento para a análise. Nosso estudo também mostrou que pacientes com mutações em NOTCH1 apresentavam aumento na transcrição de MYC e menor expressão de PTEN mRNA comparados a pacientes com NOTCH1 selvagem. Nós recentemente demonstramos que células de LLA-T apresentavam fosforilação de PTEN mediada por CK2, resultando na estabilização e consequentemente inativação da proteína PTEN. Corroborando ao estudo anterior, os casos de LLA-T analisados, independente do status de mutação em NOTCH1, expressam níveis significativamente mais altos de proteína PTEN do que controles normais. Para avaliar o impacto da regulação transcricional de NOTCH e a inativação postranscricional por CK2 de PTEN, nós tratamos as células de LLA-T com inibidores de gamma-secretase (DAPT e de CK2 (DRB/TBB). Nosso estudo enfatiza a relevância biológica e clínica da regulação do PTEN em LLA-T. E sugerimos o uso combinado de inibidores de gamma-secretase e CK2 devem possuir potencial terapêutico nas LLA-T / Abstract: T-cell acute lymphoblastic leukemia (T-ALL) accounts for approximately 15% of pediatric ALL. Patients with T-ALL are at increased risk of relapse compared with children treated for B-cell precursor ALL. Mutations in the phosphatase and tensin homolog (PTEN) gene leading to PTEN protein deletion and subsequent activation of the PI3K/Akt signaling pathway are common in cancer. PTEN is the main negative regulator of the PI3K/Akt survival pathway. T-ALL patients frequently display NOTCH1 activating mutations and Notch can transcriptionally down-regulate the tumor suppressor PTEN. However, it is not clear whether NOTCH1 mutations associate with decreased PTEN expression in primary T-ALL. We report that PTEN exon 7 mutations occurred in 11 (17.7%) out of 62 consecutive pediatric T-cell acute lymphoblastic leukemia (T-ALL) but in none of 71 precursor B-ALL patients. Most PTEN mutations were insertions/deletions of more than 3 nucleotides. No associations were found between PTEN mutation and age, gender, WBC at diagnosis, early response to therapy and remission rate. Patients with PTEN mutation (n=11) had a tendency toward worse overall survival (OS, p=0.07). Remarkably, PTEN mutations were significantly associated with lower OS (p=0.019) and leukemia-free survival (LFS 47% vs 76%, p=0.045) within patients classified in the high risk group (n=56). LFS curves were significantly different (p=0.003) even if only patients who reached remission on day 28 were considered for analysis. We compared patients with or without NOTCH1mutations and report that the former presented higher MYC transcript levels and decreased PTEN mRNA expression. We recently showed that T-ALL cells frequently display CK2-mediated PTEN phosphorylation, resulting in PTEN protein stabilization and concomitant functional inactivation. Accordingly, the T-ALL samples analyzed, irrespectively of their NOTCH1 mutational status, expressed significantly higher PTEN protein levels than normal controls. To evaluate the integrated functional impact of NOTCH transcriptional and CK2 post-translational inactivation of PTEN, we treated TALL cells with both the gamma-secretase inhibitor DAPT and the CK2 inhibitors DRB/TBB. Our data suggest that combined use of gamma-secretase and CK2 inhibitors may have therapeutic potential in T-ALL. And emphasize the biological and clinical relevance of PTEN regulation in pediatric T-ALL / Doutorado / Genetica Animal e Evolução / Doutor em Genetica e Biologia Molecular