Les carcinomes cortico-surrénaliens (CCS) sont des tumeurs malignes rares de mauvais pronostic et pour lesquelles les options thérapeutiques efficaces sont inexistantes. Il est donc indispensable de comprendre les mécanismes moléculaires impliqués dans le développement des CCS, afin d’améliorer leur prise en charge. Les deux altérations les plus fréquentes dans les CCS sont une surexpression du facteur de croissance IGF2 et l'activation constitutive de la voie Wnt/β-caténine. Le laboratoire a mis en évidence le rôle oncogénique de la β-caténine à l'aide d'un modèle murin (souris ΔCat) présentant une activation constitutive de la β-caténine dans la cortico-surrénale. Toutefois, la faible pénétrance du phénotype malin suggère la nécessité d'autres altérations pour la progression tumorale. L’objectif initial de ma thèse était de tester le pouvoir oncogénique de IGF2, seul ou en association avec l’activation constitutive de la β-caténine. Les modèles de surexpression de Igf2 dans la cortico-surrénale nous ont permis de montrer que Igf2 n'initie pas le développement de tumeurs cortico-surrénaliennes. Dans un contexte d'activation de la β-caténine, la surexpression de Igf2 favorise le développement tumoral à des stades tardifs. Toutefois la formation de tumeurs malignes reste un évènement rare. Ces résultats suggèrent donc que la surexpression de Igf2 et l'activation de la β-caténine ne sont pas suffisantes dans notre modèle pour induire le développement de CCS. Une analyse rétrospective des données de transcriptome nous a permis de mettre en évidence une surexpression de l’oncogène putatif et histone méthyl-transférase EZH2, qui est associée à un mauvais pronostic. Mes travaux in vitro suggèrent que EZH2 est surexprimé en réponse à une surexpression des facteurs E2F et qu’il pourrait être impliqué dans le contrôle de la prolifération, de l'apoptose et de certaines caractéristiques tumorales des cellules cortico-surrénaliennes humaines H295R. Des inhibiteurs pharmacologiques étant disponibles, EZH2 pourrait constituer une cible thérapeutique intéressante pour le traitement des CCS. En parallèle de ces travaux, nous avons cherché à identifier les mécanismes impliqués dans la zonation du cortex surrénalien. Au cours du renouvellement tissulaire, les cellules acquièrent d’abord une identité glomérulée puis fasciculée. L'identité de la zone glomérulée repose en partie sur l'activité de la voie Wnt/β-caténine. Cette voie de signalisation induit l'expression de gènes essentiels à l'identité de cette zone et inhibe l'identité fasciculée. La différenciation fasciculée des cellules doit donc reposer en partie, sur l'inhibition de cette voie de signalisation. Nous avons donc émis l'hypothèse que la signalisation PKA, activée dans la zone fasciculée par la liaison de l'ACTH à son récepteur MC2R, s'oppose à l'activité de la β-caténine pour permettre la différenciation fasciculée. A l'aide d'approches pharmacologiques et génétiques, nous avons pu mettre en évidence que l'activation de la PKA inhibe la voie Wnt/β-caténine dans le cortex surrénalien et que ceci est à l'origine d'une perte de la zone glomérulée au profit d'une expansion de la fasciculée. L'effet de la PKA sur la voie Wnt résulte au moins en partie de l'inhibition de l'expression de Wnt4 en réponse à l'activation de la PKA. En effet une diminution d'expression de Wnt4 est observée en réponse à l'activation de la PKA dans la cortico-surrénale et l'invalidation de Wnt4 spécifiquement dans le cortex induit un phénotype proche de celui observé lors de l'activation de la PKA. Au delà des mécanismes moléculaires de la zonation, nous avons également montré que l’effet inhibiteur de la PKA sur la signalisation Wnt était capable de s’opposer aux effets oncogéniques de la β- caténine dans la cortico-surrénale. Ces observations pourraient s’avérer pertinentes, la voie de signalisation ACTH/PKA étant inhibée dans les CCS. / Adrenocortical carcinoma (ACC) is a rare tumour associated with poor prognosis and for which, efficient therapeutic approaches are not available. It is therefore essential to understand the molecular mechanisms involved in CCS development in order to improve their clinical management. The two most frequent alterations in ACC are overexpression of IGF2 and constitutive activation of β-catenin. Our lab has previously demonstrated the oncogenic activity of β-catenin in the adrenal cortex by developing a mouse model of constitutive β-catenin activation (ΔCat mice). However, the low malignant progression in ΔCat mice suggests that other alterations are necessary for acquisition of malignancy. The initial aim of my thesis was to test the oncogenic potential of IGF2 alone or associated with constitutive β-catenin activation. We showed that overexpression of Igf2 in the adrenal cortex does not trigger adrenal cortex tumourigenesis. In a context of constitutive β-catenin activation, overexpression of Igf2 promotes tumour development at later stages. However the formation of malignant tumours remains a rare event. These data suggest that the overexpression of Igf2 and constitutive activation of β-catenin are not sufficient to trigger malignant tumour progression. Retrospective analysis of available ACC transcriptome data highlighted overexpression of the putative oncogene and histone methyltransferase EZH2 in ACC, which was associated with poor prognosis. My in vitro studies suggest that EZH2 is overexpressed in response to overexpression of E2F transcription factors and that it could be involved in control of proliferation, apoptosis and oncogenic capacities of adrenocortical carcinoma cells H295R. Interestingly, the availability of pharmacologic inhibitors suggests that EZH2 could be a novel therapeutic target for the treatment of ACC. In parallel, we sought to identify the mechanisms involved in zonation of the adrenal cortex. During adrenal cortex renewal, cells first differentiate as glomerulosa before switching to fasciculata as they move within the cortex. Establishment of glomerulosa identity relies on the Wnt/β-catenin pathway, which induces expression of genes involved in glomerulosa differentiation and inhibits fasciculata identity. These data suggest that β-catenin has to be inhibited in order to allow the lineage conversion from glomerulosa to fasciculata. We thus postulated that PKA signalling pathway, which is triggered by ACTH binding to its receptor MC2R in zona fasciculata, played a role in repressing Wnt/β-catenin signalling to allow fasciculata differentiation. Using pharmacologic and genetic models, we have shown that PKA inhibits β-catenin signalling, which leads to loss of zona glomerulosa and expansion of zona fasciculata. The inhibitor effect of PKA on β-catenin pathway could be the result of decreased expression of Wnt4. Indee, a decrease of Wnt4 expression is observed in response to PKA activation and inactivation of Wnt4 in the adrenal cortex phenocopies PKA activation. We have also shown that PKA inhibits oncogenic effects of β-catenin in the adrenal cortex. The observation of decreased ACTH/PKA signalling in ACC suggests that this inhibition could be relevant to human adrenal tumour development.

Les éponges (Porifera) sont l'une des premières lignées d'animaux à avoir émergé. De ce fait, elles sont considérées comme des espèces clés pour retracer l’origine et l'évolution des gènes et des voies de signalisation qui ont sous-tendu l'apparition de la pluricellularité chez les métazoaires. Entre autres, les voies Wnt ont été décrites comme des cascades génétiques essentielles du control de nombreux mécanismes cellulaires (prolifération, communication, adhésion, motilité, etc.) au cours du développement précoce des bilatériens et des cnidaires. C’est pourquoi, l'étude de ces voies, chez les lignées d’émergences plus anciennes sont essentielles afin de comprendre l'origine des plans d’organisation des animaux.J’ai alors entrepris de nombreuses analyses bioinformatiques sur différentes bases de données d’éponges. Il apparait alors que l’ancêtre commun des éponges possédait déjà certainement tous les composants des voies Wnt. Néanmoins, à ce jour, puisque l’intégralité de ces composants n’a été identifiée que dans le genre Oscarella (lignée des Homoscleromorpha), différentes pertes secondaires sembleraient s’être produites chez les démosponges, les éponges calcaires et les hexactinellides. Afin de tester si ces gènes orthologues sont impliqués dans la mise en place du plan d’organisation des éponges, des études fonctionnelles ont été mises en œuvre. Ces approches fonctionnelles réalisées sur deux lignées d’éponges différentes tendent alors à confirmer la conservation des voies de signalisation Wnt dans les processus de mise en place des plans d’organisation des animaux, à la fois au cours de l'embryogenèse mais aussi lors du renouvellement cellulaire chez l'adulte. / Sponges (Porifera) are one of the earliest emerged animal lineages. They are thus considered as key species to retrace early evolution of genes and pathways underlying the emergence of multicellularity in metazoans. Among others, the Wnt pathways have been described as crucial modules controlling cell proliferation, cell communication, cell adhesion and cell motility during the early development of Bilaterians and Cnidarians. Therefore the study of these signaling pathways in more basally branching lineages is essential for unraveling the origin of animal body plans. I performed numerous bioinformatic analyses on different poriferan databases. One of my main results is that the last common ancestor of Porifera probably already possessed all the components of the Wnt pathways. Nevertheless, because, to date, all these components were only retrieved in the Oscarella genus (Homoscleromorpha lineage), several secondary gene losses would have occurred in other sponge lineages, namely Demospongia, Calcarea and Hexactinellida.In order to test whether or not these retrieved orthologous genes, are involved in patterning sponge body plan (as they do in Bilateria and Cnidaria), functional studies were implemented. These functional studies performed on two different lineages tend to confirm that Wnt signaling pathways were conserved from sponges to vertebrates to pattern animal body plan during both embryogenesis and cell renewal in adult.

Dans la majorité des cas, l’hypersécrétion de cortisol résulte d’un adénome hypophysaire sécrétant de l’ACTH (maladie de Cushing). Plus rarement, le syndrome de Cushing est la conséquence d’un adénome corticosurrénalien unilatéral ou d’une hyperplasie bilatérale des surrénales (HMBS) sécrétant du cortisol. Ces deux pathologies appartiennent à la catégorie des hypercortisolismes dits ACTH-indépendants en raison des taux plasmatiques effondrés d’adrénocorticotrophine (ACTH). Les mécanismes moléculaires à l’origine de la sécrétion accrue de cortisol par ces lésions sont longtemps restés méconnus. Au cours des dernières années, des avancées considérables ont été réalisées dans la compréhension des mécanismes moléculaires impliqués dans la physiopathologie du syndrome de Cushing. Deux grands types d’anomalies paraissent impliqués dans la pathogénie de l’hypercortisolisme : des mutations germinales et somatiques activant des voies de signalisation intracellulaires et l’expression illégitime de récepteurs membranaires. Dans la surrénale humaine normale, la sérotonine (5-HT), synthétisée et libérée par les mastocytes sous-capsulaires, stimule la sécrétion des corticostéroïdes via son récepteur 5-HT4. Ce dernier est principalement localisé à la surface des cellules de la zone glomérulée mais faiblement exprimé au niveau des cellules de la zone fasciculée, expliquant l’action stimulante prédominante de la 5-HT sur la sécrétion d’aldostérone. Dans la dysplasie micronodulaire pigmentée des surrénales, l’activation de la voie AMPc/PKA par une mutation du gène PRKAR1A est responsable d’une surexpression de la tryptophane hydroxylase (TPH) de type 2, enzyme limitante de la synthèse de 5-HT, et des récepteurs sérotoninergiques 5-HT4, 5-HT6 et 5-HT7 couplés positivement à la voie AMPc/PKA dans les cellules cortisolosécrétrices. Chez l’Homme, la sécrétion de cortisol est physiologiquement stimulée par l’ACTH également via la voie AMPc/PKA. Les patients souffrant de maladie de Cushing, d’un syndrome de Cushing paranéoplasique (paraCS), d’un déficit en 21-hydroxylase ou d’HMBS présentent des taux d’ACTH plasmatique ou intrasurrénalienne élevés. Chez ces patients, nous montrons que la stimulation chronique de la voie AMPc/PKA par l’ACTH provoque une surexpression de la TPH de type 1, du récepteur eutopique 5-HT4 et des récepteurs ectopiques 5-HT6 et 5-HT7 dans les cellules stéroïdogènes. Pour l’un des patients avec paraCS, nous avons pu montrer que les cellules corticosurrénaliennes en culture sécrètent du cortisol en réponse à la 5-HT ou à des agonistes des récepteurs 5-HT4 ou 5-HT7. Par ailleurs, le rôle de la voie Wnt/-caténine dans l’apparition des récepteurs illégitimes reste controversé. Nous avons donc évalué l’expression des récepteurs 5-HT4, 5-HT6, 5-HT7, du LH-R et du GIP-R dans une tumeur corticosurrénalienne avec mutation germinale du gène APC et deux modèles d’activation constitutive de la voie Wnt/-caténine dans le cortex surrénalien, incluant des souris génétiquement modifiées et des cellules corticosurrénaliennes humaines en culture primaire. Nos résultats indiquent que l’activation de la voie Wnt/-caténine favorise une surexpression significative du LH-R dans les 3 modèles étudiés. Globalement, les données issues de notre travail montrent que l’activation de voies de signalisation intracellulaire, comme la voie AMPc/PKA par l’ACTH ou la voie Wnt/-caténine par des mutations génétiques, favorise l’émergence de systèmes de régulation surrénaliens aberrants. Ils indiquent en outre que la 5-HT intrasurrénalienne est impliquée dans l’hypersécrétion de corticostéroïdes associée à différentes pathologies incluant la maladie de Cushing et le syndrome de Cushing paranéoplasique, le bloc en 21-hydroxylase et l’HMBS. Le recours à des inhibiteurs sélectifs de la tryptophane hydroxylase pourrait donc permettre de réduire l’excès de stéroïdes chez les patients atteints de ces affections. / In most cases, cortisol hypersecretion (Cushing’s syndrome; CS) results from ACTH-producing pituitary adenoma (Cushing’s disease). Occasionally, CS is the consequence of a unilateral adrenal adenoma or a bilateral macronodular adrenal hyperplasia (BMAH) producing cortisol. In these conditions, hypercortisolism is referred to as “ACTH-independent” owing to suppressed plasma ACTH levels. The molecular mechanisms underlying the maintenance of cortisol hypersecretion by adrenocortical adenomas and BMAHs in the absence of circulating ACTH has long remained unknown. However, major advances have been made during the past recent years in the comprehension of the pathophysiology of primary adrenal CS. Two main types of molecular defects have been shown to favor cortisol hypersecretion by adrenocortical neoplasms: somatic mutations responsible for activation of intracellular signaling pathways and abnormally expressed (or illegitimate) membrane receptors by tumor cells. In the human adrenal gland, serotonin (5-HT), released by subcapsular mast cells stimulates corticosteroid secretion through activation of its type 4 receptor (5-HT4R). The 5-HT4R is principally expressed in zona glomerulosa cells but weakly expressed in zona fasciculata cells explaining why 5-HT strongly stimulates aldosterone production. Interestingly, in primary pigmented nodular adrenocortical disease (PPNAD) cells, activation of the cAMP/PKA pathway by PRKAR1A mutations triggers upregulation of the 5-HT synthesizing enzyme tryptophan hydroxylase (TPH) type 2 together with the 5-HT4, 5-HT6 and 5-HT7 receptors, positively coupled to cAMP/PKA signaling pathway. 5-HT strongly stimulates cortisol production and inhibition of TPH reduced corticosteroidogenesis in cultured PPNAD cells. In human, cortisol secretion is normally stimulated by ACTH also through activation of the cAMP/PKA signaling pathway. Patients suffering from Cushing’s disease, paraneoplastic Cushing’s syndrome (paraCS), 21-hydroxylase deficiency or BMAH display high plasma or intraadrenal ACTH levels. In these patients, we show that chronic stimulation of cAMP/PKA pathway by ACTH induces TPH type 1 and 5-HT4/6/7 receptors overexpression in steroidogenic cells. In primary cultured adrenocortical cells originating from a patient with paraCS, 5-HT and 5-HT4/7 receptors agonists were able to activate cortisol secretion. On the other hand, the role of Wnt/-catenin signaling pathway in the emergence of illegitimate receptors is still debated. We therefore evaluated 5-HT4, 5-HT6, 5-HT7, LH/hCG and GIP receptors expression in an adrenocortical tumor with APC germline mutation and two experimental models of constitutive activation of β-catenin in adrenocortical cells, namely genetically modified mice and human transfected adrenocortical cells. Our results indicate that Wnt/-catenin pathway activation promotes significant overexpression of LH/hCG receptor in the 3 models investigated. Globally, our data show that activation of intracellular signaling pathways such as the cAMP/PKA pathway by ACTH or Wnt/-catenin by genetic mutations favors the emergence of abnormal regulatory systems in the adrenal cortex. Our results also demonstrate that intraadrenal 5-HT is involved in corticosteroids hypersecretion related to different diseases including Cushing’s disease, paraneoplastic Cushing’s syndrome, 21-hydroxylase deficiency and BMAH. TPH inhibitors may thus represent a new therapeutic approach of corticosteroid excess in patients suffering from these disorders.

Parmi les récepteurs Frizzled, Frizzled 4 est le seul à avoir un phénotype vasculaire fort. Parcriblage, nous avons identifié l’ubiquitine ligase PDZRN3 en tant que nouveau partenaire de la protéineadaptatrice Dvl3 qui agit en aval de Fzd4. En utilisant des modèles murins inductibles, nous montronsque la délétion de PDZRN3 induit une létalité embryonnaire suite à des défauts de vascularisation dusac amniotique ; et que PDZRN3 est requis pour une vascularisation normale de la rétine. De par sonactivité d’ubiquitine ligase, PDZRN3 induit la prise en charge du complexe Fzd4/ Dvl3 par les vésiculesd’endocytose ce qui permet la transduction du signal après fixation du ligand Wnt5a sur le récepteurFzd4. PDZRN3 régule également le maintien des jonctions des cellules endothéliales et l’intégrité de labarrière hémato-encéphalique. La délétion de PDZRN3 stabilise les microvaisseaux après ischémiecérébrale. PDZRN3 induit la disruption des jonctions serrées et la rupture de la barrièrehématoencéphalique en ubiquitinant la protéine d’échafaudage MUPP1. / Fzd4 is the only Frizzled receptor that is essential for angiogenesis. By using a yeast twohybrid screening, we have identified the ubiquitin ligase PDZRN3 as a potential partner of the adaptorprotein Dvl3 that acts downstream of Fzd4. By using inducible mouse models, we have shown that lossof PDZRN3 leads to early embryo lethality due to vascular defects in the yolk sac when deleted inutero, and is then required during post natal retinal vascularization. PDZRN3 would target the Fzd4/Dvl3 complex to endosome, leading to signal transduction upon binding of Wnt5a to Fzd4. PDZRN3also regulates integrity of the blood brain barrier by acting on tight junctions stability. Loss of PDZRN3stabilizes microvessels after cerebral ischemia. PDZRN3 would induce tight junction disruption andblood brain barrier leakage by ubiquitinylating the scaffolding protein MUPP1.

Die evolutionär konservierten morphogenen Signalwege Wnt/β-Catenin und Hedgehog (Hh) spielen vor allem in der Embryogenese, Zelldifferenzierung und Kanzerogenese eine große Rolle. Es ist bekannt, dass es zwischen Komponenten der beiden Signalkaskaden zu verschiedensten Wechselwirkungen und Hintergrundreaktionen in unterschiedlichsten Organismen und Geweben kommt. Ziel dieser Arbeit war die Aufklärung einzelner mole- kularer, transkriptioneller Prozesse hinter diesen Kreuzreaktionen in primären Hepatozyten und dem Hepatozellulären Karzinom. Dafür sind die beiden Signalwege durch verschiedenste Einflüsse, wie dem Einsatz von siRNAs, transgenen Mausmodellen und rekombinanten Proteinen gegen einzelne Faktoren der Hedgehog, aber auch der Wnt/β-Catenin Kaskade in ihrer Genexpression verändert und die Reaktionen der Signalwegskomponenten mittels der quantitativen Real-Time-PCR untersucht worden. Neben dem Organismus Maus haben einzelne vergleichende Experimente auch auf der humanen Ebene zum Erkenntnisgewinn beigetragen. Durch die Einflussnahme auf den Hedgehog Signalweg in murinen Hepatozyten wird deutlich, dass die Antworten auf die einzelnen Veränderungen in den Signalkaskaden sehr vielschichtig und umfangreich sind. Abhängig vom induzierten bzw. reprimierten Gen, aber auch vom gelenkten Signalweg variieren die Genexpressionen auf unterschiedlichste, und zum Teil gegenläufige Weise. Ferner wird deutlich, dass es zu Unterschieden in der Genantwort bezüglich der verschiedenen Organismen Maus und Mensch, aber auch zu Variationen der Interaktionen in den diversen Gewebe bzw. Zelltypen kommt.

Biological information processing in living systems like cells, tissues and organs critically depends on the physical interactions of molecular signaling components in time and space. How endocytic transport of signaling molecules contributes to the regulation of developmental signaling in the complex in vivo environment of a developing organism is not well understood. In a previously performed genome-wide screen on endocytosis, several genes have been identified, that selectively regulate transport of signaling molecules to different types of endosomes, without disrupting endocytosis. My PhD thesis work provides the first functional in vivo characterization of one of these candidate genes, the novel, highly conserved Rab5 effector protein P95 (PPP1R21). Cell culture studies suggest that P95 is a novel endocytic protein important to maintain the balance of distinct endosomal sub-populations and potentially regulates the sorting of signaling molecules between them (unpublished work, Zerial lab). The scientific evidence presented in this study demonstrates that zebrafish P95 is essential for early zebrafish embryogenesis. Both, knockdown and overexpression of zebrafish P95 compromise accurate morphogenetic movements and patterning of the zebrafish gastrula, showing that P95 functions during zebrafish gastrulation. P95 is functionally required to maintain signaling activity of signaling pathways that control embryonic patterning, in particular for WNT/β-catenin signaling activity. Knockdown of zebrafish P95 amplifies the recruitment of β-catenin to early endosomes, which correlates with the limitation of β-catenin to translocate to the nucleus and function as transcriptional activator. The obtained results suggest that zebrafish P95 modulates the cytoplasmic pools of β-catenin in vivo, via endosomal transport of β-catenin. In conclusion, the data presented in this thesis work provides evidence that the cytoplasm-to-nucleus shuttling of β-catenin is modulated by endocytic trafficking of β-catenin in vivo. We propose the endocytic modulation of β-catenin cytoplasm-to-nucleus trafficking as potential new mechanism to fine-tune the functional output of WNT/β-catenin signaling during vertebrate gastrulation.

Lens development and differentiation are strictly regulated processes. Various disturbances of these processes can lead to vision-limiting pathologies. The vertebrate lens is composed of epithelial cells and terminally differentiated fiber cells. Differentiation of fiber cells is connected with expression of fiber cell specific proteins (such as crystallins), cell cycle exit, and finally with the degradation of cell nucleus and organelles. Wnt/β-catenin signaling plays important roles during early eye development as well as later during the lens differentiation. To investigate the consequences of constitutive activation of Wnt/β-catenin signaling in lens fiber cells transgenic mouse strain, called CLEF, was created. Constitutive activation of Wnt/β-catenin signaling in fiber cells of CLEF mouse is achieved by transgenic protein CLEF that contains C-terminal activation domain of β-catenin fused to the amino terminus of full-length protein Lef1. The expression of CLEF transgene is under the control of αA-crystallin promoter. As a result of constitutive activation of Wnt/β-catenin signaling in fiber cells, adult CLEF mice develop cataracts and microphthalmia, and the morphology of adult mutant lenses is disrupted. Transgenic CLEF mRNA is expressed starting from E13.5 and by E16.5 transgenic CLEF protein is...

Radim Žídek "Wnt/β-catenin signalling in the development of the marine annelid Platynereis dumerilii" (dissertation) Abstract: Wnt/β-catenin signalling is absolutely crucial for the early embryonic development of metazoan animals from the establishment of body axes, through the specification of germ layers and tissues to the development of organ systems. I used pharmacological manipulations of the Wnt/β-catenin pathway activity in the planktonic larvae of the marine polychaete annelid Platynereis dumerilii, the representative of the clade Spiralia, to investigate the role of Wnt/β- catenin signalling in the development and evolution of three hallmarks of Bilateria: the central nervous system, the body segmentation and the digestive tube. Wnt proteins are produced in all three aforementioned systems in Platynereis where they trigger the Wnt/β-catenin pathway in neighbouring cells. I describe here, for the first time in Platynereis, a homologue of the endpoint transcription factor of the entire pathway, Pdu-Tcf, which is subjected to an alternative splicing and along with a Wnt target gene Pdu-Axin is expressed in tissues with the active Wnt signalling - in the brain ganglia, in the neuroectoderm along the ventral midline, in segments, in the posterior growth zone and in the gut. Pharmacological manipulations...

Genetisch bedingte Veränderungen im Wnt-Signalweg sind in der Tumorigenese des Darms von zentraler Bedeutung. Mutationen des Wnt-Effektormoleküls β-Catenin in den adulten Stammzellen des Darmepithels führen zu unkontrollierter Proliferation und Expansion der Darmstammzellen und initiieren die Tumorentstehung. Auch in fortgeschrittenen Darmtumoren unterstützt die Wnt-Signalgebung maßgeblich das Tumorwachstum und den Erhalt von Tumorstammzellen. Nach erfolgreicher chemotherapeutischer Behandlung treten oftmals Tumorrezidive auf, für deren Entstehung therapieresistente Tumorstammzellen verantwortlich gemacht werden. Trotz intensiver Forschung fehlen in der Darmkrebstherapie nach wie vor Behandlungsansätze zur gezielten Therapie der Tumorstammzellen. Ziel dieser Dissertation ist es, unser Verständnis der molekularen Regulationsmechanismen in Kolonkarzinomen zu erweitern und die Entwicklung rationaler Behandlungsstrategien zu fördern. Ich konnte die Histonmethyltransferase Mll1 als entscheidenden Faktor in der epigenetischen Regulation humaner und muriner Darmkrebsstammzellen und -tumore identifizieren. Humane Kolonkarzinome weisen eine erhöhte Mll1-Expression auf, die mit dem Level an nukleärem β-Catenin korreliert. Im adulten Darmepithel ist Mll1 insbesondere in den Lgr5+ Stammzellen exprimiert und maßgeblich an der Wnt/β-Catenin-induzierten Stammzellexpansion sowie der Tumorentstehung beteiligt. Der konditionelle Verlust von Mll1 im murinen Darmkrebsmodell verhindert die β-Catenin-induzierte Tumorigenese. Mll1 unterstützt die Selbsterneuerungsfähigkeit und Proliferation der Tumorstammzellen, indem es die Expression von essentiellen Stammzellgenen wie dem Wnt-abhängigen Stammzellmarker Lgr5 aufrechterhält. Eine Inhibition der Mll1-Funktion in der Darmkrebstherapie kann eine gezielte Eliminierung der Tumorstammzellen ermöglichen, wodurch das fortschreitende Tumorwachstum unterbunden und die Bildung von Rezidiven verhindert werden kann. / Genetic mutations inducing aberrant activity of Wnt signalling are causative for intestinal tumorigenesis. Mutations of the Wnt effector molecule β-catenin in adult stem cells of the intestinal epithelium drive uncontrolled proliferation, expand the stem cell pool and initiate tumor formation. In advanced tumors, aberrant Wnt signalling promotes tumor growth and maintains cancer stem cells. The cancer stem cells are highly resistant to conventional chemotherapy and frequently initiate tumor relapse after completion of treatment. Despite extensive research, we are still lacking efficient therapies for colon cancer that specifically eliminate the cancer stem cells. This dissertation aims to expand our knowledge on molecular gene regulatory mechanisms in colon cancer cells to promote the identification and future development of rational therapies for colon cancer patients. I identified the histone methyltransferase Mll1 as an epigenetic regulator in human and mouse intestinal cancer stem cells and tumors. Human colon carcinomas with nuclear β-catenin exhibit high levels of Mll1. In the adult intestinal epithelium of mice, Mll1 is highly expressed in the Lgr5+ stem cells and is a prerequisite for the oncogenic Wnt/β-catenin-mediated stem cell expansion and tumorigenesis. Conditional knockout of Mll1 in an intestinal mouse tumor model prevents the β-catenin-driven intestinal tumorigenesis. Knockdown of Mll1 impairs the self-renewal and proliferation of colon cancer sphere cultures and halts tumor growth in xenografts. Mechanistically, Mll1 sustains the expression of intestinal stem cell genes including the Wnt/β-catenin target gene Lgr5 by antagonizing gene silencing through polycomb repressive complex 2-mediated H3K27 tri-methylation. Interfering with Mll1 function can efficiently eliminate colon cancer stem cells, and has potential as a rational therapy for colon cancer.

Gastric cancer ranks the fifth most common and third leading cause of cancer‐related deaths worldwide. Alterations in the RTK/MAPK, WNT, cell adhesion, TP53, TGFβ, NOTCH, and NFκB signaling pathways could be identified as main oncogenic drivers. A combination of altered pathways can be associated with molecular subtypes of gastric cancer. In order to generate model systems to study the impact of different pathway alterations in a defined genetic background, we generated three murine organoid models: a RAS‐activated (KrasG12D, Tp53R172H), a WNT‐activated (Apcfl/fl, Tp53R172H), and a diffuse (Cdh1fl/fl, Apcfl/fl) model. These organoid models were morphologically and phenotypically diverse, differed in proteome expression signatures and possessed individual drug sensitivities. A differential vulnerability to RTK/MAPK pathway interference based on the different mitogenic drivers and according to the level of dependence on the pathway could be uncovered. Furthermore, an association between RTK/MAPK pathway activity and susceptibility to HDAC inhibition was observed. This finding was further validated in patient‐derived organoids from gastric adenocarcinoma, thus identifying a novel treatment approach for RTK/MAPK pathway altered gastric cancer patients.