Novel therapeutic strategies in gliomas, based on the inhibition of the oncogenic signal transduction pathways Pim-1 / STAT3 through RNA interference and miRNA replacement
Molecular Biology and Physiology of Neurons and Glial Cells
Final Report Abstract
In diesem Projekt wurden drei verschiedene Onkoproteine (Pim-1, STAT3, Mcl-1) im Hinblick auf verschiedene mechanistische Aspekte, auf ihr molekulares Wechselspiel und auf ihre therapeutische Nutzbarmachung beim Glioblastom untersucht. Zunächst lag hierbei der Fokus auf den beiden stromabwärts gelegen Effektoren Mcl-1 und STAT3 und die Überwindung der Resistenz von Gliomzellen gegenüber Zelltod-induzierenden Bcl-2-Inhibitoren (BH3 Mimetika). In ersten Teil der Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass der klinisch relevante Mutlikinase-Inhibitor Sorafenib in einer STAT3-abhängigen Weise Mcl-1 inhibiert und somit Gliomzellen für die Behandlung mit BH3 Mimetika sensitiviert. In weiteren Experimenten konnten wir vollständig neue funktionelle Aspekte im Hinblick auf die Rolle von PIM-1 im Glioblastom aufzeigen. Hierbei wurde Pim-1 als neuer Regulator der zellulären Autophagie identifiziert und ein ebenfalls synergistisches therapeutisches Zusammenwirken mit dem BH3 Mimetikum ABT-737 zur Induktion des Zelltodes aufgezeigt, der mit einer Rekrutierung von Caspase-8 in Autophagosomen und einer Caspase-8-abhängigen Aktivierung der Apoptose einhergeht. In weiterführenden Untersuchungen wurde darüber hinaus eine vergleichende Analyse der Pim-Familienmitglieder Pim-1, Pim-2 und Pim-3 beim Glioblastom durchgeführt. Das therapeutische Potenzial einer Nanopartikel-vermittelten Einschleusung von kleinen RNA-Molekülen wurde im Projekt zunächst für das Target STAT3 untersucht. Hierzu wurden siRNA-beladene Lipopolyplexe zur Suppression der STAT3-Expression eingesetzt. In einem therapeutischen Ansatz in Mäusen mit orthotopen Gliom-Xenotransplantaten führte die intrakranielle Applikation der siRNA-enthaltenden Lipopolyplexe zu einer therapeutischen Depletion von STAT3, vermindertem Tumorwachstum und einem signifikant verlängerten Überleben in der spezifischen Behandlungsgruppe im Vgl. zur Kontrollgruppe (Lipopolyplexe mit unspezifischer siRNA). In dieser proof-of-concept-Studie konnten somit PEI-basierte Lipopolyplexe zur siRNA-Einschleusung als effiziente Strategie zum therapeutischen Knockdown von Onkoproteinen etabliert werden. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass das Projekt wesentlche Beiträge zum besseren Verständnis der Pim/STAT3/Mcl-1-Signalachse im Glioblastom geliefert hat, insbesondere auch im Hinblick auf die vollständig neue Funktion von Pim-1 als Regulator der Autophagie, die Relevanz der anderen Pim-Familienmitglieder Pim-2 und Pim-3, sowie der therapeutischen Nutzbarmachung mit gezielten Kombinationstherapien. Die Nanopartikel- (Lipopolyplex-) vermittelte Einschleusung von siRNAs konnte erfolgreich auf die orthotope Glioblastom-Situation übertragen werden, wobei sich die intrazerebrale Applikation als möglich und zielführend erwies. Die Nanopartikel-Formulierungen zur therapeutischen Intervention wurden im Rahmen dieses Projektes somit erarbeitet, bereits für ein Target erfolgreich getestet unds stellen eine wesentliche Grundlage für weiterführende Optimierungen des Nukleinsäure-Transfer-Systems. Auf Grundlage der hier erfolgten Untersuchungen und den daraus erhaltenen Daten sollen Weiterentwicklungen der PEI-basierten Nanopartikel durch weitere chemische Modifikation des PEI erfolgen.
Publications
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Sorafenib Sensitizes Glioma Cells to the BH3 Mimetic ABT-737 by Targeting MCL1 in a STAT3-Dependent Manner. Neoplasia. 2015 Jul;17(7):564-73
Kiprianova I, Remy J, Milosch N, Mohrenz IV, Seifert V, Aigner A, Kögel D
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Nanoparticle/siRNA-based therapy strategies in glioma: which nanoparticles, which siRNAs? Nanomedicine (Lond). 2018 Jan;13(1):89-103
Aigner A, Kögel D
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Inhibition of PIM1 blocks the autophagic flux to sensitize glioblastoma cells to ABT-737- induced apoptosis. Biochim Biophys Acta Mol Cell Res. 2019 Feb;1866(2):175-189
Remy J, Linder B, Weirauch U, Konovalova J, Marschalek R, Aigner A, Kögel D
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Therapeutic Targeting of Stat3 Using Lipopolyplex Nanoparticle-Formulated siRNA in a Syngeneic Orthotopic Mouse Glioma Model. Cancers (Basel). 2019 Mar 8;11(3)
Linder B, Weirauch U, Ewe A, Uhmann A, Seifert V, Mittelbronn M, Harter PN, Aigner A, Kögel D
