Delineating the functional role of the tumor suppressor protein PAR-4 in breast cancer

• Applicant: Dr. Jörg Hartkamp
• Subject Area: Cell Biology ; Biochemistry
• Term: from 2016 to 2019
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 288871592

• Final Report Year: 2020

Final Report Abstract

Brustkrebs ist weltweit die am häufigsten diagnostizierte Krebsart bei Frauen und steht nach Lungenkrebs an zweiter Stelle in Bezug auf die Sterblichkeit. Die meisten Brustkrebspatienten sterben an einem Tumorrezidiv nach der Behandlung des Primärtumors, weil ein Brustkrebsrezidiv in der Regel eine unheilbare Krankheit ist. Aus diesem Grund ist ein besseres Verständnis der Mechanismen mit denen Brustkrebszellen die primäre Behandlung überleben wichtig um geeignete Therapien für Brustkrebspatientinnen mit einem Tumorrezidiv zu entwickeln. Triple-negativer Brustkrebs (TNBCs) ist eine heterogene Mischung von Brustkrebsarten, die durch fehlende ER- und PR-Expression und fehlende Amplifikation des HER2/neu-Onkogens definiert ist. Aus diesem Grund profitieren Patientinnen mit TNBC nicht von Hormon- oder Trastuzumab-basierten Therapien, und die Standardbehandlung umfasst hauptsächlich DNA-schädigende Chemotherapie. Obwohl TNBC-Patientinnen anfänglich auf eine genotoxische Chemotherapie ansprechen, sind die Überlebenschancen dieser Patientinnen immer noch schlecht. Daher kann die Identifizierung neuer Strategien zur Überwindung der Arzneimittelresistenz von TNBC-Zellen einen therapeutischen Nutzen haben. Die Expression des Tumorsuppressorprotein Prostata-Apoptose-Response-4 (PAR-4) ist in Brustkrebspatienten häufig herunterreguliert und dieser Prozess ist ein wichtiger Überlebensmechanismus von Tumorzellen nach Chemotherapie. Fortschritte in der Analyse apoptotischer Signalnetzwerke haben eine wichtige Rolle für die Aktivierung von Caspase-8 nach DNA-Schäden durch genotoxische Medikamente entdeckt. DNA-Schäden induzieren die Erschöpfung von IAP-Proteinen und bewirken die Aktivierung von Caspase-8, indem sie die Bildung eines zytosolischen Zelltod-Komplexes fördern. Wir konnten zeigen, dass der Verlust von PAR-4 in TNBC-Zelllinien Resistenz gegen DNA-Schäden induzierte Apoptose vermittelt und die Aktivierung von Caspase-8 verhindert. Darüber hinaus verhindert der Verlust von PAR-4 ebenso die durch Topoisomerase-II-induzierte cIAP1-Depletion. Mechanistisch konnten wir zeigen, dass PAR-4 von Caspase-8 gespalten und der C- Terminus anschließend in den Zellkern transloziert. Diese nukleäre Translokation des C-terminalen PAR-4-Fragments führt zum Verlust von cIAP1 sowie der nachfolgenden Caspase-8-Aktivierung. Die gezielte Reduktion von cIAP1 mit RNAi oder Smac-Mimetics (LCL161) überkommt die durch den Verlust von PAR-4 induzierte Chemo-Resistenz und stellt die Caspase-8-Aktivierung wieder her. Unsere Daten identifizieren cIAP1 als wichtigen nachgelagerten Mediator von PAR-4 und wir liefern Belege dafür, dass die Kombination von Smac-Mimetics und genotoxischen Medikamenten die Anfälligkeit für synthetische Letalität in TNBC-Zellen ohne PAR-4 erhöht. Da eine niedrige PAR-4-Expression mit einem schlechten Ansprechen auf eine neoadjuvante Chemotherapie und einem erhöhten Rückfallrisiko bei Brustkrebspatientinnen assoziiert ist, könnte die Kombination von Smac-Mimetics mit Chemotherapie eine vielversprechende Behandlungsoption für diese Patientinnen sein.

Publications

• Assessment of HDACiinduced protein cleavage by caspases. Methods Mol Biol 2017;1510:11-22
  Treude, Fabian; Gladbach, Tobias; Plaster, Jacqueline & Hartkamp, Jörg
  
• New ATR inhibitors for the use in cancer therapy; PCT/EP2017/069871
  C. Bolm, C.M. Hendriks, B. Lüscher, J. Hartkamp
  
• Sulfoximines as ATR inhibitors: Analogs of VE-821. Bioorg Med Chem Lett 2017 Jun 15;27(12):2659-2662
  Hendriks, Christine M.M.; Hartkamp, Jörg; Wiezorek, Stefan; Steinkamp, Anne-Dorothee; Rossetti, Giulia; Lüscher, Bernhard & Bolm, Carsten
  
• Loss of Wilms Tumor 1 protein is a marker for apoptosis in response to replicative stress in leukemic cells. Arch Toxicol 2018 Jun;92(6):2119-2135
  Pons, Miriam; Reichardt, Claudia M.; Hennig, Dorle; Nathan, Abinaya; Kiweler, Nicole; Stocking, Carol; Wichmann, Christian; Christmann, Markus; Butter, Falk; Reichardt, Sigrid; Schneider, Günter; Heinzel, Thorsten; Englert, Christoph; Hartkamp, Jörg; Krämer, Oliver H. & Mahendrarajah, Nisintha
  
• PAR-4 overcomes chemo-resistance in breast cancer cells by antagonizing cIAP1. Sci Rep 2019 Jun 19;9(1):8755
  Guo, Haihong; Treude, Fabian; Krämer, Oliver H.; Lüscher, Bernhard & Hartkamp, Jörg