Stem Cell Therapies of Head and Neck Squamous Cell Carcinomas
Otolaryngology, Phoniatrics and Audiology
Final Report Abstract
Der Wnt/β-Catenin Signalweg führt in HNSCC vor allem zu einer erhöhten Proliferation und zu einem invasiveren Stammzell-ähnlichen Phänotyp der Krebszellen, das eine Metastasierung und Rezidive begünstigt. In den letzten Jahren haben sich vor allem small molecule inhibitors (SMI) als eine vielversprechende effektive und zielgerichtete Behandlung verschiedenster Krebsarten erwiesen. Das Projekt fokussierte sich deshalb auf die Suche nach neuen therapeutischen Substanzen aus der Klasse der Wnt-assoziierten SMI. Im Rahmen des Projektes wurden acht verschiedene SMI (PRI- 724, LF3, C646, MI-2, JQ1, PHA 665752, SHPO99, AMD3100) auf Ihre Fähigkeit zur Beeinflussung des Wnt/β-Catenin Signalweges getestet. Dazu wurden insgesamt 11 verschiedene HNSCC-Zelllinien (UD-02, UD-04, UD-05, UM-03T, UM-10A, UM-11B, UM-14C, UM-17A, UM-104, UT-04, UT- 24A) mit den SMI behandelt, um anschliessend die Regulierung typischer Wnt-Zielgene zu ermitteln (AXIN2, BMP2). Hierbei konnten durch ein Rankingverfahren JQ1 und PRI-724 als vielversprechendste Kandidaten ermittelt werden. Die Wirkung beider Substanzen, einzeln und in Kombination wurde anschliessend in adhärenter, sowie in sphärischer Zellkultur näher charakterisiert. Hierbei konnte eine Verringerung der Viabilität, sowie der Proliferation von HNSCC (UM-03T, UT-24A, UM14C, UD02, UM11B und UD04) durch beide Inhibitoren, sowie eine erhöhte Wirkung durch die Kombination beider Inhibitoren gezeigt werden. Für die weitere Charakterisierung der inhibitorischen Wirkung wurde die Regulation von 13 unterschiedlichen Genen, welche im WNT/ β-Catenin Signalweg eine Rolle spielen (ß-catenin, MLL1, NOTCH, AXIN2, CD44, BMP2, Myc, Cyclin D1, c-Jun, POSTN, sowie AJUBA, FAT1, HES1 als Kontrollen) in sechs verschiedenen Zelllinien gemessen (UM-03T, UT-24A, UM-14C, DU-02, UM-11B und UD-04). JQ1 zeigte hierbei eine regulatorische Veränderung, die mit den bisherigen wissenschaftlichen Erkenntnissen zu den Signalwegen und den untersuchten Genen in Einklang stehen. So wurden Axin2, BMP2 und CyclinD1 unter JQ1 signifikant herunter reguliert. Diese konnten deshalb als Biomarker für ein Ansprechen auf eine JQ1-Behandlung identifiziert werden. Da JQ1 bisher keine klinische Zulassung besitzt und ein relativ toxisches klinisches Nebenwirkungsprofil aufweist, wurde das Derivat CPI203 in einer Literaturrecherche als klinisch zugelassener Inhibitor mit derselben Inhibitorfunktion identifiziert. Wir konnten bestätigen, dass JQ1 und CPI203 vergleichbare inhibitorische Effekte in den HNSCC zeigen. Hierfür wurden Dosis- Response Effekte beider Inhibitoren in zwei verschiedenen Zelllinien (UM-03T, UM-14C) vergleichend dargestellt (mRNA Expressionslevel). Ausserdem konnten wir eine posttherapeutische Biomarker- Signatur aus neun verschiedenen Genen (AXIN2, CD44, MLL1, c-Jun, Cyclin D1, Myc BMP2, CTNNB1, POSTN) ermitteln, die ein therapeutisches Ansprechen verifiziert. Zusätzlich konnte dargestellt werden, dass CPI203 auf sphärische Zellkulturen mit Stammzellcharakter die Zielgene Zeit-abhängig reguliert. Die Wirkung von JQ1 und CPI203 kann durch Kombination mit weiteren Therapeutika, wie zum Bsp. weitere SMI (Abemaciclib, Navitoclax, Venetoclax, Xevinapant), die andere Signalwege angreifen oder Cisplatin intensiviert werden. Hierbei ist herauszustellen, dass die Kombinationen unterschiedliche Wirkungsweisen und Interaktionen mit verschiedenen Signalwegen aufweisen. Durch die Bestimmung von Apoptose und Viabilität in zwei HNSCC (UM-03T, UM-14C) zeigte sich, dass die Apoptose vor allem durch Cisplatin in Kombination mit JQ1 oder CPI203 beeinflusst wurde und die Viabilität von nahezu allen Wirkstoffen, sowohl alleine als auch in Kombination mit JQ1 oder CPI203 gehemmt wurde. Die Wnt-assoziierten Gene AXIN2, POSTN und BMP2 wurden in fast allen Kombinationen herunter reguliert. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass in HNSCC Zelllinien und Sphäroiden eine posttherapeutische Biomarkersignatur identifiziert werden konnte, die das Ansprechen auf eine Therapie mit JQ1/CPI203 sowie den getesteten Therapiekombinationen widerspiegelt.
Publications
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The Wnt-Driven Mll1 Epigenome Regulates Salivary Gland and Head and Neck Cancer. Cell Rep. 2019 Jan 8;26(2):415-428.e5
Zhu Q, Fang L, Heuberger J, Kranz A, Schipper J, Scheckenbach K, Vidal RO, Sunaga- Franze DY, Müller M, Wulf-Goldenberg A, Sauer S, Birchmeier W
