TY  - THES
A1  - Sarma, Bhavishya
T1  - Merkel Cell Carcinoma: Investigations on its carcinogenesis and new therapeutic approaches
T1  - Merkelzellkarzinom: Untersuchungen zur Karzinogenese und neue Therapieansätze
N2  - Merkel cell carcinoma (MCC) is a rare and aggressive skin cancer with an increasing incidence. The majority of MCC cases (approximately 80%) are associated with the Merkel cell polyomavirus (MCPyV). This virus encodes for the MCPyV T antigens (small T (sT) and large T (LT)), which are oncoproteins that drive MCC carcinogenesis. However, the precise cells of the skin that are transformed by the T antigens are not known i.e., the cells of origin of MCC are yet to be discovered. Therefore, the first part of this study involved the generation and evaluation of a vector system that could be used to study MCC oncogenesis. To this end, a set of lentiviral vectors was cloned that allows independent, inducible expression of potential key factors in MCC oncogenesis. In addition, a CRISPR/Cas9 knock in was established that allows the coding sequence for a fluorescent protein to be placed under the control of the promoter of KRT20, one of the most crucial markers of MCC. The functionality of this KRT20 reporter was proven in the MCPyV-positive MCC cell line, WaGa. The different inducible vector systems (doxycycline-inducible MCPyV T antigens or MCPyV sT, RheoSwitch-inducible ATOH1 and IPTG-inducible dnMAML1 and GLI1) were found to have different efficacies in various cellular systems and in particular, a considerable reduction in efficiency was observed at times upon the interaction of several vectors in one cell. In the second and more important part of this study, the role of the well-established anti-malarial drug, artesunate, which possesses additional anti-tumor and anti-viral activity, in the treatment of MCPyV-positive MCC was analyzed. In our study, artesunate was found to be cytotoxic towards MCPyV-positive MCC cell lines in vitro and repressed tumor growth in vivo in a mouse model. Artesunate was also found to downregulate T antigen expression, which is critical for the proliferation of MCPyV-positive MCC cells. The repression of T antigen expression, however, was not the sole mechanism of artesunate’s cytotoxic action; instead, the MCPyV-positive MCC cell line, WaGa, was found to be even less sensitive to artesunate after shRNA knockdown of the T antigens. Since loss of membrane integrity occurred more rapidly than degradation/loss of genomic DNA under the influence of artesunate in four of five MCPyV-positive MCC cell lines examined, apoptosis, although widely described as a modus operandi for artesunate, did not appear to be a determinant of the cytotoxicity of artesunate against MCPyV-positive MCC cells. Instead, we were able to demonstrate that artesunate induced the recently described iron-dependent and lipid peroxide-associated form of cell death known as "ferroptosis". This was achieved primarily through the use of inhibitors that can suppress specific individual steps of the ferroptotic process. Thus, artesunate-induced cell death of MCPyV-positive MCC cells could be suppressed by iron chelators and by the inhibition of lipid peroxidation and lysosomal transport. Surprising results were obtained from the analysis of two proteins associated with the ferroptotic process, namely, ferroptosis suppressor protein 1 (FSP1) and tumor suppressor protein p53. Here, we showed that ectopically- 2 expressed FSP1 cannot suppress artesunate-induced ferroptosis in MCPyV-positive MCC cells and that p53 does not play a pro-ferroptotic role in artesunate-induced cell death of MCPyV-positive MCCs. Since artesunate did not suppress the interferon-γ-induced expression of immune-related molecules such as HLA and PD-L1 on the surface of MCPyV-positive MCCs, our study also provided the first positive evidence for its use in combinatorial immunotherapy. Overall, this study showed that artesunate appears to be an effective drug for the treatment of MCPyV-positive MCC and might also be considered for its use in combinatorial MCC immunotherapy in the future.
N2  - Das Merkelzellkarzinom (MCC) ist ein seltener und aggressiver Hautkrebs mit einer steigenden Inzidenz. Die Mehrzahl der MCC-Fälle (ca. 80%) sind mit dem Merkelzell-Polyomavirus (MCPyV) assoziiert. Dieses Virus kodiert für die MCPyV T Antigene (small T (sT) und Large T (LT)), die als Onkoproteine die MCC Karzinogenese vorantreiben. Unbekannt ist jedoch welche Zellen der Haut durch die T Antigene transformiert werden, was also die Ursprungszellen des MCC sind. Der erste Teil dieser Arbeit befasste sich daher mit der Generierung und Evaluierung eines Vektorsystems, das zur Untersuchung der MCC-Onkogenese genutzt werden könnte. Dazu wurde ein Set von lentiviralen Vektoren kloniert, das die voneinander unabhängige, induzierbare Expression von potentiellen Schlüsselfaktoren der MCC-Onkogenese erlaubt. Außerdem wurde ein CRISPR/Cas9 knock in etabliert, der es erlaubt die kodierende Sequenz für ein fluoreszierendes Protein unter die Kontrolle des Promoters von KRT20, dessen Expression eines der wichtigsten MCC Marker ist, zu bringen. Die Funktionalität dieses KRT20 Reporters konnte in einer MCPyV-positive MCC Linie, WaGa, nachgewiesen werden. Die verschiedenen induzierbaren Vektorsysteme (Doxycyclin-induzierbare MCPyV T Antigene bzw. MCPyV sT, RheoSwitch-induzierbare ATOH1, IPTG-induzierbares dnMAML1 und GLI1) zeigten sich unterschiedlich effektiv in unterschiedlichen Zellsystemen und insbesondere im Zusammenspiel mehrerer Vektoren in einer Zelle war die Induzierbarkeit teilweise erheblich reduziert. 
Im zweiten, und wichtigeren Teil dieser Arbeit, habe ich mich mit der Frage auseinandergesetzt, ob ein etabliertes Anti-Malaria-Medikament, dem zusätzlich anti-tumorale und anti-virale Aktivität zugeschrieben werden, sich für die Behandlung des MCPyV-positiven MCC anbieten könnte. In unserer Studie wurde festgestellt, dass Artesunat in vitro zytotoxisch auf MCPyV-positive MCC Zelllinien wirkt und in vivo im Mausmodell das Tumorwachstum verlangsamen kann. Es wurde zudem beobachtet, dass Artesunat die T Antigen Expression unterdrückt, das für die Proliferation von MCPyV-positiven MCC-Zellen entscheidend ist. Allerdings spielt die Repression der T Antigen Expression keine Rolle für den zytotoxischen Effekt von Artesunat, sondern es zeigte sich, dass die MCC-Zelllinie WaGa nach shRNA knockdown der T Antigene sogar weniger sensitiv gegenüber Artesunat war. Da unter dem Einfluss von Artesunat in vier von fünf untersuchten MCC Zelllinien der Verlust der Membranintegrität schneller eintrat als eine Degradation/Verlust der genomischen DNA scheint Apoptose, obwohl vielfach als Modus Operandi für Artesunat beschrieben, nicht bestimmend für die Zytotoxität von Artesunat gegenüber MCPyV-positiven MCC Zellen zu sein. Stattdessen konnten wir die kürzlich beschriebene eisenabhängige und Lipidperoxid-assoziierte Form des Zelltods, die sogenannte "Ferroptose", nachweisen. Dies gelang vor allem durch den Einsatz von Inhibitoren, die spezifische Einzelschritte des ferroptotischen Prozesses unterdrücken können. So ließ sich der durch Artesunat induzierte Zelltod von MCPyV-positiven Zellen durch Eisenchelatbildner und Inhibition der Lipidperoxidation und des lysosomalen Transports unterdrücken. Überraschende Ergebnisse lieferte die Analyze von zwei Proteinen, die mit dem ferroptotischen Prozess in Verbindung gebracht werden, nämlich dem Ferroptose-Suppressor-Protein 1 (FSP1) und dem Tumorsuppressor-Protein p53. Hier zeigte sich, dass ektopisch-exprimiertes FSP1 die Artesunat-induzierte Ferroptose in MCC Zellen nicht unterdrücken kann und dass p53 keine pro-ferroptotische Rolle beim Artesunat-induzierten Zelltod von MCPyV-positiven MCCs spielt. Da Artesunat die Interferon-γ induzierte Expression von immunrelevanten Molekülen wie HLA und PD-L1 auf der Oberfläche von MCPyV-positiven MCCs nicht unterdrückte, ergaben sich auch erste positive Hinweise auf seinen Einsatz in der kombinatorischen Immuntherapie. Insgesamt zeigte diese Studie, dass Artesunat ein wirksames Medikament für die Behandlung von MCPyV-positivem MCC zu sein scheint und in Zukunft auch für den Einsatz in der kombinatorischen MCC-Immuntherapie in Frage kommen könnte.
KW  - Merkel cell carcinoma
KW  - Merkel cell polyomavirus
KW  - Ferroptosis
KW  - Artesunate
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-247402
ER  - 
TY  - THES
A1  - Nehring, Helene
T1  - Role of cholesterol intermediates in supporting cell survival
T1  - Die Bedeutung von Cholesterinvorstufen für das Zellüberleben
N2  - Cell death is an essential aspect of life that plays an important role for successful development and tissue remodeling as well as for diseases. There are several different types of cell death that differ from each other in morphological, functional and biochemical ways. Regulated cell death that occurs in physiological processes is generally equated with programmed cell death (PCD), whereby apoptosis is the most studied form of PCD. Ferroptosis is a form of regulated cell death and unique in its requirements for iron and lipid peroxidation. It is linked to numerous biological processes, such as amino acid metabolism, phospholipid metabolism and sterol synthesis. Cholesterol biosynthesis is a complex pathway with a large number of enzymes and substrates that are potential target points for cellular dysfunctions. Motivated by the results from a CRISPR-based genetic screening in this thesis, we focused on 7-dehydrocholesterol reductase (DHCR7), the enzyme responsible for conversion of 7-dehydrocholesterol (7-DHC) to cholesterol. In this work we focused on the ferroptosis sensitive cell line HT1080 and generated a series of models to address the importance of DHCR7 in ferroptosis. Using CRISPR/Cas9, HT1080 DHCR7_KO and DHCR7/SC5D_KO cell lines were generated and used to validate their sensitivity against ferroptosis inducers and sterol consumption. We could show that 7-DHC is a strong antiferroptotic agent that could prevent cell death in genetic models as well as when supplemented directly to cells. Importantly, all the results obtained were subsequently confirmed in isogenic reconstituted pairs from the HT1080 DHCR7/SC5D_KO. Moreover, we demonstrate that this protective effect is not due to an inherent and unspecific resistance as the sensitivity to non-ferroptotic stimuli was equally effective in killing the HT1080 DHCR7_KO and DHCR7/SC5D_KO cell lines. We could also show that selenium present in the media has a strong impact on the activity of 7-DHC and this is because in its absence the effective concentration is rapidly decreased. Surprisingly we also demonstrate that removing sterol from cell culture triggers ferroptosis in cells unable to synthesize 7-DHC, suggestive that this could be used as a novel mechanism to trigger ferroptosis. Ultimately, in the present work we could show that unlike previously reported, 7-DHC is not only a toxic intermediate of the cholesterol biosynthesis pathway but under specific circumstances it has a strong pro-survival effect.
N2  - Der Zelltod ist ein unabdingbarer Bestandteil des Lebens, der sowohl für gesunde Entwicklung und Gewebeumbau, als auch für Krankheiten eine wichtige Rolle spielt. Es gibt viele verschiedene Arten des Zelltods, die sich in morphologischer, funktioneller und biochemischer Hinsicht unterscheiden. Regulierter Zelltod tritt im Rahmen physiologischer Prozesse auf und wird allgemein mit dem programmierten Zelltod gleichgesetzt, zu dem auch die am meisten untersuchte Apoptose gehört. Die von uns untersuchte Ferroptose ist eine Form des regulierten Zelltodes und einzigartig in ihrem Bedarf an Eisen und Lipidperoxidation. Sie ist mit zahlreichen biologischen Prozessen verknüpft, wie z.B. dem Aminosäuren- und Phospholipidstoffwechsel und der Sterolsynthese. Die Cholesterinbiosynthese ist ein komplexer Weg mit einer Vielzahl an Enzymen und Substraten, die potentielle Angriffspunkte für zelluläre Funktionsstörungen darstellen. Motiviert durch die Ergebnisse eines CRISPR-basierten genetischen Screenings haben wir uns in dieser Arbeit auf die 7-Dehydrocholesterol-Reduktase (DHCR7) konzentriert, das Enzym, das für die Umwandlung von 7-Dehydrocholesterol (7-DHC) in Cholesterol verantwortlich ist. In dieser Arbeit konzentrierten wir uns auf die ferroptosesensitive Zelllinie HT1080 und erstellten eine Reihe von Modellen, um die Bedeutung von DHCR7 in der Ferroptose zu untersuchen. Mittels CRISPR/Cas9 wurden HT1080 DHCR7_KO und DHCR7/SC5D_KO Zelllinien generiert und ihre Sensitivität gegenüber Ferroptose-Induktoren und ihr Sterolverbrauch validiert. Wir konnten zeigen, dass 7-DHC eine starke antiferroptotische Verbindung ist, die sowohl in genetischen Modellen als auch bei direkter Zugabe den Zelltod verhindern kann. Hervorzuheben ist, dass alle erhaltenen Ergebnisse anschließend anhand isogen rekonstituierter Paare aus den HT1080 DHCR7/SC5D_KO Zellen bestätigt wurden. Darüber hinaus wird gezeigt, dass dieses protektive Mittel nicht auf eine inhärente und unspezifische Resistenz zurückzuführen ist, da die Empfindlichkeit gegenüber nicht-ferroptotischen Stimuli gleichermaßen effektiv bei der Abtötung der Zelllinien HT1080 DHCR7_KO und DHCR7/SC5D_KO war. Wir konnten auch zeigen, dass in den Zellmedien vorhandenes Selen einen starken Einfluss auf die Aktivität von 7-DHC hat, da in Abwesenheit von Selen die effektive Konzentration schnell abnimmt. Überraschenderweise konnten wir auch feststellen, dass die Entfernung von Sterolen aus dem Nährmedium Ferroptose in Zellen auslöst, die nicht in der Lage sind, 7-DHC zu synthetisieren. Dies regt dazu an, dass dieser Mechanismus zur Auslösung von Ferroptose genutzt werden könnte. Letztendlich konnten wir in der vorliegenden Arbeit darlegen, dass 7-DHC im Gegensatz zu den bisherigen Berichten nicht nur ein toxisches Zwischenprodukt der Cholesterinbiosynthese ist, sondern unter bestimmten Umständen eine starke überlebensfördernde Wirkung hat.
KW  - Zelltod
KW  - Cholesterin
KW  - Ferroptosis
KW  - 7-Dehydrocholesterol
KW  - Ferroptose
KW  - Cholesterol
KW  - DHCR7
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-217631
ER  -