TY  - THES
A1  - Fusi, Lorenza
T1  - Crosstalk between the MEK5/ERK5 and PKB/FoxO pathways: underlying mechanism and its relevance for vasoprotection and tumorigenesis
T1  - Interaktion zwischen dem MEK5/ERK5-Signalweg und der PKB/FoxO Signalkaskade: zugrunde liegender Mechanismus und seine Relevanz für Gefäßerhalt und Tumorgenese
N2  - Forkhead box O transcription factors are a family of proteins involved in cellular processes downstream of the Insulin-PI3K-PKB pathway. In response to extra- or intracellular stresses, for example starvation or oxidative stress, FoxOs are required to direct cell cycle progression and apoptosis. In endothelial cells, they induce apoptosis, and their deregulation is linked to diseases involving the insulin pathway, such as diabetes. FoxOs also exhibit a complex role in tumour transformation: here their main function is to suppress tumorigenesis. In both physiological and cancer contexts, FoxO activation leads to the transcription of some general targets, such as p27kip1 or IGFBP1. The FoxOs can also induce tissue-specific genes, as ANGPT2 and BIM in the endothelium.
In endothelial cells, another pathway with a pivotal function is the MEK5/ERK5 MAPK signalling way. Its activation promotes cell survival and proliferation in stressful conditions, e.g., when blood vessels are exposed to the shear forces exerted by the blood stream. Furthermore, recent data described ERK5 as a kinase directing tumour resistance upon therapy-induced stress.
Comparing their reported roles in various tumours and in the endothelium, FoxO proteins and the MEK5/ERK5 MAPK cascade appear to exert opposite functions. First non-published data confirmed the hypothesis that FoxO factors are subject to a negative modulation by the MEK5/ERK5 pathway. Hence, one goal of this PhD project was to further characterise this crosstalk at molecular level. The major mechanism of FoxO regulation is the balance among several post translational modifications, such as phosphorylation, acetylation, and ubiquitination. Most importantly, the PKB dependent phosphorylation of FoxOs negatively controls their activity, and it is critical for their subcellular localization. Therefore, the regulation of FoxO localization as mechanism of ERK5 dependent suppression was studied, but the results presented in this thesis argue against this hypothesis. However, additional experiments are required to explore the impact of ERK5 activity on FoxO post-translational modifications.
FoxO activity can also be modulated by the interaction with other proteins, which in turn could explain general- and tissue-specific gene expression. Thus, another objective of this work was to investigate FoxO3-interactome in endothelial cells and the impact of MEK5/ERK5 activation on it. As published in (Fusi et al. 2022) and presented here, this analysis unveiled TRRAP as new FoxO bound protein in several cell types. Moreover, the interaction did not rely on the capacity of the FoxOs to bind their consensus DNA sequences at the promoter of target genes. Functional data demonstrated that TRRAP is required for FoxO-dependent gene transcription in endothelial and osteosarcoma cells. In addition, TRRAP expression in the endothelium is important for FoxO induced apoptosis. In summary, the interaction between FoxO factors and TRRAP revealed a new regulatory mechanism of FoxO-dependent gene transcription. It remains to be analysed whether the MEK5/ERK5 cascade may exert its suppressive effect on FoxO activity by interfering with their binding to TRRAP and whether such a mechanism may be relevant for tumorigenesis.
N2  - Forkhead-Box-O-Proteine sind eine Familie von Transkriptionsfaktoren, die an verschiedenen zellulären Prozessen stromabwärts des Insulin-PI3K-PKB-Signalwegs beteiligt sind. Als Reaktion auf extra- oder intrazelluläre Stressfaktoren, wie Wachstumsfaktorentzug oder oxidativen Stress, werden die FoxOs benötigt, um Zellzyklusprogression und Apoptose zu regulieren. In Endothelzellen induzieren sie Apoptose und ihre Fehlregulation ist mit Krankheiten, bei denen der Insulinsignalweg involviert ist, wie etwa Diabetes mellitus, verbunden. FoxOs spielen auch eine komplexe Rolle bei der Tumortransformation: Hier besteht ihre Hauptfunktion darin, die Tumorentstehung zu unterdrücken. Sowohl im physiologischen als auch im Kontext von Krebs führt die FoxO-Aktivierung zur Transkription verschiedener allgemeiner Zielgene, wie p27kip1, BIM oder IGFBP1. Die FoxOs können aber auch gewebespezifische Gene, wie zum Beispiel ANGPT2 im Endothel, induzieren.
Ein weiterer Signalweg mit wichtiger Funktion in Endothelzellen ist der MEK5/ERK5-MAPK Signalweg. Seine Aktivierung fördert das Überleben und Wachstum von Zellen unter Stressbedingungen, wie z. B. wenn Blutgefäße durch den Blutstrom Schubspannungskräften ausgesetzt sind. Darüber hinaus zeigen neuere Daten, dass ERK5 auch an der Tumorresistenzentwicklung unter therapieinduziertem Stress beteiligt ist.
Ein Vergleich der bekannten Rolle beider Signalwege im Endothel und bei der Tumorgenese, impliziert eine mutmaßlich gegensätzliche Funktion von FoxO Proteinen und der MEK5/ERK5-MAPK Kaskade. Erste unveröffentlichte Daten stützen die Hypothese, dass FoxO Faktoren einer Negativregulation durch MEK5/ERK5 unterliegen. Ein Ziel dieses Promotionsprojekts, war es daher diesen Zusammenhang auf molekularer Ebene näher zu charakterisieren. Die FoxO-Regulierung ist primär das Zusammenspiel mehrerer posttranslationaler Modifikationen wie Phosphorylierung, Acetylierung und Ubiquitinierung. Der wichtigste Regulationsmechanismus ist dabei die inhibitorische Phosphorylierung durch die Kinase PKB, welche die transkriptionelle FoxO-Aktivität hemmt und deren subzelluläre Lokalisierung ins Zytoplama fördert. Daher wurde zunächst der Einfluss von ERK5 auf die FoxO-Lokalisierung untersucht. Die Daten dieser Arbeit sprechen gegen einen Einfluss von der ERK5 Aktivität auf FoxO Lokalisation, doch sind zusätzliche Experimente erforderlich, um dessen Wirkung auf das Muster der posttranslationalen Modifikation der FoxOs zu klären.
FoxO-Aktivität kann auch durch die Interaktion mit anderen Proteinen moduliert werden, die wiederum auch die allgemeine und gewebespezifische Genexpression steuern könnten. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit war es daher, das FoxO3-Interaktom in Endothelzellen und den Einfluss forcierter MEK5/ERK5-Aktivierung darauf zu untersuchen. Wie in (Fusi et al. 2022) gezeigt und hier vorgestellt, führte diese Analyse zur Identifikation von TRRAP als neuem generellen FoxO Bindepartner. Die zelltypunabhängige Interaktion beider Proteine beruhte dabei nicht auf der Fähigkeit der FoxOs direkt an ihre Konsensus-DNA-Sequenzen in den Promotoren ihrer Zielgene zu binden. Funktionelle Daten zeigten nachfolgend, dass TRRAP entscheidend zur FoxO abhängigen Gentranskription in Endothel- und Osteosarkomzellen beiträgt. Darüber hinaus ist TRRAP im Endothel für die effiziente Apoptoseinduktion durch FoxOs wichtig. Zusammenfassend offenbarte die Interaktion zwischen FoxO-Faktoren und TRRAP einen neuen Regulationsmechanismus der FoxO-abhängigen Gentranskription. Es bleibt zu prüfen, ob die MEK5/ERK5 Kaskade FoxOs dadurch hemmt, dass sie die Bindungsfähigkeit von FoxO an TRRAP stört, und ob die beobachtete FoxO-TRRAP Interaktion auch im Kontext der Tumorgenese von Bedeutung ist.
KW  - Endothel
KW  - MAP-Kinase
KW  - Apoptosis
KW  - FoxO transcription factors
KW  - MEK5/ERK5 cascade
KW  - TRRAP
KW  - Crosstalk
KW  - Forkhead-Box-Proteine
KW  - Endothelium
KW  - Forkhead Transcription Factors
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-296769
ER  - 
TY  - THES
A1  - Weiß, Neele
T1  - Bedeutung des MEK5/ERK5-Signalwegs in der zielgerichteten Melanomtherapie
T1  - Function of the MEK5/ERK5-Pathway in the targeted Therapy of Melanoma
N2  - In dieser Dissertation wird der MEK5/ERK5- Signalweg als möglicher Angriffspunkt in der zielgerichteten Melanomtherapie identifiziert. Die Adressierung von ERK5 bietet eine Alternative, um einer Resistenzentwicklung gegenüber Inhibitoren des MAPK- Signalwegs entgegenzuwirken. Das maligne Melanom ist ein hochaggressiver Tumor mit steigender Inzidenz. Zunehmende Sonnenstunden im Rahmen des Klimawandels mit erhöhter Belastung der Haut durch UV-Strahlung werden die Problematik des malignen Melanoms für den Menschen in den nächsten Jahren weiter zunehmen lassen.
Die Aktivierung des MEK5/ERK5- Signalwegs scheint eine Reaktion von Tumorzellen auf Therapiestress zu sein. Diese Aktivierung liefert den Melanomzellen einen Überlebensvorteil und verhindert ein langfristiges Therapieansprechen. ERK5 beeinflusst den Zellzyklus von Melanomzellen und ist somit möglicherweise von wichtiger Bedeutung in der Tumorgenese des malignen Melanoms.
Patienten mit NRAS- Mutation profitieren auffallend weniger von einer gezielten MEKi-Therapie als solche mit BRAF Mutation. Für ersteres Patientenkollektiv steht aktuell lediglich die Immuntherapie zur Verfügung, wodurch oft nur ein kurzes, progressionsfreies Intervall erreicht werden kann und die Patienten häufig unter schweren Nebenwirkungen leiden. Grund für die problematische Behandlung könnte das häufige Auftreten einer basalen ERK5- Aktivierung in NRAS- mutierten Melanomen sein. Diese Arbeit liefert eine positive Prognose über den Nutzen einer ERK5- Inhibition als Erweiterung des Therapieschemas. Diese These gilt auch für Melanompatienten mit einer BRAF- Mutation. Patienten, die an einem malignen Melanom erkrankt sind, weisen zu 80% eine Mutation in einem dieser beschriebenen Onkogene auf. Die Arbeit lässt darauf schließen, dass eine ERK5- Inhibition in der Therapie von beiden Gruppen erfolgreich sein könnte und somit das Leben nahezu aller Melanompatienten betrifft.
N2  - In this thesis, targeting the MEK5/ERK5- pathway is identified as a possible treatment option for maligant melanoma in order to prevent the development of resistances against inhibitors of the MAPK- pathway. 
The malignant melanoma is a highly aggressive tumor with an increasing incidence.  A rising amount of sun exposure due to climate change will lead to increasing skin damage among the population and thus the malignant melanoma may emerge as an important medical problem throughout the following decade.
The activation of the MEK5/ERK5 pathway seems to be a cellular response to therapeutic stress. It therefore results in sustained proliferation and survival in melanoma cells and prevents an efficiant therapy in the longterm. ERK5 has influence on the cell cycle progression of melanoma cells and could be of utmost importance for the tumorigenesis in malignant melanoma.
Patients suffering from NRAS- mutant melanoma benefit remarkably less from MAPK-pathway targeting regimens than those with BRAF- mutation. In these cases immunotharpy remains as the only valuable treatment option yet barely achieving a short progression free survival with severe side effects. The obstacle of effective therapy could be the frequently found occurrence of a basal ERK5- activity especially observed in NRAS- mutant melanoma cells.
Our data imply that MEKi/ERK5i co-treatment could provide a new therapeutic approach as an adjunct to targeted therapy of malignant melanoma improving its overall effectiveness. This discovery does not only apply for NRAS- mutant melanoma but also for patients with BRAF- mutation. In 80% of malignant melanoma the driver mutation can be found in one of these two oncogenes suggesting the majoryty of melanoma patients might benefit from MEK5/ERK5- Inhibition.
KW  - Melanom
KW  - MAP-Kinase
KW  - MEK5/ERK5
KW  - Therapieresistenz
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-219073
ER  - 
TY  - THES
A1  - Borst, Andreas
T1  - Apoptosis & senescence: cell fate determination in inhibitor-treated melanoma cells
T1  - Apoptose & Seneszenz: Bestimmung der Zell-spezifischen Reaktion von Melanomzellen auf Inhibitoren
N2  - Neoplasms of the skin represent the most frequent tumors worldwide; fortunately, most of them are benign or semi-malignant and well treatable. However, the two most aggressive and deadly forms of malignant skin-neoplasms are melanoma and Merkel cell carcinoma (MCC), being responsible for more than 90% of skin-cancer related deaths. The last decade has yielded enormous progress in melanoma therapy with the advent of targeted therapies, like BRAF or MEK inhibitors, and immune-stimulating therapies, using checkpoint antibodies targeting CTLA- 4, PD-1 or PD-L1. Very recent studies suggest that also MCC patients benefit from a treatment with checkpoint antibodies. Nevertheless, in an advanced metastatic stage, a cure for both of these aggressive malignancies is still hard to achieve: while only a subset of patients experience durable benefit from the immune-based therapies, the widely applicable targeted therapies struggle with development of resistances that inevitably occur in most patients, and finally lead to their death. The four articles included in this thesis addressed current questions concerning therapy and carcinogenesis of melanoma and MCC. Moreover, they are discussed in the light of the up-to-date research regarding targeted and immune-based therapies. In article I we demonstrated that besides apoptosis, MAPK pathway inhibition in BRAF-mutated melanoma cells also induces senescence, a permanent cell cycle arrest. These cells may provide a source for relapse, as even permanently arrested cancer cells can contribute to a pro-tumorigenic milieu. To identify molecular factors determining the differential response, we established M14 melanoma cell line derived single cell clones that either undergo cell death or arrest when treated with BRAF/MEK inhibitors. Using these single cell clones, we demonstrated in article IV that downregulation of the pro-apoptotic BH3-only protein BIK via epigenetic silencing is involved in apoptosis deficiency, which can be overcome by HDAC inhibitors. These observations provide a possible explanation for the lack of a complete and durable response to MAPK inhibitor treatment in melanoma patients, and suggest the application of HDAC inhibitors as a complimentary therapy to MAPK pathway inhibition. Concerning MCC, we scrutinized the interactions between the Merkel cell polyomavirus’ (MCV) T antigens (TA) and the tumor suppressors p53 and Rb in article II and III, respectively. In article III, we demonstrated that the cell cycle master regulator Rb is the crucial target of MCV large T (LT), while it - in contrast to other polyomavirus LTs - exhibits much lower affinity to the related proteins p107 and p130. Knockdown of MCV LT led to proliferation arrest in MCC cells, which can be rescued by knockdown of Rb, but not by knockdown of p107 and p130. Contrary to Rb, restriction of p53 in MCC seems to be independent of the MCV TAs, as we demonstrated in article II. In conclusion, the presented thesis has revealed new molecular details, regarding the response of melanoma cells towards an important treatment modality and the mechanisms of viral carcinogenesis in MCC.
N2  - Die häufigsten Tumore weltweit sind Neoplasien der Haut; glücklicherweise sind die meisten dieser benigne oder semi-maligne und gut behandelbar. Die beiden aggressivsten und tödlichsten Formen bösartiger Hauttumoren sind das Melanom und das Merkelzell-Karzinom (MCC), welche verantwortlich für über 90% aller durch Hauttumore verursachten Todesfälle sind. Im letzten Jahrzehnt gab es jedoch erstaunliche Fortschritte in der Therapie des malignen Melanoms, was vor allem durch das Aufkommen der zielgerichteten Therapien wie den BRAF oder MEK Inhibitoren und den immunstimulierenden Therapien, welche Checkpoint-Antikörper gegen CTLA-4, PD-1 oder PD-L1 verwenden, bedingt ist. Neueste Studien legen nahe, dass auch MCC Patienten von diesen Checkpoint-Antikörpern profitieren können. In fortgeschrittenen, metastasierten Stadien ist jedoch für beide Malignitäten eine Heilung immer noch sehr schwer erreichbar: nur eine kleine Gruppe der Patienten erreichen einen dauerhaften Nutzen durch die Immuntherapien, während die breit anwendbaren zielgerichteten Therapien mit der Entwicklung von Resistenzen zu kämpfen haben, welche unausweichlich in den meisten Patienten entstehen und letztendlich zu deren Tod führen. Die vier dieser Dissertation beigefügten Publikationen adressierten aktuelle Fragestellungen bezüglich Therapie und Karzinogenese des Melanoms und des MCCs. Des Weiteren werden diese im Licht des heutigen Forschungsstandes diskutiert, im Besonderen mit Blick auf die zielgerichteten und immunbasierten Therapien. In Publikation I zeigten wir, dass Inhibition des MAPK Signalwegs in BRAF-mutierten Melanom-Zellen neben Apoptose auch zu Seneszenz, einem permanenten Zellzyklusarrest, führen kann. Diese Zellen können der Ursprung der Resistenzbildung sein, da auch permanent arretierte Krebszellen zu einem Tumor-fördernden Milieu beitragen können. Um molekulare Faktoren zu identifizieren, die für diese unterschiedliche Behandlungsreaktion ursächlich sind, haben wir Einzelzellklone aus der M14 Melanom-Zelllinie etabliert, welche entweder mit Zelltod oder Arrest auf die BRAF/MEK Inhibitor Behandlung reagieren. Mit Hilfe dieser Klone zeigten wir in Publikation IV, dass die Herunterregulierung des pro-apoptotischen BH3-only Proteins BIK durch einen epigenetischen Mechanismus zur Apoptose-Resistenz dieser Zellen führt, was durch den Einsatz von HDAC-Inhibitoren umgangen werden kann. Diese Beobachtungen bieten eine mögliche Erklärung für das Ausbleiben eines vollständigen und dauerhaften Ansprechens auf die MAPK-Inhibitor Behandlung der Melanom-Patienten, und legen den Einsatz von HDAC-Inhibitoren als komplementäre Therapieoption nahe. Beim MCC haben wir jeweils die Interaktion zwischen den Merkelzell-Polyomavirus (MCV) T Antigenen (TA) und den Tumor-Suppressoren p53 und Rb in Publikation II und III näher betrachtet. In Publikation III haben wir gezeigt, dass das zentrale, Zellzyklus-regulierende Protein Rb das vorrangige Ziel des MCV large T Antigens (LT) ist, während es - im Gegensatz zu anderen Polyomavirus-LTs - viel weniger Affinität zu den verwandten Proteinen p107 und p 130 aufweist. Der Knockdown des MCV LT führte zu Proliferationsarrest in MCC Zellen, welcher durch Knockdown von Rb aufgehoben werden konnte, nicht jedoch durch Knockdown von p107 und p130. Die Restriktion von p53 scheint im Gegensatz zu Rb im MCC unabhängig von den MCV TAs zu sein, wie wir in Publikation II gezeigt haben. Zusammenfassend gibt diese Dissertation Aufschluss über neue molekulare Zusammenhänge bezüglich der Reaktion von Melanom-Zellen gegenüber einer wichtigen Behandlungsmöglichkeit und den Mechanismen der viralen Karzinogenese des MCC.
KW  - Melanom
KW  - Apoptosis
KW  - MAP-Kinase
KW  - Senescence
KW  - BRAF inhibition
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-155085
ER  -