TY  - THES
A1  - Staus, Madlen
T1  - Glutathione-dependent reprogramming in melanoma
T1  - Glutathion-abhängige Reprogrammierung im Melanom
N2  - These days, treatment of melanoma patients relies on targeted therapy with BRAF/MEK inhibitors and on immunotherapy. About half of all patients initially respond to existing therapies. Nevertheless, the identification of alternative therapies for melanoma patients with intrinsic or acquired resistance is of great importance. In melanoma, antioxidants play an essential role in the maintenance of the redox homeostasis. Therefore, disruption of the redox homeostasis is regarded as highly therapeutically relevant and is the focus of the present work. 
An adequate supply of cysteine is essential for the production of the most important intracellular antioxidants, such as glutathione. In the present work, it was investigated whether the depletion of cysteine and glutathione is therapeutically useful. Depletion of glutathione in melanoma cells could be achieved by blocking cysteine supply, glutathione synthesis, and NADPH regeneration. As expected, this led to an increased level of reactive oxygen species (ROS). Surprisingly, however, these changes did not impair the proliferation and survival of the melanoma cells. In contrast, glutathione depletion led to cellular reprogramming which was characterized by the induction of mesenchymal genes and the repression of differentiation markers (phenotypic switch). This was accompanied by an increased migration and invasion potential which was favored by the induction of the transcription factor FOSL1. To study in vivo reprogramming, Gclc, the first and rate-limiting enzyme in glutathione synthesis, was knocked out by CRISPR/Cas9 in murine melanoma cells. The cells were devoid of glutathione, but were fully viable and showed a phenotypic switch, the latter only in MITF-expressing B16F1 cells and not in MITF-deficient D4M3A.781 cells. Following subcutaneous injection into immunocompetent C57BL/6 mice, Gclc knockout B16F1 cells grew more aggressively and resulted in an earlier tumor onset than B16F1 control cells.
In summary, this work demonstrates that inhibition of cysteine supply and thus, glutathione synthesis leads to cellular reprogramming in melanoma. In this context, melanoma cells show metastatic capabilities, promoting a more aggressive form of the disease.
N2  - Die Behandlung von Melanompatienten beruht heutzutage auf der gerichteten Therapie mit BRAF/MEK Inhibitoren und auf der Immuntherapie. Circa die Hälfte aller Patienten spricht zunächst auf die vorhandenen Therapien an. Dennoch ist die Identifizierung alternativer Therapieansätze für Melanompatienten mit intrinsischer oder erworbener Resistenz von großer Wichtigkeit. Im Melanom spielen Antioxidanzien eine essenzielle Rolle zur Aufrechterhaltung der Redox-Homöostase. Eine Störung der Redox-Homöostase wird daher als therapeutisch hochrelevant betrachtet und steht im Fokus der vorliegenden Arbeit. 
Eine ausreichende Versorgung mit Cystein ist essenziell zur Produktion der wichtigsten intrazellulären Antioxidanzien wie dem Glutathion. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, ob die Depletion von Cystein und Glutathion therapeutisch nützlich ist. Eine Depletion von Glutathion in Melanomzellen konnte durch eine Blockierung der Cysteinversorgung, der Glutathionsynthese und der NADPH-Regeneration erreicht werden. Dies führte wie erwartet zu einem erhöhten Level von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS). Überraschenderweise beeinträchtigten diese Veränderungen jedoch nicht die Proliferation und das Überleben der Melanomzellen. Im Gegenteil führte die Glutathion-Depletion zu einer zellulären Reprogrammierung, die durch die Induktion mesenchymaler Gene und der Repression von Differenzierungsmarkern gekennzeichnet war (phenotypic switch). Dies ging mit einem erhöhten Migrations- und Invasionspotential einher, welches durch die Induktion des Transkriptionsfaktors FOSL1 begünstigt wurde. Für die Untersuchung der Reprogrammierung in vivo wurde Gclc, das erste und geschwindigkeitsbestimmende Enzym der Glutathionsynthese, mittels CRISPR/Cas9 in murinen Melanomzellen ausgeknockt. Die Zellen waren voll lebensfähig und zeigten erwartungsgemäß reduzierte Glutathionlevel und einen phenotypic switch. Letzterer zeigte sich jedoch nur in MITF-exprimierenden B16F1 Zellen und nicht in MITF-defizienten D4M3A.781 Zellen. Nach subkutaner Injektion in immunkompetente C57BL/6 Mäuse wuchsen die Gclc-knockout B16F1 Zellen aggressiver und führten zu einer früheren Tumorentstehung als B16F1 Kontrollzellen. 
Zusammenfassend zeigt diese Arbeit, dass die Hemmung der Cysteinversorgung und somit der Glutathionmenge im Melanom zu einer Reprogrammierung führt, bei der Melanomzellen metastasierende Fähigkeiten aufweisen und somit zu einer aggressiveren Form der Erkrankung führen.
KW  - Melanom
KW  - Glutathion
KW  - Cystein
KW  - Phenotypic switch
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-168424
ER  - 
TY  - THES
A1  - Jessen, Christina
T1  - NRF2 links antioxidant and immune-relevant features in melanoma
T1  - NRF2 verknüpft antioxidative und immunrelevante Eigenschaften im Melanom
N2  - The transcription factor NRF2 is considered as the master regulator of cytoprotective and ROS-detoxifying gene expression. Due to their vulnerability to accumulating reactive oxygen species, melanomas are dependent on an efficient oxidative stress response, but to what extent melanomas rely on NRF2 is only scarcely investigated so far. In tumor entities harboring activating mutations of NRF2, such as lung adenocarcinoma, NRF2 activation is closely connected to therapy resistance. In melanoma, activating mutations are rare and triggers and effectors of NRF2 are less well characterized.
This work revealed that NRF2 is activated by oncogenic signaling, cytokines and pro-oxidant triggers, released cell-autonomously or by the tumor microenvironment. Moreover, silencing of NRF2 significantly reduced melanoma cell proliferation and repressed well-known NRF2 target genes, indicating basal transcriptional activity of NRF2 in melanoma. Transcriptomic analysis showed a large set of deregulated gene sets, besides the well-known antioxidant effectors. NRF2 suppressed the activity of MITF, a marker for the melanocyte lineage, and induced expression of epidermal growth factor receptor (EGFR), thereby stabilizing the dedifferentiated melanoma phenotype and limiting pigmentation markers and melanoma-associated antigens. In general, the dedifferentiated melanoma phenotype is associated with a reduced tumor immunogenicity. Furthermore, stress-inducible cyclooxygenase 2 (COX2) expression, a crucial immune-modulating gene, was regulated by NRF2 in an ATF4-dependent manner. Only in presence of both transcription factors was COX2 robustly induced by H2O2 or TNFα. COX2 catalyzes the first step of the prostaglandin E2 (PGE2) synthesis, which was described to be associated with tumor immune evasion and reduction of the innate immune response.
In accordance with these potentially immune-suppressive features, immunocompetent mice injected with NRF2 knockout melanoma cells had a strikingly longer tumor-free survival compared to NRF2-proficient cells. In line with the in vitro data, NRF2-deficient tumors showed suppression of COX2 and induction of MITF. Furthermore, transcriptomic analyses of available tumors revealed a strong induction of genes belonging to the innate immune response, such as RSAD2 and IFIH1. The expression of these genes strongly correlated with immune evasion parameters in human melanoma datasets and NRF2 activation or PGE2 supplementation limited the innate immune response in vitro.
In summary, the stress dependent NRF2 activation stabilizes the dedifferentiated melanoma phenotype and facilitates the synthesis of PGE2. As a result, NRF2 reduces gene expression of the innate immune response and promotes the generation of an immune-cold tumor microenvironment. Therefore, NRF2 not only elevated the ROS resilience, but also strongly contributed to tumor growth, maintenance, and immune control in cutaneous melanoma.
N2  - Der Transkriptionsfaktor NRF2 gilt als Masterregulator der antioxidativen Zellantwort. Im Melanom ist die Rolle von NRF2 bisher nur wenig untersucht worden, obwohl das Melanom anfällig für oxidativen Stress ist und somit eine besondere Abhängigkeit von antioxidativen Prozessen besteht. In Tumorentitäten mit NRF2 aktivierende Mutationen, wie z.B. dem Lungenadenokarzinom, ist die NRF2 Aktivierung mit einer Therapieresistenz verbunden. Allerdings sind diese aktivierenden Mutationen im Melanom selten und Mechanismen, die zu einer NRF2 Aktivierung führen, sind kaum bekannt.
Die vorliegende Arbeit zeigt, dass NRF2 hier vor allem durch onkogene Signalwege, Zytokine und pro-oxidative Trigger aktiviert wird. Zudem verringerte die NRF2 Inhibierung die Zellproliferation und reduzierte die Expression von bekannten NRF2 Zielgenen. Dies weist darauf hin, dass die basale Transkriptionsaktivität von NRF2 im Melanom wichtig ist. Neben den bekannten Zielgenen waren außerdem eine Vielzahl von ROS-unabhängigen Gen-Sets dereguliert. Zum einen reduzierte NRF2 die Aktivität von MITF, dem melanozytären Lineage Marker und induzierte die Expression des epidermalen Wachstumsfaktorrezeptors, EGFR. Dadurch stabilisiert NRF2 den undifferenzierten Melanom-Phänotyp, welcher allgemein mit einer verminderten Expression von Pigmentierungsmarkern und Melanom-assoziierten Antigenen verbunden ist. Zum anderen regulierte NRF2 die Expression von Cyclooxygenase 2 (COX2), in Abhängigkeit von dem Transkriptionsfaktor ATF4. COX2 wurde basal und nach H2O2 oder TNFα Stimulation nur in Anwesenheit beider Transkriptionsfaktoren exprimiert. COX2 katalysiert die Prostaglandin E2 (PGE2) Synthese und es wurde beschrieben, dass hohe Konzentrationen an PGE2, sowohl die Immunevasion von Tumoren erleichtert als auch die angeborenen Immunantwort reduziert.
In Übereinstimmung mit diesen potenziell immun-evasiven Eigenschaften zeigten immunkompetente Mäuse, denen NRF2-knockout Melanomzellen injiziert wurden, im Vergleich zu Kontrollzellen, ein deutlich längeres tumorfreies Überleben. Die NRF2-abhängige COX2 Erhöhung und MITF Hemmung, wurde zudem in den Maustumoren bestätigt. Darüber hinaus zeigten die NRF2-defizienten Tumore eine starke Induktion von Genen des angeborenen Immunsystems, wie z.B. RSAD2 und IFIH1. Die Expression dieser Gene korrelierte mit Immunevasionsparametern in Datensätzen des humanen Melanoms und eine NRF2 Aktivierung oder PGE2 Zugabe unterdrückte die Genexpression der angeborene Immunantwort bereits in vitro.
Somit stabilisiert stress-induziertes NRF2 den undifferenzierten Melanom-Phänotyp und fördert die immunmodulierende PGE2 Produktion. Infolgedessen reduziert NRF2 die angeborene Immunantwort und unterstützt die Entstehung einer immun-suppressiven Tumormikroumgebung, welche das Tumorwachstum erleichtert. Die endogene NRF2 Aktivierung im Melanom fördert somit nicht nur die ROS-Resilienz, sondern auch die Tumoraufrechterhaltung und das Tumorwachstum im immunkompetenten Organismus.
KW  - Melanom
KW  - Oxidativer Stress
KW  - Genexpression
KW  - Krebsforschung
KW  - NRF2
KW  - Antioxidantien
KW  - melanoma dedifferentiation
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-233495
ER  - 
TY  - THES
A1  - Grimm, Johannes
T1  - Autocrine and paracrine effects of BRAF inhibitor induced senescence in melanoma
T1  - Autokrine und parakrine Effekte BRAF-Inhibitor-induzierter Seneszenz im Melanom
N2  - The FDA approval of targeted therapy with BRAFV600E inhibitors like vemurafenib and dabrafenib in 2011 has been the first major breakthrough in the treatment of metastatic melanoma since almost three decades. Despite increased progression free survival and elevated overall survival rates, complete responses are scarce due to resistance development approximately six months after the initial drug treatment. It was previously shown in our group that melanoma cells under vemurafenib pressure in vitro and in vivo exhibit features of drug-induced senescence. It is known that some cell types, which undergo this cell cycle arrest, develop a so-called senescence associated secretome and it has been reported that melanoma cell lines also upregulate the expression of different factors after senescence induction. This work describes the effect of the vemurafenib-induced secretome on cells. Conditioned supernatants of vemurafenib-treated cells increased the viability of naive fibroblast and melanoma cell lines. RNA analysis of donor melanoma cells revealed elevated transcriptional levels of FGF1, MMP2 and CCL2 in the majority of tested cell lines under vemurafenib pressure, and I could confirm the secretion of functional proteins. Similar observations were also done after MEK inhibition as well as in a combined BRAF and MEK inhibitor treatment situation. Interestingly, the transcription of other FGF ligands (FGF7, FGF17) was also elevated after MEK/ERK1/2 inhibition. As FGF receptors are therapeutically relevant, I focused on the analysis of FGFR-dependent processes in response to BRAF inhibition. Recombinant FGF1 increased the survival rate of melanoma cells under vemurafenib pressure, while inhibition of the FGFR pathway diminished the viability of melanoma cells in combination with vemurafenib and blocked the stimulatory effect of vemurafenib conditioned medium. The BRAF inhibitor induced secretome is regulated by active PI3K/AKT signaling, and the joint inhibition of mTor and BRAFV600E led to decreased senescence induction and to a diminished induction of the secretome-associated genes. In parallel, combined inhibition of MEK and PI3K also drastically decreased mRNA levels of the relevant secretome components back to basal levels.
In summary, I could demonstrate that BRAF inhibitor treated melanoma cell lines acquire a specific PI3K/AKT dependent secretome, which is characterized by FGF1, CCL2 and MMP2. This secretome is able to stimulate other cells such as naive melanoma cells and fibroblasts and contributes to a better survival under drug pressure. These data are therapeutically highly relevant, as they imply the usage of novel drug combinations, especially specific FGFR inhibitors, with BRAF inhibitors in the clinic.
N2  - Die Zulassung der spezifischen BRAFV600E Inhibitoren Vemurafenib und Dabrafenib im Jahr 2011 war der erste wirksame Schritt nach Jahrzehnten der Stagnation in der Behandlung des metastasierenden Melanoms. Allerdings zeigte sich, dass trotz erhöhter Gesamtüberlebensrate und gestiegenem progressionsfreien Überleben komplette Remissionen selten waren. Wir konnten in vorangegangenen Versuchen zeigen, dass eine Behandlung BRAFV600E-mutierter Melanom Zelllinien mit Vemurafenib mit der Induktion von Seneszenz-assoziierten Merkmalen einhergeht. Da bekannt ist, dass seneszente Zellen, darunter auch Melanom Zellen, ein sogenanntes Sekretom ausbilden können, welches andere Zellen beeinflussen kann, war die Identifizierung und Charakterisierung von Vemurafenib-induzierten sezernierten Faktoren das Ziel meiner Arbeit. Initiale Versuche zeigten, dass konditionierter Überstand von Vemurafenib behandelten Zellen das Wachstum naiver Zelllinien erhöhen kann. Ich konnte in weiteren Versuchen zeigen, dass sich die Transkription und Expression des Cytokins CCL2, der Matrixmetalloprotease MMP2 und des Wachstumsfaktors FGF1 nach Vemurafenib Behandlung erhöht. Darüber hinaus konnte ich interessanterweise auch eine gesteigerte Transkription anderer FGF Liganden (FGF7, FGF17) feststellen, was meinen Fokus auf die Analyse von FGFR abhängigen Prozessen als Antwort auf die BRAF Inhibition gelenkt hat. Es zeigte sich, dass sich Melanomzellen mittels Zugabe von FGF1 besser gegen die Vemurafenib-induzierte MEK/ERK1/2 Hemmung behaupten können. Darüber hinaus konnte durch den Einsatz eines spezifischen FGFR Inhibitors die Viabilität von Melanomzellen unter Vemurafenib Behandlung vermindert werden. Auch der stimulierende Effekt des Vemurafenib konditionierten Überstandes konnte dadurch teilweise aufgehoben werden. Die Induktion des BRAF Inhibitor assoziierten Sekretoms ist auf einen aktiven PI3K/AKT Signalweg angewiesen. So führt eine gleichzeitige Hemmung des MEK/ERK1/2 und PI3K/AKT Signalwegs zu einer verminderten Seneszenzinduktion und einer niedrigeren Transkription der Seneszenz-assoziierten Gene. Zudem konnte ich feststellen, dass auch eine gemeinsame Hemmung von BRAF und MEK Seneszenz und das damit einhergehende Sekretom unter Beteiligung von CCL2, MMP2 und den FGFs induziert.
Zusammenfassend zeigen meine Daten, dass BRAFV600E-mutierte Melanomzellen nach Vemurafenib Behandlung ein Sekretom ausbilden, welches potentiell wachstumsfördernde und matrix-modellierende Faktoren beinhaltet. Dies ist abhängig vom PI3K/AKT Signalweg und charakterisiert durch die Sekretion von FGF1, CCL2 und MMP2. Klinische Relevanz erlangen diese Erkenntnisse durch die Möglichkeit, diese Faktoren im Rahmen einer Kombinationstherapie, z.B. mit einem spezifischen FGFR Inhibitor, zu inaktivieren.
KW  - Melanoma
KW  - Inhibitor
KW  - Melanom
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-181161
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  - 
TY  - THES
A1  - Maurus, Katja
T1  - Melanoma Maintenance by the AP1 Transcription Factor FOSL1
T1  - Der Einfluss des Transkriptionsfaktors FOSL1 auf protumorigene Effekte im Melanom
N2  - Identifying novel driver genes in cancer remains a crucial step towards development of new therapeutic approaches and the basic understanding of the disease.
This work describes the impact of the AP1 transcription activator component FOSL1 on melanoma maintenance. FOSL1 is strongly upregulated during the progression of melanoma and the protein abundance is highest in metastases. I found that the regulation of FOSL1 is strongly dependent on ERK1/2- and PI3K- signaling, two pathways frequently activated in melanoma. Moreover, the involvement of p53 in FOSL1 regulation in melanoma was investigated. Elevated levels of the tumor suppressor led to decreased FOSL1 protein levels in a miR34a/miR34c- dependent manner. 
The benefit of elevated FOSL1 amounts in human melanoma cell lines was analyzed by overexpression of FOSL1 in cell lines with low endogenous FOSL1 levels. Enhanced levels of FOSL1 had several pro-tumorigenic effects in human melanoma cell lines. Besides increased proliferation and migration rates, FOSL1 overexpression induced the colony forming ability of the cells. Additionally, FOSL1 was necessary for anchorage independent growth in 3D cell cultures. Microarray analyses revealed novel downstream effectors of FOSL1. On the one hand, FOSL1 was able to induce the transcription of different neuron-related genes, such as NEFL, NRP1 and TUBB3. On the other hand, FOSL1 influenced the transcription of DCT, a melanocyte specific gene, in dependence of the differentiation of the melanoma cell line, indicating dedifferentiation. 
Furthermore, FOSL1 induced the transcription of HMGA1, a chromatin remodeling protein with reprogramming ability, which is characteristic for stem cells. Consequently, the influence of HMGA1 on melanoma maintenance was investigated. In addition to decreased proliferation and reduced anoikis resistance, HMGA1 knockdown reduced melanoma cell survival. Interestingly, the FOSL1 induced pro-tumorigenic effects were demonstrated to be dependent on the HMGA1 level. HMGA1 manipulation reversed FOSL1 induced proliferation and colony forming ability, as well as the anchorage independent growth effect.
In conclusion, I could show that additional FOSL1 confers a clear growth benefit to melanoma cells. This benefit is attributed to the induction of stem cell determinants, but can be blocked by the inhibition of the ERK1/2 or PI3K signaling pathways.
N2  - Die Identifizierung von neuen onkogenen Mutationen in Tumoren ist nach wie vor ein unerlässlicher Schritt für die Entwicklung neuer Therapieansätze und für das grundlegende Verständnis der Tumorerkrankungen.
Die vorliegende Arbeit beschreibt den Einfluss der AP1-Transkriptionskomplexkomponente FOSL1 auf die Tumorigenität des humanen Melanoms. FOSL1 wird im Verlauf der Melanomentwicklung stark hochreguliert und ist in Metastasen am stärksten exprimiert. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass FOSL1 Expression stark von ERK1/2- und PI3K- vermittelten Signalen abhängig ist, welche im Melanom sehr häufig übermäßig aktiviert sind. Auch p53 ist an der Regulierung von FOSL1 im Melanom beteiligt. Durch eine Erhöhung der Proteinmenge dieses Tumorsuppressors konnte ich die Verminderung des FOSL1-Levels beobachten und konnte weiterhin zeigen, dass dieser Regulation ein  miR34a/c- vermittelter Mechanismus unterliegt.  
Weiterhin untersuchte ich den Vorteil einer erhöhten FOSL1- Menge in menschlichen Melanomzellen, indem FOSL1 in Zellen mit niedrigem endogenen FOSL1- Gehalt konstitutiv überexprimiert wurde. Erhöhte FOSL1- Mengen hatten unterschiedliche protumorigene Effekte auf humane Melanomzellen. Neben deutlich gesteigerter Proliferation und Migration konnte ich auch die FOSL1- induzierte Koloniebildung der Zellen demonstrieren. Ergänzend konnte gezeigt werden, dass FOSL1- Expression für Anoikisresistenz von Zellen notwendig ist. 
Des Weiteren konnte mit Hilfe einer Microarrayanalyse neue FOSL1- regulierte Effektoren identifiziert werden. Zunächst konnte demonstriert werden, dass FOSL1 zahlreiche neuronale Gene in ihrer Expression beeinflusst. Im Speziellen wurde NEFL, NRP1 und TUBB3 validiert. Zusätzlich nahm FOSL1 Einfluss auf die Expression von DCT, einem melanozytenspezifisch exprimierten Gen. Die Regulierung von DCT durch FOSL1 war abhängig vom Differenzierungsgrad der untersuchten Melanomzelllinien und wies, zusammen mit der Induktion von neuronal-assoziierten Genen, auf Dedifferenzierungsvorgänge hin. 
Neben den neuronalen Genen wurde auch die Expression von HMGA1, einem Chromatin-Remodeling-Faktor mit Reprogrammierungseigenschaften, durch FOSL1 induziert, was unter anderem charakteristisch für Stammzelligkeit ist. Infolge dieser Beobachtungen wurde der Einfluss von HMGA1 auf das humane Melanom untersucht. Die Herabregulierung von HMGA1 hatte unterschiedliche antitumorigene Effekte auf Melanomzellen. Zusätzlich zu stark verminderter Proliferation und Anoikisresistenz zeigten die Melanomzellen auch reduzierte Überlebensraten. Interessanterweise waren die FOSL1- induzierten, protumorigenen Effekte stark abhängig vom HMGA1- Gehalt der Zellen. Die Manipulation der HMGA1- Level machte die FOSL1- induzierte Proliferation, die Fähigkeit zur Koloniebildung und die Anoikisresistenz rückgängig. 
Zusammenfassend konnte ich darstellen, dass zusätzliches FOSL1 einer Melanomzelle einen klaren Wachstumsvorteil verschafft. Dieser Vorteil ist der Induktion von Stammzelldeterminanten zu verdanken und kann durch die spezifische Inhibierung von ERK1/2- und PI3K- Signalkaskaden verhindert werden.
KW  - Melanom
KW  - FOSL1
KW  - Melanoma Maintenance
KW  - Transkriptionsfaktor
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-142995
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schmitt, Alexandra
T1  - Role of Peroxiredoxin 6 in human melanoma
T1  - Die Funktion von Peroxiredoxin 6 im humanen Melanom
N2  - Peroxiredoxin 6 (PRDX6) is a bifunctional enzyme comprising a peroxidase and a Ca2+-independent phospholipase (iPLA2) activity. This renders the enzyme capable of detoxifying reactive oxygen species (ROS) and of catalyzing the liberation of arachidonic acid (AA) from cellular membranes. Released AA can be further metabolized to bioactive lipids including eicosanoids, which are involved in inflammation, cell growth, differentiation, invasion and proliferation. Human melanoma cells are often characterized by imbalances in both ROS and lipid levels, which can be generated by oncogenic signaling, altered metabolism or UV irradiation. 
In previous studies, a comparative proteome analysis of the Xiphophorus fish melanoma model revealed a strong upregulation of Prdx6 in benign and malignant lesions compared to healthy skin. As the Xiphophorus melanoma model displays in many respects molecular characteristics that are similar to human melanoma, I investigated the functional role of PRDX6 in human melanoma cells.
The first part of the study deals with the regulation of PRDX6 in melanocytes and human melanoma cells. I could demonstrate that the protein level of PRDX6 was strongly enhanced by the induction of the EGFR orthologue Xmrk from the Xiphophorus fish as well as the human EGFR. The upregulation of PRDX6 was further shown to be mediated in a PI3K-dependent and ROS-independent manner.
The main part of the thesis comprises the investigation of the functional role of PRDX6 in human melanoma cells as well as the analysis of the underlying mechanism. I could show that knockdown of PRDX6 enhanced the oxidative stress response and led to decreased proliferation of melanoma cells. This cell growth effect was mainly mediated by the iPLA2 activity of PRDX6. Under conditions of strongly enhanced oxidative stress, the peroxidase activity became also important for cellular proliferation. Furthermore, the anti-proliferative effect in cells with lowered PRDX6 levels was the result of reduced cellular AA content and the decrease in the activation of SRC family proteins. Similarly, supplementation with AA led to regeneration of SRC family kinase activity and to an improvement in the reduced proliferation after knockdown of PRDX6. Since AA can be further processed into the prostaglandin PGE2, which has a pro-tumorigenic function in some cancer types, I further examined whether this eicosanoid is involved in the proliferative function of PRDX6. In contrast to AA, PGE2 was not consistently required for melanoma proliferation. 
In summary, I could demonstrate that PRDX6 plays a major role in AA-dependent lipid signaling in melanoma cells and thereby regulates proliferation. Interestingly, the proliferation relevant iPLA2 activity can be pharmacologically targeted, and melanoma cell growth was clearly blocked by the inhibitor BEL. Thus, I could identify the phospholipase activity of PRDX6 as a new therapeutically interesting target for melanoma treatment.
N2  - Peroxiredoxin 6 (PRDX6) ist ein bifunktionales Enzym, welches neben seiner Peroxidase-Aktivität auch eine Ca2+-unabhängige Phospholipase-Aktivität besitzt. Aufgrund dieser beiden Aktivitäten ist das Enzym in der Lage, sowohl oxidativen Stress zu bekämpfen als auch die Freisetzung von Arachidonsäure aus zellulären Membranen zu katalysieren. Freie Arachidonsäure (AA) dient der Generierung von bioaktiven Lipiden wie zum Beispiel Eicosanoiden, welche an Entzündungsreaktionen, Zellwachstum, Differenzierung, Invasion und Proliferation beteiligt sind. Humane Melanomzellen zeichnen sich oft durch ein gestörtes Gleichgewicht reaktiver Sauerstoffspezies und zellulärer Lipide aus. Dieses Ungleichgewicht kann durch onkogene Signalgebung, einen veränderten Metabolismus oder UV-Bestrahlung hervorgerufen werden. 
Eine vorangegangene Proteomanalyse des Xiphophorus-Fisch-Melanommodells zeigte, dass im Vergleich zur gesunden Haut die Menge an PRDX6 in benignen und malignen Läsionen stark erhöht ist. Da das Xiphophorus-Melanommodell in vielerlei Hinsicht die molekulare Situation des humanen Melanoms wiederspiegelt, habe ich die funktionale Rolle von PRDX6 in humanen Melanomzellen untersucht. 
Der erste Teil der Studie beschäftigt sich mit der Regulierung von PRDX6 in Melanozyten und humanen Melanomzellen. Ich konnte nachweisen, dass die Menge an PRDX6 Protein durch die Induktion des EGFR Orthologs Xmrk aus Xiphophorus Fischen, sowie des humanen EGFR stark erhöht wurde. Auch konnte ich zeigen, dass die Heraufregulierung von PRDX6 von der Signalgebung der PI3 Kinase, aber nicht von reaktiven Sauerstoffspezies abhängig war.
Der Hauptteil der vorliegenden Forschungsarbeit befasst sich mit der Ermittlung der funktionalen Rolle von PRDX6 in humanen Melanomzellen und der Analyse des  zugrundeliegenden Mechanismus. Ich konnte nachweisen, dass ein Knockdown von PRDX6 die oxidative Stress-Antwort verstärkte und die Proliferation von Melanomzellen reduzierte. Der Effekt auf das zelluläre Wachstum wurde hierbei hauptsächlich durch die iPLA2-Aktivität von PRDX6 verursacht. Bei stark erhöhtem oxidativem Stress konnte auch eine Relevanz der Peroxidase-Aktivität für die zelluläre Proliferation nachgewiesen werden. Auch ging der anti-proliferative Effekt mit einer Abnahme zellulärer AA und der Reduktion aktiver Kinasen der SRC-Familie einher. Die Zugabe von AA zu Zellen mit PRDX6-Knockdown führte zur Regeneration der SRC-Kinase-Aktivität und konnte die Proliferation wieder verbessern. Da AA zum Prostaglandin PGE2 prozessiert werden kann, welches in einigen Krebsarten pro-tumorigene Funktionen erfüllt, untersuchte ich, ob dieses Eicosanoid auch für die proliferative Funktion von PRDX6 relevant ist. Im Gegensatz zu AA wies PGE2 jedoch keine kontinuierliche pro-proliferative Funktion auf. 
Zusammenfassend konnte ich zeigen, dass PRDX6 eine entscheidende Rolle im AA- Stoffwechsel von Melanomzellen spielt und hierdurch die Proliferation reguliert. Interessanterweise ist die proliferationsrelevante iPLA2-Aktivität pharmakologisch hemmbar, und auch das Wachstum der Melanomzellen wurde durch den Inhibitor BEL deutlich inhibiert. Mit der Phospholipase-Aktivität von PRDX6 konnte ich somit einen neuen therapeutisch nutzbaren Angriffspunkt für das Melanom identifizieren.
KW  - Melanom
KW  - Peroxiredoxin 6
KW  - peroxiredoxin 6
KW  - Melanom
KW  - melanoma
KW  - Arachidonsäure
KW  - arachidonic acid
KW  - Prostaglandin E2
KW  - prostaglandin E2
KW  - Melanomzellen
KW  - melanoma cells
KW  - Peroxiredoxin
KW  - Arachidonsäure
KW  - Prostaglandin E2
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-111465
ER  - 
TY  - THES
A1  - Haydn, Johannes
T1  - Regulation of ERK1/2 signaling in melanoma
T1  - Regulation des ERK1/2 Signalwegs im Melanom
N2  - Die Mechanismen in einer Zelle, die die Genexpression und somit den Stoffwechsel, das Wachstum und das gesamte Zellverhalten steuern, sind ebenso bedeutsam für das Verständnis der grundlegenden Biologie einer lebenden Zelle wie für die Vorgänge der Krebsentstehung. Dabei bilden hochvernetzte, und strikt regulierte Signaltransduktionswege die Basis für ein belastbares und zugleich hochflexibles regulatorisches Netzwerk. Die Störung solcher Signalkaskaden kann zum einen ursächlich aber auch modifizierend auf die Bildung von Tumoren wirken. Die von Rezeptortyrosinkinasen (RTK) und RAS abhängigen Signalwege, die zur Aktivierung von AKT und ERK1/2 führen, sind hierbei von besonderem Interesse für die Entstehung des malignen Melanoms. Mutationen in Komponenten dieser Wege (z.B. NRAS, BRAF oder PTEN), die die Signalstärke erhöhen kommen in Melanomen sehr häufig vor. Im ersten Teil dieser Arbeit wurden die unterschiedlichen und vielfältigen Funktionen von MKP2, einem Feedbackregulator des ERK1/2-Weges, unter verschiedenen zellulären Rahmenbedingungen, untersucht. Des Weiteren wird eine Funktion des zum AP1-Komplex gehörenden FOSL1, einem unter transkriptioneller Kontrolle des ERK1/2-Weges stehendem Transkriptionsfaktors, hinsichtlich der Steuerung der Zell-Proliferation gezeigt. Weiterhin habe ich Aspekte der direkten pharmakologischen Inhibition des ERK1/2-Weges hinsichtlich ihres Effekts auf die Auslösung von Apoptose untersucht. Aufgrund der Häufigkeit von Mutationen in Genen, die für Proteine des ERK1/2-Weges kodieren (z.B. NRASQ61K, BRAFV600E), gilt die Inhibition dieses Signalwegs als vielversprechende Strategie zur Behandlung des Melanoms. Auch wenn klinische Studien, die Inhibitoren für MEK oder RAF als Einzelmedikamente verwenden, bei mehrmonatiger Behandlung sehr erfolgreich sind, konnten so keine langfristigen Erfolge erzielt werden. Aus diesem Grund werden nun Kombinationstherapien, die einen Inhibitor des ERK1/2-Weges und eine weitere Form der Therapie kombinieren, untersucht. Der zweite Teil dieser Arbeit beschreibt, dass der spezifische MEK Inhibitor PD184352 Melanomzellen vor der Apoptosewirkung von Cisplatin schützen kann. Einzelbehandlung mit Cisplatin führt hierbei zur Akkumulation von DNA Schäden, die wiederum Caspase-abhängig Apoptose induzieren. Zusätzliche Anwendung des MEK Inhibitors verringerte jedoch in einigen Zelllinien das Potential von Cisplatin, Apoptose auszulösen. Diese Zellen zeigten eine verstärkte Aktivierung der Serin/Threonin-KInase AKT nach MEK Inhibition. Diese AKT Aktivierung führte zur Inaktivierung der FOXO Transkriptionsfaktoren, was wiederum die Expression des pro-apoptotischen BH3-only Proteins PUMA verringerte. PUMA selbst ist ein wichtiger Bestandteil der Apoptose Maschinerie, die durch Cisplatin aktiviert wird. Die im Rahmen dieser Arbeit erhaltenen Befunde deuten darauf hin, dass RTKs, im besonderen EGFR, bei diesem Crosstalk eine Rolle spielen. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Inhibition des RAS/RAF/MEK/ERK Signalweges im Melanom nicht zwangsläufig von Vorteil sein muss, falls die Zellen gleichzeitig mit einem genotoxischen Medikament behandelt werden. Hier kann sie sogar die Überlebensfähigkeit von Melanomzellen unter Apoptose induzierenden Bedingungen verbessern.
N2  - The mechanisms that enable cells to regulate their gene expression and thus their metabolism, proliferation or cellular behaviour are not only important to understand the basic biology of a living cell, but are also of crucial interest in cancerogenesis. Highly interwoven and tightly regulated pathways are the basis of a robust but also flexible regulatory network. Interference with these pathways can be either causative for tumorigenesis or can modify its outcome. The receptor tyrosine kinase (RTK) and RAS dependent pathways leading to AKT or ERK1/2 activation are of particular interest in melanoma. These signaling modules are commonly activated by different mutations that can be found in various pathway components like NRAS, BRAF or PTEN. The first part of this work deals with the diverse and versatile functions of the ERK1/2 pathway feedbackregulator MKP2 in different cellular, melanoma relevant settings. In addition, a functional role of the AP1-complex member FOSL1, an ERK1/2 transcriptional target being implicated in the regulation of proliferation, is demonstrated. Secondly, aspects of direct pharmacological inhibition of the ERK1/2 pathway with regard to the induction of apoptosis have been analysed. Due to the high frequency of melanoma related mutations occurring in the RAS/RAF/MEK/ERK pathway (e.g. NRASQ61K, BRAFV600E), inhibition of this signaling cascade is deemed to be a promising therapeutic strategy for the treatment of malignant melanoma. However, although in clinical trials mono-therapeutic treatment with MEK- or RAF inhibitors was successful in the short run, it failed to show satisfactory long-lasting effects. Hence, combination therapies using a MAPK pathway inhibitor and an additional therapy are currently under investigation. I was able to demonstrate that inhibition of MEK using the highly specific inhibitor PD184352 can have a protective effect on melanoma cells with regard to their susceptibility towards the apoptosis inducing agent cisplatin. Single application of cisplatin led to strong DNA damage and the induction of caspase-dependent apoptosis. Additional administration of the MEK inhibitor, however, strongly reduced the apoptosis inducing effect of cisplatin in several melanoma cell lines, These cells displayed an increased activation of the serine/threonine kinase AKT after MEK inhibition. This AKT activation concomitantly led to the phosphorylation of FOXO transcription factors, attenuating the cisplatin induced expression of the BH3-only protein PUMA. PUMA in turn was important to mediate the apoptosis machinery after cisplatin treatment. My results also indicate a participation of RTKs, in particular EGFR, in mediating MEK inhibitor induced activation of AKT. These results demonstrate that inhibition of the RAS/RAF/MEK/ERK signaling pathway in melanoma cell lines does not necessilary have favourable effects in a cytotoxic co-treatment situation. Instead, it can even enhance melanoma survival under pro-apoptotic conditions.
KW  - Melanom
KW  - MAP-Kinase
KW  - melanoma
KW  - MAP-Kinase
KW  - ERK signaling
KW  - Signalkette
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-85727
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Adam, Dieter
A1  - Maueler, Winfried
A1  - Schartl, Manfred
T1  - Transcriptional activation of the melanoma inducing Xmrk oncogene in Xiphophorus
N2  - The melanoma inducing locus of Xiphophorus encodes a tumorigenic version of a novel putative receptor tyrosine kinase (Xmrk). To elucidate the mechanism of oncogenic activation of Xmrk, we compared the structure and expression of two oncogenic loci with the corresponding proto-oncogene. Only minor structural alterations were found to be specific for the oncogenic Xmrk genes. Marked overexpression of the oncogene transcripts in melanoma, which are approximately 1 kb shorter than the proto-oncogene transcript, correlates with the malignancy of the tumors. The tumor transcripts are derived from an alternative transcription start site that is used only in the oncogenic loci. Thus, oncogenic activation of the melanoma inducing Xmrk gene appears primarily to be due to novel transcriptional control and overexpression.
KW  - Schwertkärpfling
KW  - Onkogen
KW  - Melanom
Y1  - 1991
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-87584
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Schartl, Manfred
A1  - Wittbrodt, J.
A1  - Mäueler, W.
A1  - Raulf, F.
A1  - Adam, D.
A1  - Hannig, G.
A1  - Telling, A.
A1  - Storch, F.
A1  - Andexinger, S.
A1  - Robertson, S. M.
T1  - Oncogenes and melanoma formation in Xiphoporus (Teleostei: Poeciliidae)
N2  - In Xiphophorus melanoma formation has been attributed by classical genetic findings to the overexpression of a cellular oncogene (Tu) due to elimination of the corresponding regulatory gene locus in hybrids. We have attempted to elucidate this phenomenon on the molecular biological level. Studies on the structure and expression of known proto-oncogenes revealed that several of these genes, especially the c-src gene of Xiphophorus, may act as effectors in establishing the neoplastic phenotype of the melanoma cells . However, these genes appear more to participate in secondary steps of tumorigenesis. Another gene, being termed Xmrk, which represents obviously a so far unknown proto-oncogene but with a cons iderably high similarity to the epidermal growth-factorreceptor gene, was mapped to the Tu-containing region of the chromosome. This gene shows features with respect to its structure and expression that seem to justify it to be regarded as a candidate for a gene involved in the primary processes leading to neoplastic transformation of pigment cells in Xiphophorus.
KW  - Schwertkärpfling
KW  - Onkogen
KW  - Melanom
Y1  - 1993
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-87149
ER  - 
TY  - THES
A1  - Reinboth, Jennifer
T1  - Cellular Factors Contributing to Host Cell Permissiveness in Support of Oncolytic Vaccinia Virus Replication
T1  - Beteiligung zellulärer Faktoren an der Permissivität von Wirtszellen in Unterstützung der onkolytischen Vaccinia Virus Replikation
N2  - In initial experiments, the well characterized VACV strain GLV-1h68 and three wild-type LIVP isolates were utilized to analyze gene expression in a pair of autologous human melanoma cell lines (888-MEL and 1936 MEL) after infection. Microarray analyses, followed by sequential statistical approaches, characterized human genes whose transcription is affected specifically by VACV infection. In accordance with the literature, those genes were involved in broad cellular functions, such as cell death, protein synthesis and folding, as well as DNA replication, recombination, and repair. In parallel to host gene expression, viral gene expression was evaluated with help of customized VACV array platforms to get better insight over the interplay between VACV and its host. Our main focus was to compare host and viral early events, since virus genome replication occurs early after infection. We observed that viral transcripts segregated in a characteristic time-specific pattern, consistent with the three temporal expression classes of VACV genes, including a group of genes which could be classified as early-stage genes. In this work, comparison of VACV early replication and respective early gene transcription led to the identification of seven viral genes whose expression correlated strictly with replication. We considered the early expression of those seven genes to be representative for VACV replication and we therefore referred to them as viral replication indicators (VRIs). To explore the relationship between host cell transcription and viral replication, we correlated viral (VRI) and human early gene expression. Correlation analysis revealed a subset of 114 human transcripts whose early expression tightly correlated with early VRI expression and thus early viral replication. These 114 human molecules represented an involvement in broad cellular functions. We found at least six out of 114 correlates to be involved in protein ubiquitination or proteasomal function. Another molecule of interest was the serine-threonine protein kinase WNK lysine-deficient protein kinase 1 (WNK1). We discovered that WNK1 features differences on several molecular biological levels associated with permissiveness to VACV infection. In addition to that, a set of human genes was identified with possible predictive value for viral replication in an independent dataset. A further objective of this work was to explore baseline molecular biological variances associated with permissiveness which could help identifying cellular components that contribute to the formation of a permissive phenotype. Therefore, in a subsequent approach, we screened a set of 15 melanoma cell lines (15-MEL) regarding their permissiveness to GLV-1h68, evaluated by GFP expression levels, and classified the top four and lowest four cell lines into high and low permissive group, respectively. Baseline gene transcriptional data, comparing low and highly permissive group, suggest that differences between the two groups are at least in part due to variances in global cellular functions, such as cell cycle, cell growth and proliferation, as well as cell death and survival. We also observed differences in the ubiquitination pathway, which is consistent with our previous results and underlines the importance of this pathway in VACV replication and permissiveness. Moreover, baseline microRNA (miRNA) expression between low and highly permissive group was considered to provide valuable information regarding virus-host co-existence. In our data set, we identified six miRNAs that featured varying baseline expression between low and highly permissive group. Finally, copy number variations (CNVs) between low and highly permissive group were evaluated. In this study, when investigating differences in the chromosomal aberration patterns between low and highly permissive group, we observed frequent segmental amplifications within the low permissive group, whereas the same regions were mostly unchanged in the high group. Taken together, our results highlight a probable correlation between viral replication, early gene expression, and the respective host response and thus a possible involvement of human host factors in viral early replication. Furthermore, we revealed the importance of cellular baseline composition for permissiveness to VACV infection on different molecular biological levels, including mRNA expression, miRNA expression, as well as copy number variations. The characterization of human target genes that influence viral replication could help answering the question of host cell response to oncolytic virotherapy and provide important information for the development of novel recombinant vaccinia viruses with improved features to enhance replication rate and hence trigger therapeutic outcome.
N2  - Die Replikationseffizienz von VACVs spielt eine maßgebliche Rolle für deren antitumorale Wirkung und onkolytische Effizienz. Ferner hängt die Permissivität einer Wirtszelle gegenüber der Behandlung mit onkolytischen VACVs maßgeblich von einer erfolgreichen viralen Replikation und Vermehrung ab. Darauf basierend, war der Fokus der vorliegenden Arbeit, zelluläre Eigenschaften zu erforschen, welche die VACV-Replikation beeinflussen und die Wirtszell-Permissivität gegenüber einer Behandlung mit VACV prognostizieren können. Für initiale Genexpressionsanalysen wurden zwei autologe, humane Melanom-Zelllinien (888-MEL und 1936 MEL), sowie der ausgiebig charakterisierte VACV-Stamm GLV-1h68 und drei wildtypische LIVP Isolate verwendet. Mit Hilfe von Microarray Analysen und einem sequenziellen statistischen Ansatz konnten humane Gene charakterisiert werden, deren Transkription eigens durch VACV-Infektion beeinflusst wird. Erwartungsgemäß zeigten diese Gene eine Anreicherung in globalen zellulären Signalwegen und Funktionen. Die frühe virale Gentranskription kann als repräsentative Bestimmungsgröße für virale Replikation betrachtet werden. Darauf basierend resultierte der Vergleich von früher VACV Replikation und entsprechender früher Gentranskription in der Identifikation von sieben viralen Genen, deren Expression und Replikation stark korrelierten. Aus diesem Grund wurde die frühe Expression der sieben VACV-Gene als kennzeichnend für virale Replikation angesehen und diese Gene als virale Replikations-Indikatoren (VRIs) definiert. Zur Aufklärung von Zusammenhängen zwischen Wirts-Transkription und viraler Replikation wurde die frühe virale VRI-Expression mit der frühen humanen Genexpression in Beziehung gesetzt. Mit Hilfe von Vergleichsanalysen wurden 114 humane Transkripte identifiziert, deren frühes Expressionsmuster eng mit demjenigen der VRIs korrelierte und dementsprechend ebenso mit der viralen Replikation. Von den 114 Korrelaten spielen mindestens sechs eine Rolle in der Protein-Ubiquitinierung oder in der proteasomalen Signalgebung. Ein weiteres Molekül, welches besonderes Interesse weckte, war die Serin-Threonin Proteinkinase WNK Lysin-defizientes Protein 1 (WNK1). Für WNK1 wurden Unterschiede, die mit der VACV-Infektions-Permissivität zusammenhängen, auf verschiedenen molekularbiologischen Ebenen nachgewiesen. Desweiten wurde in dieser Arbeit eine Anzahl humaner Gene identifiziert, welche virale Replikation in einem unabhängigen Datensatz prognostizieren konnten. Eine weitere Zielsetzung dieser Arbeit war es, molekularbiologische Unterschiede, welche mit Infektions-Permissivität von Zellen assoziiert sind, auf Basisebene zu ergründen. Diese könnten dabei helfen, zelluläre Komponenten zu identifizieren, welche einen so genannten permissiven Phänotyp kennzeichnen. Aus diesem Grund wurden in einem weiteren Versuchsansatz 15 Melanom-Zelllinien (15-MEL) bezüglich ihrer Permissivität gegenüber GLV-1h68 anhand von GFP Expression untersucht. Die vier Zelllinien mit der höchsten und diejenigen vier mit der niedrigsten Permissivität wurden je einer Gruppe zugeordnet (hochpermissive und niedrigpermissive Gruppe). Die Gruppen hoher und niedriger Permissivität wurden bezüglich ihrer Basislevel-Transkription verglichen. Unterschiedlich exprimierte Gene waren, zumindest zum Teil, in globale zelluläre Prozesse involviert. Darüber hinaus wurde microRNA (miRNA) Basislevel-Expression von hoch- und niedrigpermissiver Gruppe untersucht. In dieser Arbeit wurden sechs miRNAs identifiziert, deren Basislevel-Expression zwischen niedrig und hochpermissiver Gruppe differiert. Abschließend wurden Veränderungen der Kopienzahl von Genen (copy number variations, CNVs) im Vergleich zwischen niedrig- und hochpermissiver Gruppe untersucht. Betrachtung chromosomaler Veränderungen zeigte eine Anreicherung von Segment-Amplifikationen in der niedrigpermissiven Gruppe, während gleiche Abschnitte der hochpermissiven Gruppe größtenteils keine Veränderungen aufwiesen. Zusammenfassend konnte in dieser Arbeit eine mutmaßliche Korrelation zwischen viraler Replikation, früher Genexpression und der entsprechenden Wirtsantwort gezeigt werden und somit eine mögliche Beteiligung humaner Wirtsfaktoren an der viralen Replikation. Zusätzlich wurden wichtige Aspekte der Basiskomposition von Zellen für die Permissivität gegenüber VACV-Infektion auf verschiedenen molekularbiologischen Ebenen aufgedeckt, einschließlich mRNA-Expression, miRNA-Expression sowie Kopienzahl-Variationen. Die Charakterisierung humaner Zielgene, welche die virale Replikation beeinflussen, könnte dabei helfen, die Wirtszellantwort auf onkolytische Virotherapie aufzuklären und wichtige Informationen zu liefern für die Entwicklung neuartiger rekombinanter Vaccinia-Viren mit verbesserten Eigenschaften und verbesserter Replikationseffizienz und somit einem gesteigerten Therapieerfolg.
KW  - Vaccinia-Virus
KW  - Microarray
KW  - Melanom
KW  - onkolytische Virotherapie
KW  - Vaccinia Virus Replikation
KW  - vaccinia virus
KW  - microarray
KW  - malignant melanoma
KW  - oncolytic virotherapy
KW  - vaccinia virus replication
KW  - Onkolyse
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-85392
ER  -