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Identification of SMARCA4 as a synthetic lethal dependency in SMARCA2low esophageal squamous cell carcinoma cell lines
Katharina Ehrenhöfer-Wölfer
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Molekulare Biologie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doctor of Philosophy-Doktoratsstudium NAWI Bereich Lebenswissenschaften (Dissertationsgebiet: Molekulare Biologie)
Betreuer*in
Wolfgang Sommergruber
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Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved
DOI
10.25365/thesis.57580
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-10774.92091.617069-0
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract
(Deutsch)
Das Plattenepithelzellkarzinom des Oesophagus (ESCC) ist die dominant auftretende Form des Oesophaguskarzinoms, welches zu den sechst häufigsten durch Krebs hervorgerufenen Todesursachen weltweit zählt. Die Überlebensrate über fünf Jahre liegt zwischen 15-25%. Die Therapiemöglichkeiten sind aufgrund der hohen Aggressivität und der späten Diagnose limitiert. Moderne Sequenzierungsmethoden („next generation sequencing“) machten es möglich neue „Onkogene“ und „Tumorsuppressorgene“ zu identifizieren. Patienten mit „Driver-Mutationen“ können deshalb mit zielgerichteter Therapie behandelt werden. Derzeit ist es therapeutisch (noch) nicht möglich, ein Tumorsuppressorgen wiederherzustellen. Um diese Limitierung zu umgehen, nutzt man das Prinzip der „Synthetischen Letalität“. Bei der Inhibierung des funktional redundanten Partners kann das Tumor Wachstum inhibiert, gesunde Zellen aber verschont werden. In Wildtyp Zelllinien ist der „synthetisch letale“ Partner präsent, welcher den Verlust des individuellen Partners kompensieren kann. Das Ziel war, mit Hilfe von „CRISPR-Cas9-Screens“ basierend auf Domänen gerichtete Inhibierung des Epigenoms neue „Targetgene“ im ESCC zu identifizieren. SMARCA4, die katalytische Untereinheit des „Chromatin Remodeling Komplexes“ SWI/SNF (BAF) wurde als ein dominanter „Hit“ ausschließlich in SMARCA2-niedrig (redundante ATPase) exprimierenden Zelllinien identifiziert. Die Abhängigkeit war auf synthetisch letale Interaktion zurückzuführen. Durch „Rescue“-Experimente wurde die Bedeutung der ATPase-Domäne von SMARCA4 gezeigt. Die paraloge Abhängigkeit konnte sowohl mittels Re-expression von SMARCA2 in einer SMARCA2-niedrig exprimierenden Zelllinie und folgender Reversion der Abhängigkeit, als auch durch SMARCA2 „knock-out“ in einer SMARCA2-exprimierenden Zelllinie und Generierung einer SMARCA4 Abhängigkeit, analysiert werden. Um das therapeutische Konzept mit einem definierten Biomarker auszudehnen, wurde die Abhängigkeit von SMARCA4 auch in zusätzlichen Krebsindikationen (Kolon-, Pankreas- und Ovarialkarzinomen) mit geringer SMARCA2 Expression gezeigt. Ein „Domänen-SWAP“ durch Austausch der SMARCA4-Bromodomäne mit der BRD9-Bromodomäne, wurde verwendet um SMARCA4 pharmakologisch mit einem BRD9-PROTAC (dBRD9) zu degradieren. Die Anwendung dieses BRD9 protein-degradierenden Moleküls inhibierte die Proliferation und bestätigt SMARCA4 als einen potentiellen Angriffspunkt in ESCC.
Abstract
(Englisch)
Esophageal squamous cell carcinoma (ESCC) is the most prevalent type of esophageal cancer which is the sixth leading cause of deaths due to cancer worldwide, with a five-year survival rate of 15-25%. Therapy options are limited due to the aggressive nature of the disease and late diagnosis, accompanied with the presence of distant metastasis. Next generation sequencing has allowed the identification of gene mutations in diverse cancer subtypes thereby defining oncogenes as well as tumor suppressor genes. As a result, patients with an oncogenic “driver” mutation can therefore be treated by targeted therapy, exploiting the protein alteration. In contrast, reconstituting a tumor suppressor is (currently) therapeutically not feasible. However, this can be circumvented by harnessing the concept of synthetic lethality. By inhibiting the functional redundant partner, tumor growth can be impaired whereby sparing other cell types of the human body. In wild-type cells, the synthetic lethal factor is still present, which compensates for the loss of the individual partner. CRISPR-Cas9 screens targeting specific domains within the epigenome, were conducted with the aim to identify novel targets in ESCC. SMARCA4, the catalytic subunit of the chromatin remodeling complex SWI/SNF (BAF), was identified as a strong hit which exclusively scored in cell lines with SMARCA2low (mutual exclusive ATPase) background indicating synthetic lethal dependencies. Rescue experiments confirmed the importance of the ATPase-domain of SMARCA4 for cell survival. The paralog dependency could be highlighted by either re-expression of SMARCA2 in SMARCA2low cell lines, reverting the dependency, or by knocking-out SMARCA2 in SMARCA2-proficient cell lines, transforming them into SMARCA4-dependent ones. In addition, cell lines from different indications including colon, pancreas, and ovarian carcinoma were identified as SMARCA2low and SMARCA4-dependent, which might allow for extension of the therapeutic concept to additional indications with a defined patient selection biomarker (SMARCA2low). To date, no selective SMARCA4 inhibitors are available. Therefore, a domain-swap strategy was used, exchanging the bromodomain of SMARCA4, with the one of BRD9. This allowed pharmacological inhibition of chimeric SMARCA4 by using a BRD9 bromodomain directed PROTAC (dBRD9). Targeted degradation as well as impaired viability and thereby confirms SMARCA4 as a potential target in SMARCA2low ESCC.

Schlagwörter

Schlagwörter
(Englisch)
ESCC SMARCA4 SMARCA2low CRISPR-Cas9 domain-based screens synthetic lethality PROTAC bromodomain swap
Schlagwörter
(Deutsch)
Plattenepithelkarzinom des Oesophagus SMARCA4 SMARCA2 niedrig exprimiert CRISPR-Cas9 Domänen-basierte Screens Synthetische Letalität PROTAC Bromodomänen Austausch
Autor*innen
Katharina Ehrenhöfer-Wölfer
Haupttitel (Englisch)
Identification of SMARCA4 as a synthetic lethal dependency in SMARCA2low esophageal squamous cell carcinoma cell lines
Paralleltitel (Deutsch)
Identifizierung von SMARCA4 als synthetisch letale Abhängigkeit in SMARCA2 niedrig exprimierenden Zelllinien des Plattenepithelkarzinoms des Oesophagus
Publikationsjahr
2019
Umfangsangabe
147 Seiten : Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Wolfgang Mikulits ,
Martin Leeb
Klassifikation
42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie
AC Nummer
AC15403857
Utheses ID
50845
Studienkennzahl
UA | 794 | 685 | 490 |
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