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Exploring vulnerabilities and dependencies of two transmissible cancers in the Tasmanian devil

Carmen Isabelle Kreindl

Art der Arbeit

Masterarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Lebenswissenschaften

Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)

Masterstudium Molekulare Biologie

Betreuer*in

Richard Moriggl

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DOI

10.25365/thesis.76014

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-26439.36021.626426-1

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Devil facial tumor 1 and 2 (DFT1/2) sind übertragbare Tumore, die den Tasmanischen Teufel vom Aussterben bedrohen. Derzeit gibt es noch keine erfolgreiche Therapie für diese sich schnell ausbreitenden Malignome. Bisherige Impfversuche waren erfolglos, was die Notwendigkeit eines besseren Verständnisses der Krankheitsmechanismen unterstreicht, um wirkungsvolle Behandlungen zu entwickeln. Das Ziel dieses Projekts war daher, die Hauptsignalwege von DFT1/2 zu charakterisieren, indem die Expression und Funktion ausgewählter Proteine, inklusiv Rezeptor Tyrosinkinasen und STAT Transkriptionsfaktoren, analysiert wurden. Zytotoxizitäts-Assays zeigen, dass Sapitinib, ein ERBB-Inhibitor, selektiv gegenüber DFT1-Zellen wirksam ist, während Imatinib, ein PDGFR-Inhibitor, selektiv DFT2 Zellen beeinflusst. Basierend auf den unterschiedlichen Eigenschaften von DFT1/2 wurde eine Analyse der Gen- und Proteinexpression durchgeführt. Die Ergebnisse bestätigen erhöhte Levels von totalem und phosphoryliertem STAT3 in DFT1-Zellen im Vergleich zu DFT2-Zellen und Fibroblasten. In DFT2 hingegen wurden höhere Mengen von STAT5 und PDGFRα festgestellt, was auf eine Interaktion zwischen diesen Proteinen als bislang unerforschte Signalachse hinweist, die nur in DFT2 aktiv ist. Aufgrund einer überraschend hohen Expression von ERBB3 in DFT2, obwohl keine Reaktion auf die ERBB-Inhibition festgestellt wurde, wurden Kombinationsbehandlungen mit Sapitinib und Imatinib durchgeführt. Jedoch konnten nur schwache synergistische Interaktionen zwischen diesen beiden Medikamenten festgestellt werden. Die Analyse der resistenten DFT2 Zelllinien, die gegen PDGFR-Inhibition resistent waren, zeigten jedoch Veränderungen im RTK-Signalweg und eine Aktivierung von STAT3, ähnlich wie zuvor bei DFT1 beschrieben. Neben der Aktivierung von STAT3, kam es auch zu Veränderungen im Mechanismus der Immunabwehr, da MHC-I runterreguliert wurde. Diese Erkenntnisse zeigen nicht nur, dass DFT2 eine Signalplastizität bei der Behandlung aufweist, sondern verbindet auch RTK getriebene Signalwege mit der Immunabwehr. Zusammenfassend zeigen die vorliegenden Ergebnisse, dass beide Tumorzelllinien unterschiedliche Signalmechanismen aufweisen, aber aufgrund der Signalplastizität alternative Signalwege aktivieren können, die zur Immunabwehr der Tumoren beitragen. Dieses Wissen kann dazu beitragen, wirksamere Behandlungen zu entwickeln und den Tasmanischen Teufel zu schützen. Gleichzeitig können die Erkenntnisse über diese übertragbaren Tumore in die menschliche Krebsforschung übertragen werden und unser Verständnis der Krebs-Signalwege und Immunabwehr vorantreiben.

Abstract

(Englisch)

Devil facial tumor 1 and 2 (DFT1/2) are transmissible cancers that threaten the Tasmanian devil with extinction. There is no available cure for these rapidly spreading malignancies and vaccination attempts have so far remained unsuccessful, highlighting the need for a better understanding of disease mechanisms to develop effective treatments. Therefore, the aim of this project was to characterize core cancer pathways that drive DFT1/2 by analyzing the expression and function of selected proteins including Receptor Tyrosine Kinases (RTK) and STAT transcription factors. Cytotoxicity assays revealed that Sapitinib, an ERBB inhibitor, is selectively effective towards DFT1 cells while Imatinib, a PDGFR inhibitor, selectively affects DFT2 cells. Based on these revealed distinct vulnerabilities of DFT1/2, gene and protein expression analysis was performed. The results confirm increased levels of total and phosphorylated STAT3 in DFT1 cells compared to DFT2 cells and healthy fibroblasts. In DFT2, on the other hand, higher levels of STAT5 and PDGFRα were detected, suggesting an interplay between these molecules as a previously unexplored signaling axis only active in the second transmissible cancer. Due to a surprisingly high expression of ERBB3 in DFT2, despite the lack of response towards ERBB inhibition, combination treatments with Sapitinib and Imatinib were performed but only weak synergistic interactions between these two drugs were revealed. Analysis of DFT2 cell lines made resistant towards PDGFR inhibition, however, showed a change in RTK signaling and STAT3 activation as previously described in DFT1. Strikingly, this activation was accompanied by immune evasion mechanisms such as MHC-I downregulation. These findings do not only show that DFT2 demonstrates signaling plasticity upon treatment but connects RTK driven core cancer pathways with immune evasion. In conclusion, the provided results demonstrate that both tumor cell lines are different in their signaling mechanisms but due to signaling plasticity alternative pathways might be used and contribute to immune evasion of the tumors. This knowledge can contribute to the development of more effective treatments and the conservation of the Tasmanian devil. Simultaneously, the insights about these transmissible cancers can be translated into human cancer research and advance our understanding of cancer signaling and immune evasion.

Autor*innen

Carmen Isabelle Kreindl

Haupttitel (Englisch)

Exploring vulnerabilities and dependencies of two transmissible cancers in the Tasmanian devil

Publikationsjahr

2024

Umfangsangabe

82 Seiten : Illustrationen

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Richard Moriggl

Klassifikation

42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie

AC Nummer

AC17209677

Utheses ID

70930

Studienkennzahl

UA | 066 | 834 | |

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