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Simple Summary: Penile cancer is a rare but aggressive malignancy characterized by rapid tumor growth as well as prompt metastasis in groin lymphatics. While localized diseases can be successfully cured by surgery in most cases, no truly effective treatment options have been established for metastatic diseases as of yet. In the current investigation, we assessed the value of selected members of the PI3K/mTOR/AKT pathway to serve as tumor markers or therapeutic targets for this disease. Higher expression of AKT was significantly more prevalent in high-grade tumors and independently predictive of the worse survival parameters, while increased expression of pmTOR was associated with an inferior prognosis as well. Treatment with the pan-AKT inhibitor capivasertib in PeCa cell lines induced significant reduction of cell viability and movement capacity. These findings might aid in the understanding of the molecular tumor background as well as development of novel treatment options for advanced penile cancer.
Abstract: The PI3K/mTOR/AKT pathway might represent an intriguing option for treatment of penile cancer (PeCa). We aimed to assess whether members of this pathway might serve as biomarkers and targets for systemic therapy. Tissue of primary cancer from treatment-naïve PeCa patients was used for tissue microarray analysis. Immunohistochemical staining was performed with antibodies against AKT, pAKT, mTOR, pmTOR, pS6, pPRAS, p4EBP1, S6K1 and pp70S6K. Protein expression was correlated with clinicopathological characteristics as well as overall survival (OS), disease-specific survival (DSS), recurrence-free survival (RFS) and metastasis-free survival (MFS). AKT inhibition was tested in two primarily established, treatment-naïve PeCa cell lines by treatment with capivasertib and analysis of cell viability and chemotaxis. A total of 76 patients surgically treated for invasive PeCa were included. Higher expression of AKT was significantly more prevalent in high-grade tumors and predictive of DSS and OS in the Kaplan–Meier analysis, and an independent predictor of worse OS and DSS in the multivariate regression analysis. Treatment with pan-AKT inhibitor capivasertib in PeCa cell lines induced a significant downregulation of both total AKT and pAKT as well as decreased cell viability and chemotaxis. Selected protein candidates of the mTOR/AKT signaling pathway demonstrate association with histological and survival parameters of PeCa patients, whereas AKT appears to be the most promising one.
Progressive bladder cancer growth is associated with abnormal activation of the mammalian target of the rapamycin (mTOR) pathway, but treatment with an mTOR inhibitor has not been as effective as expected. Rather, resistance develops under chronic drug use, prompting many patients to lower their relapse risk by turning to natural, plant-derived products. The present study was designed to evaluate whether the natural compound, sulforaphane (SFN), combined with the mTOR inhibitor everolimus, could block the growth and proliferation of bladder cancer cells in the short- and long-term. The bladder cancer cell lines RT112, UMUC3, and TCCSUP were exposed short- (24 h) or long-term (8 weeks) to everolimus (0.5 nM) or SFN (2.5 µM) alone or in combination. Cell growth, proliferation, apoptosis, cell cycle progression, and cell cycle regulating proteins were evaluated. siRNA blockade was used to investigate the functional impact of the proteins. Short-term application of SFN and/or everolimus resulted in significant tumor growth suppression, with additive inhibition on clonogenic tumor growth. Long-term everolimus treatment resulted in resistance development characterized by continued growth, and was associated with elevated Akt-mTOR signaling and cyclin-dependent kinase (CDK)1 phosphorylation and down-regulation of p19 and p27. In contrast, SFN alone or SFN+everolimus reduced cell growth and proliferation. Akt and Rictor signaling remained low, and p19 and p27 expressions were high under combined drug treatment. Long-term exposure to SFN+everolimus also induced acetylation of the H3 and H4 histones. Phosphorylation of CDK1 was diminished, whereby down-regulation of CDK1 and its binding partner, Cyclin B, inhibited tumor growth. In conclusion, the addition of SFN to the long-term everolimus application inhibits resistance development in bladder cancer cells in vitro. Therefore, sulforaphane may hold potential for treating bladder carcinoma in patients with resistance to an mTOR inhibitor.
Molecular tumour targeting has significantly improved anti-cancer protocols. Still, the addition of molecular targeting to the treatment regime has not led to a curative breakthrough. Combined mammalian target of Rapamycin (mTOR) and histone deacetylase (HDAC) inhibition has been shown not only to enhance anti-tumour potential, but also to prevent resistance development seen under mono-drug therapy. This investigation was designed to evaluate whether cross-communication exists between mTOR signalling and epigenetic events regulated by HDAC. DU-145 prostate cancer cells were treated with insulin-like growth factor (IGF) to activate the Akt-mTOR cascade or with the HDAC-inhibitor valproic acid (VPA) to induce histone H3 and H4 acetylation (aH3, aH4). Subsequently, mTOR, Rictor, Raptor, p70s6k, Akt (all: total and phosphorylated), H3 and H4 (total and acetylated) were analysed by western blotting. Both techniques revealed a link between mTOR and the epigenetic machinery. IGF activated mTOR, Rictor, Raptor, p70s6k and Akt, but also enhanced aH3 and aH4. Inversely, IGFr blockade and knock-down blocked the Akt-mTOR axis, but simultaneously diminished aH3 and aH4. VPA treatment up-regulated histone acetylation, but also activated mTOR-Akt signalling. HDAC1 and 2 knock-down revealed that the interaction with the mTOR system is initiated by histone H3 acetylation. HDAC-mTOR communication, therefore, is apparent whereby tumour-promoting (Akt/mTORhigh, aH3/aH4low) and tumour-suppressing signals (Akt/mTORlow, aH3/aH4high) are activated in parallel. Combined use of an HDAC- and mTOR inhibitor might then diminish pro-tumour effects triggered by the HDAC- (Akt/mTORhigh) or mTOR inhibitor (aH3/aH4low) alone.
Das “Protein Associated with Myc” spielt in den verschiedenen physiologischen Vorgängen eine Rolle. Dazu zählen Prozesse der Synaptogenese und Schmerzverarbeitung ebenso wie eine Regulation des Pteridin- und cAMP-Stoffwechsels. Auf welche Weise PAM die unterschiedlichen Effekte vermittelt, ist bislang nur in Ansätzen verstanden. Um die Wirkmechanismen von PAM aufzuklären, wurden in dieser Arbeit seine biochemischen Funktionen untersucht. Die These, dass PAM als E3 Ubiquitinligase aktiv ist, konnte in vitro mittels biochemischer Versuche zweifelsfrei bestätigt werden. Sowohl das nativ aufgereinigte, humane PAM, als auch der heterolog expremierte C-Terminale Bereich (C-PAM), der die katalytisch aktive RING Finger Domäne enthält, wiesen die Fähigkeit zur Ubiquitinkettenbildung und Autoubiquitinierung auf. Bei der Identifikation eines möglichen Zielproteins rückte das Protein TSC2 und der damit verbundene TSC2 / mTOR Signalweg in den Fokus. Für das gewählte Modell-System HeLa Zellen ließ sich eine Interaktion von PAM und TSC2 durch Ko-Immunopräzipitationen und Immunzytochemie nachweisen. Es konnte erstmalig gezeigt werden, dass das vollständige, native PAM, nicht aber die isolierte RING Finger Domäne, TSC2 polyubiquitinieren und zum proteasomalen Abbau markieren kann. TSC2 ist ein negativer Regulator der mTOR Kinaseaktivität, in dem es den stimulatorischen Einfluss von Rheb auf mTOR inhibiert. PAM wird in HeLa Zellen durch das Phospholipid Sphingosin-1-Phosphat (S1P) aktiviert. Nach S1P Behandlung der Zellen war eine Phosphorylierung der Proteinkinase mTOR nachweisbar. Diese ging mit einer Aktivierung der Kinaseaktivität einher, wie die rapamycinsensitive Phosphorylierung der mTOR Zielproteine p70S6K und 4E-BP1 zeigte. Durch Gabe von Rezeptor-Agonisten/-Antagonisten konnte eine Beteiligung des S1P1 und S1P2 Rezeptors ausgeschlossen werden. Der zunächst vermutete Mechanismus eines S1P induzierten, PAM-abhängigen Abbaus von TSC2 konnte trotz vielfältiger Herangehensweisen nicht nachgewiesen werden. Eine Phosphorylierung als Indikation einer Inaktivierung war ebenfalls nicht detektierbar. Auch die GAP Aktivität von TSC2 auf Rheb, wird in in vitro Versuchen durch die Interaktion mit PAM nicht vermindert. Durch eine Verminderung der TSC2 Expression mittels spezifischer siRNA zeigte sich, dass TSC2 nicht in die S1P-abhängige mTOR Aktivierung involviert ist. Auch regulatorische Proteinkinasen wie AKT, ERK oder PI3K, die durch S1P aktiviert werden können, sind an dem Signalweg nicht beteiligt, wie die Hemmung dieser Enzyme mit spezifischen Inhibitoren zeigte. Dagegen konnte eine Beteiligung von PAM und Rheb zum einen mittels Proteintransfektion bestätigt werden, zum anderen ließen sich die S1P Effekte durch Hemmstoffe verhindern, die für eine Aktivierung von PAM, respektive Rheb, nötig sind. Durch Nukleotidbindungsstudien war ein Einfluss von PAM auf den GTP-Beladungszustand von Rheb nachweisbar. Sowohl in einem GTPS Bindungsversuch als auch in einem GDP Dissoziationsexperiment erhöhte PAM konzentrationsabhängig die GTP Bindung bzw. den GDP/GTP Austausch an Rheb. In dieser Arbeit wird damit erstmalig eine duale Funktion eines Proteins als Ubiquitinligase und GEF beschrieben. So konnte die postulierte Aktivität von PAM als Ubiquitinligase bestätigt und TSC2 als Zielprotein identifiziert werden. Gleichzeitig wurde ein TSC2 unabhängiger Weg der mTOR Aktivierung aufgeklärt, an dem PAM und Rheb beteiligt sind. Als möglicher Mechanismus kommt eine Aktivität von PAM als Guanin-Nukleotid Austausch Faktor (GEF) auf Rheb in Frage. Durch Beschreibung von PAM als negativem Regulator von TSC2 und Aktivator von Rheb trägt diese Arbeit einen wichtigen Beitrag zur TSC2 / mTOR Forschung bei. Umgekehrt ermöglicht sie eine neue Sichtweise auf partiell PAM-abhängige Vorgänge wie Synaptogenese und Nozizeption, indem sie TSC2 / mTOR in diese Prozesse integriert.
Acne inversa ist eine chronisch entzündliche Hauterkrankung der Terminalhaarfollikel und Talgdrüsen, die sich zu schmerzhaften tiefsitzenden Knoten entwickelt, welche in Abszessen und Fistelgängen resultieren können und mit starken Schmerzen und psychischen Belastungen für die Patienten einhergehen. Die Pathophysiologie der AI ist bisher nur unzureichend verstanden. Es wird angenommen, dass die IL-23-TH17-IL-17-Achse eine wichtige Rolle in der Pathogenese der AI spielt. Neben der Hyperkeratose im Bereich des Terminalhaarfollikels scheinen die entzündlichen Infiltrate im Bereich der Epidermis eine psoriasiforme Hyperplasie zu induzieren. In vorangegangenen Arbeiten konnte gezeigt werden, dass der mTORC1-Signalweg (mammalian target of rapamycin complex 1), welcher durch Zytokine wie IL-1β, TNF-α und IL-17A aktiviert wird, in der Pathogenese der Psoriasis vulgaris von großer Bedeutung ist. Aufgrund immunologischer und histologischer Gemeinsamkeiten beider Erkrankungen ist es denkbar, dass der mTORC1-Signalweg ebenfalls bei der Pathogenese und Progression der AI eine Rolle spielt, was im Rahmen dieser Arbeit untersucht werden sollte. Immunhistochemische Färbungen für phosphorylierte Komponenten des Signalwegs zeigten eine stark erhöhte mTORC1-Aktivität in den AI-Läsionen. Diese war abhängig vom Schweregrad der AI-Läsion sogar teilweise höher als in der Psoriasis vulgaris. Die starke Aktivierung der mTORC1-Kaskade korrelierte mit Stellen, die eine aberrante Expression von Differenzierungs-, Proliferations- und Entzündungsmarkern aufwiesen. Auffällig war ebenfalls die starke STAT3-Aktivierung, welche durch erhöhte Phosphorylierung an Y705 und S727 gemessen werden konnte und auch auf eine Beteiligung dieses Signalwegs an der Pathogenese hindeutet. Da es Hinweise auf Überschneidungen zwischen dem mTORC1-Signalweg und der ebenfalls in der Psoriasispathogenese involvierten STAT3- Kaskade gibt, wurde dieser Zusammenhang untersucht. Es konnte in vitro gezeigt werden, dass psoriasis-typische Zytokine eine Phosphorylierung von STAT3 an S727 induzieren, was durch die Behandlung mit dem mTOR-Inhibitor Rapamycin gehemmt werden konnte.
Zusammenfassend deuten die hier gewonnenen Daten darauf hin, dass der PI3-K/Akt/mTOR-Signalweg, aber auch die JAK/STAT3-Kaskade eine entscheidende Rolle in der Acne inversa-Pathogenese spielen und damit potenziell neue Angriffspunkte für die Entwicklung neuer Therapien darstellen können. Damit geben die gezeigten Ergebnisse vielversprechende Ansatzpunkte um pharmakologisch gut etablierte Medikamente wie z.B. Sirolimus oder Tofacitinib als neue Ansätze für die AI-Therapie weiter zu untersuchen.
Carboxypeptidase E (CPE) has recently been described as a multifunctional protein that regulates proliferation, migration and survival in several tumor entities. In glioblastoma (GBM), the most malignant primary brain tumor, secreted CPE (sCPE) was shown to modulate tumor cell migration. In our current study, we aimed at clarifying the underlying molecular mechanisms regulating anti-migratory as well as novel metabolic effects of sCPE in GBM. Here we show that sCPE activates mTORC1 signaling in glioma cells detectable by phosphorylation of its downstream target RPS6. Additionally, sCPE diminishes glioma cell migration associated with a negative regulation of Rac1 signaling via RPS6, since both inhibition of mTOR and stimulation of Rac1 results in a reversed effect of sCPE on migration. Knockdown of CPE leads to a decrease of active RPS6 associated with increased GBM cell motility. Apart from this, we show that sCPE enhances glucose flux into the tricarboxylic acid cycle at the expense of lactate production, thereby decreasing aerobic glycolysis, which might as well contribute to a less invasive behavior of tumor cells. Our data contributes to a better understanding of the complexity of GBM cell migration and sheds new light on how tumor cell invasion and metabolic plasticity are interconnected.
The quest for new and improved therapies for glioblastoma (GB) has been mostly unsuccessful in more than a decade despite significant efforts. The few exceptions include the optimization of classical alkylating chemotherapy by including lomustine in the first line regimen for GB with a methylated MGMT promoter and tumor treating fields. The GB signaling network has been well-characterized and genetic alterations resulting in activation of receptor tyrosine kinases and especially epidermal growth factor receptor (EGFR) and downstream mammalian target of rapamycin complex 1 (mTORC1) signaling were found in the majority of GBs. ...
Hintergrund: Epilepsie bezeichnet eine Erkrankung, welche durch eine anhaltende Prädisposition für Symptome, die im Zusammenhang mit einer ungewöhnlich starken oder synchronisierten elektrischen Aktivität des Gehirns auftreten (=epileptischer Anfall) charakterisiert ist. Mutationen in dem Gen DEPDC5 (Dishevelled, Egl-10 and Pleckstrin (DEP) domain-containing protein 5) sind mit fokalen Epilepsien assoziiert und führen in Tiermodellen und humanen Modellen zu einer Überaktivierung des mTOR-Signalweges. Auf neuromorphologischer Ebene zeigt sich die mTOR-Überaktivierung durch eine Vergrößerung des Zelldurchmessers und einer zunehmenden Verästelung der Neuriten. Ziel dieser Studie war es, die morphologischen Auswirkungen der DEPDC5-assoziierten mTOR-Überaktivierung in der SH-SY5Y-Neuroblastomzelllinie zu untersuchen. Dadurch soll eine Einschätzung getroffen werden, ob das im Zusammenhang mit neurodegenerativen Erkrankungen bereits gut etablierte SH-SY5Y-Zellmodell auch bei der Untersuchung epilepsieassoziierter Pathomechanismen zum Einsatz kommen kann.
Methoden: Unter Einsatz der CRISPR/Cas9-Methode wurden Knockout(KO)-Mutationen in Exon 2 und Exon 3 des DEPDC5-Gens erzeugt und diese mittels Sanger-Sequenzierung bestätigt. Danach wurden die Knockouts auf RNA- und Proteinebene, durch Real-time-RT-PCR und Western Blot validiert. Die bestätigten homozygoten DEPDC5-KO-Zelllinen wurden anschließend mittels Western Blot auf eine mTOR-Überaktivierung untersucht. Zuletzt erfolgte die neuromorphologische Validierung des DEPDC5-KO. Die Zellgröße proliferierender SH-SY5Y wurden mittels Durchflusszytometrie (FACS) untersucht. Zudem bestimmten wir die neuronale Architektur differenzierter SH-SY5Y unter Einsatz der Sholl-Analyse.
Ergebnisse: Es konnten vier unabhängige DEPDC5-KO-SH-SY5Y-Zelllinien mit homozygoten Indel-Mutationen und vorzeitigem Stoppcodon in Exon 3 generiert werden. Die erwartete Reduktion an DEPDC5-mRNA konnte mittels Real-time 10 RT-PCR nicht festgestellt werden. Die Abwesenheit des Proteins konnte durch Western Blot aber gezeigt werden. Funktionell konnte für alle Zelllinien eine mTOR-Überaktivierung mittels Western Blot nachgewiesen werden. Dabei konnte phosphoryliertes AKT (AKT serine/threonine kinase 1) als stabilster Marker etabliert werden. Auf neuromorphologischer Ebene ließ sich ein Trend in Richtung vergrößertem Zelldurchmesser bei verlängertem Auswachsen der Neuriten feststellen, wobei sich für das Modell Unterschiede zwischen den einzelnen Klonen ergaben.
Diskussion: In dieser Studie gelang es erstmals, den Zusammenhang zwischen DEPDC5-KO und einer mTOR-Überaktivierung in der onkogenen SH-SY5Y-Zelllinie zu replizieren. Das verlängerte Auswachsen der Neuriten, bei jedoch gleichbleibender Anzahl peripherer Verästelungen, stellt dabei einen neuen Befund dar und könnte durch die frühe neuronale Entwicklungsstufe des SH-SY5Y-Zellmodells erklärt werden. Auf Grundlage der Ergebnisse dieser Arbeit lässt sich sagen, dass das robuste und kostengünstige SH-SY5Y-Zellmodell insbesondere für high-throughput Methoden und Screeningassays ein geeignetes Modell ist. Durch die Kombination mit reiferen Zellmodellen, wie beispielsweise iPSCs (induced pluripotent stem cells), könnte der Phänotyp eines DEPDC5-KO und anderer mTOR-assoziierter Epilepsien, möglichst umfassend in-vitro dargestellt werden.
Patients harboring mutations in the gene DEPDC5 often display variations of neurological diseases including epilepsy, autism spectrum disorders (ASD) and other neuro-architectural alterations. DEPDC5 protein has been identified as an amino acid sensor responsible for negatively regulating the mechanistic target of rapamycin (mTOR), a central regulator in cell growth and cell homeostasis. Often, mutations of the DEPDC5 protein result in mTOR hyperactivity leading to abnormal neuronal phenotypes and the generation of excitatory/inhibitory imbalances in animal models. Complete knockout (KO) of DEPDC5 results in death shortly after birth, while inhibition of mTOR activity recovers postnatal death (Marsan et al. 2016). However, heterozygous DEPDC5-KOs in animals have been variable in their disease phenotypes during adulthood indicating developmental differences between subspecies and early development mechanisms which could be impactful on the outcome of the diseases.
To understand the mechanisms underlying DEPDC5 mutations during early development, a novel primary human neural progenitor cell line extracted from fetal tissue was characterized during proliferation and differentiation. CRISPR-Cas9 induced mutations of the DEPDC5 gene resulted in hyperphosphorylation of mTOR signaling processes and rapid expansion of the neuronal population during differentiation. Analysis of transcriptome data identified deregulation amongst p53 signaling, ribosome biogenesis, nucleotide and lipid synthesis as well as protein degradation pathways due to loss of DEPDC5. Disease gene datasets identified a correlation between Tuberous Sclerosis mutations as being more closely associated with DEPDC5 mutations while also finding overlap with some ASD and epilepsy genes. By using the mTOR inhibitor rapamycin, a substantial amount of the deregulated gene network was recovered while also reversing rapid neuronal differentiation caused by loss of DEPDC5. Though we saw increased dendritic arborization and subsequent decreases in dendrite lengths and soma sizes, rapamycin failed to recover these effects suggesting mTOR independent processes produced by DEPDC5-KO. This study provides new insights on the relationship between mutations in DEPDC5 and the functional, genomic and deregulatory networks it intertwines in humans and highlights that the DEPDC5 associated pathomechanisms are not fully related to mTOR hyperactivation, but include independent processes. This also sheds light on the question why rapamycin treatment only partially restores DEPDC5 related phenotypes and gives insight on treatments for DEPDC5 patients.
Regulation of translation is essential during stress. However, the precise sets of proteins regulated by the key translational stress responses—the integrated stress response (ISR) and mTORC1—remain elusive. We developed multiplexed enhanced protein dynamics (mePROD) proteomics, adding signal amplification to dynamic-SILAC and multiplexing, to enable measuring acute changes in protein synthesis. Treating cells with ISR/mTORC1-modulating stressors, we showed extensive translatome modulation with ∼20% of proteins synthesized at highly reduced rates. Comparing translation-deficient sub-proteomes revealed an extensive overlap demonstrating that target specificity is achieved on protein level and not by pathway activation. Titrating cap-dependent translation inhibition confirmed that synthesis of individual proteins is controlled by intrinsic properties responding to global translation attenuation. This study reports a highly sensitive method to measure relative translation at the nascent chain level and provides insight into how the ISR and mTORC1, two key cellular pathways, regulate the translatome to guide cellular survival upon stress.
This study was designed to investigate whether epigenetic modulation by histone deacetylase (HDAC) inhibition might circumvent resistance towards the mechanistic target of rapamycin (mTOR) inhibitor temsirolimus in a prostate cancer cell model. Parental (par) and temsirolimus-resistant (res) PC3 prostate cancer cells were exposed to the HDAC inhibitor valproic acid (VPA), and tumor cell adhesion, chemotaxis, migration, and invasion were evaluated. Temsirolimus resistance was characterized by reduced binding of PC3res cells to endothelium, immobilized collagen, and fibronectin, but increased adhesion to laminin, as compared to the parental cells. Chemotaxis, migration, and invasion of PC3res cells were enhanced following temsirolimus re-treatment. Integrin α and β receptors were significantly altered in PC3res compared to PC3par cells. VPA significantly counteracted temsirolimus resistance by down-regulating tumor cell–matrix interaction, chemotaxis, and migration. Evaluation of integrin expression in the presence of VPA revealed a significant down-regulation of integrin α5 in PC3res cells. Blocking studies demonstrated a close association between α5 expression on PC3res and chemotaxis. In this in vitro model, temsirolimus resistance drove prostate cancer cells to become highly motile, while HDAC inhibition reversed the metastatic activity. The VPA-induced inhibition of metastatic activity was accompanied by a lowered integrin α5 surface level on the tumor cells.
Human macrophages infiltrating hypoxic regions alter their metabolism, because oxygen becomes limited. Increased glycolysis is one of the most common cellular adaptations to hypoxia and mostly is regulated via hypoxia-inducible factor (HIF) and RAC-alpha serine/threonine–protein kinase (Akt) signaling, which gets activated under reduced oxygen content. We noticed that micro RNA (miR)-193a-3p enhances Akt phosphorylation at threonine 308 under hypoxia. In detail, miR-193a-3p suppresses the protein abundance of phosphatase PTC7 homolog (PPTC7), which in turn increases Akt phosphorylation. Lowering PPTC7 expression by siRNA or overexpressing miR-193a-3p increases Akt phosphorylation. Vice versa, inhibition of miR-193a-3p attenuates Akt activation and prevents a subsequent increase of glycolysis under hypoxia. Excluding effects of miR-193a-3p and Akt on HIF expression, stabilization, and function, we noticed phosphorylation of 6 phosphofructo-2-kinase/fructose 2,6-bisphosphatase PFKFB3 in response to the PI3K/Akt/mTOR signaling cascade. Inhibition of PFKFB3 blocked an increased glycolytic flux under hypoxia. Apparently, miR-193a-3p balances Akt phosphorylation and dephosphorylation by affecting PPTC7 protein amount. Suppression of PPTC7 increases Akt activation and phosphorylation of PFKFB3, which culminates in higher rates of glycolysis under hypoxia.
"Protein Associated with Myc" (PAM) hat aufgrund seiner enormen Größe von 510 kD und der Vielzahl an Proteinbindungsstellen das Potential viele regulatorische und physiologische Prozesse zu regulieren. Mit der Funktion als E3-Ubiquitinligase und davon unabhängigen Proteininteraktionen reguliert es beispielsweise Prozesse der Synaptogenese und der spinalen Schmerzverarbeitung, wie auch die Regulation des Pteridin Stoffwechsels und des cAMP-Signalweges. Im Gegensatz zur spinalen Schmerzverarbeitung war eine Beteiligung von PAM an der peripheren Nozizeption bisher unbekannt und sollte im Rahmen dieser Arbeit untersucht werden. Dazu wurden konditionale PAM-Knockout Mäuse generiert und charakterisiert. Zum einen wurde PAM in Vorläuferzellen von Neuronen und Gliazellen und zum anderen in allen nozizeptiven und thermorezeptiven Neuronen der Dorsalganglia und der Ganglia trigeminale deletiert. Der Knockout in Neuronen und Gliazellen führte zu einer pränatalen Letalität und unterstreicht so die Bedeutung von PAM während der Neuronenentwicklung. Mit Hilfe des spezifischen Knockouts in nozizeptiven Neuronen konnte eine Rolle von PAM bei der Regulation der thermischen Hyperalgesie gezeigt werden. Keinen Einfluss hatte die Deletion von PAM auf basale thermische und mechanische Schmerzschwellen, sowie auf Formalin-induzierte akute Schmerzen. Als potentieller Mechanismus wurde der mTOR- und der p38 MAPK-Signalweg untersucht. Dabei konnte eine Vermittlung der S1P-induzierten mTOR-Aktivierung durch PAM nachgewiesen werden und Rheb als eine Komponente dieser Aktivierung ermittelt werden. Der p38 MAPK Signalweg war in Abwesenheit von PAM konstitutiv aktiviert und einige Proteine des Rezeptortraffickings waren verstärkt exprimiert. Als ursächlich für die beobachtete verlängerte Hyperalgesie in PAM-defizienten Mäusen konnte die Unterbindung der Internalisierung des TRPV1-Rezeptors nachgewiesen werden. Dieser Effekt ist spezifisch für TRPV1, da der verwandte Ionenkanal TRPA1 durch die PAM-Deletion nicht beeinträchtigt wurde. In der vorliegenden Arbeit konnte so zum ersten Mal gezeigt werden, dass PAM in peripheren nozizeptiven Neuronen über die p38 MAPK-vermittelte Internalisierung von TRPV1 die Dauer der thermischen Hyperalgesie reguliert.
The PI3K/mammalian Target of Rapamycin (mTOR) pathway is often aberrantly activated in rhabdomyosarcoma (RMS) and represents a promising therapeutic target. Recent evaluation of AZD8055, an ATP-competitive mTOR inhibitor, by the Preclinical Pediatric Testing Program showed in vivo antitumor activity against childhood solid tumors, including RMS. Therefore, in the present study, we searched for AZD8055-based combination therapies. Here, we identify a new synergistic lethality of AZD8055 together with ABT-737, a BH3 mimetic that antagonizes Bcl-2, Bcl-xL, and Bcl-w but not Mcl-1. AZD8055 and ABT-737 cooperate to induce apoptosis in alveolar and embryonal RMS cells in a highly synergistic fashion (combination index < 0.2). Synergistic induction of apoptosis by AZD8055 and ABT-737 is confirmed on the molecular level, as AZD8055 and ABT-737 cooperate to trigger loss of mitochondrial membrane potential, activation of caspases, and caspase-dependent apoptosis that is blocked by the pan-caspase inhibitor Z-VAD-fmk. Similar to AZD8055, the PI3K/mTOR inhibitor NVP-BEZ235, the PI3K inhibitor NVP-BKM120 and Akt inhibitor synergize with ABT-737 to trigger apoptosis, whereas no cooperativity is found for the mTOR complex 1 inhibitor RAD001. Interestingly, molecular studies reveal a correlation between the ability of different PI3K/mTOR inhibitors to potentiate ABT-737-induced apoptosis and to suppress Mcl-1 protein levels. Importantly, knockdown of Mcl-1 increases ABT-737-induced apoptosis similar to AZD8055/ABT-737 cotreatment. This indicates that AZD8055-mediated suppression of Mcl-1 protein plays an important role in the synergistic drug interaction. By identifying a novel synergistic interaction of AZD8055 and ABT-737, our findings have important implications for the development of molecular targeted therapies for RMS.
Glioblastomas (GBs) frequently display activation of the epidermal growth factor receptor (EGFR) and mammalian target of rapamycin (mTOR). mTOR exists as part of two multiprotein complexes, mTOR complex 1 (mTORC1) and 2 (mTORC2). In GBs, mTORC1 inhibitors such as rapamycin have performed poorly in clinical trials, and in vitro protect GB cells from nutrient and oxygen deprivation. Next generation ATP-competitive mTOR inhibitors with affinity for both mTOR complexes have been developed, but data exploring their effects on GB metabolism are scarce. In this study, we compared the ATP-competitive mTORC1/2 inhibitors torin2, INK-128 and NVP-Bez235 to the allosteric mTORC1 inhibitor rapamycin under conditions that mimic the glioma microenvironment. In addition to inhibiting mTORC2 signaling, INK-128 and NVP-Bez235 more effectively blocked mTORC1 signaling and prompted a stronger cell growth inhibition, partly by inducing cell cycle arrest. However, under hypoxic and nutrient-poor conditions mTORC1/2 inhibitors displayed even stronger cytoprotective effects than rapamycin by reducing oxygen and glucose consumption. Thus, therapies that arrest proliferation and inhibit anabolic metabolism must be expected to improve energy homeostasis of tumor cells. These results mandate caution when treating physiologically or therapeutically induced hypoxic GBs with mTOR inhibitors.
With an increased understanding of the tumor biology of squamous cell carcinoma of the head and neck (SCCHN), targeted therapies have found their way into the clinical treatment routines against this entity. Nevertheless, to date platinum-based cytostatic agents remain the first line choice and targeting the epidermal growth factor-receptor (EGFR) with combined cetuximab and radiation therapy remains the only targeted therapy approved in the curative setting. Investigation of immune checkpoint inhibitors (ICI), such as antibodies targeting programmed cell death protein 1 (PD-1) and its ligand PD-L1, resulted in a change of paradigms in oncology and in the first approval of new drugs for treating SCCHN. Nivolumab and pembrolizumab, two anti-PD-1 antibodies, were the first agents shown to improve overall survival for patients with metastatic/recurrent tumors in recent years. Currently, several clinical trials investigate the role of ICI in different therapeutic settings. A robust set of biomarkers will be an inevitable tool for future individualized treatment approaches including radiation dose de-escalation and escalation strategies. This review aims to summarize achieved goals, the current status and future perspectives regarding targeted therapies and ICI in the management of SCCHN.
IL-1 family member IL-33 exerts a variety of immune activating and regulating properties and has recently been proposed as a prognostic biomarker for cancer diseases, although its precise role in tumor immunity is unclear. Here we analyzed in vitro conditions influencing the function of IL-33 as an alarmin and a co-factor for the activity of cytotoxic CD8+ T cells in order to explain the widely discussed promiscuous behavior of IL-33 in vivo. Circulating IL-33 detected in the serum of healthy human volunteers was biologically inactive. Additionally, bioactivity of exogenous recombinant IL-33 was significantly reduced in plasma, suggesting local effects of IL-33, and inactivation in blood. Limited availability of nutrients in tissue causes necrosis and thus favors release of IL-33, which—as described before—leads to a locally high expression of the cytokine. The harsh conditions however influence T cell fitness and their responsiveness to stimuli. Nutrient deprivation and pharmacological inhibition of mTOR mediated a distinctive phenotype characterized by expression of IL-33 receptor ST2L on isolated CD8+ T cells, downregulation of CD8, a transitional CD45RAlowROlow phenotype and high expression of secondary lymphoid organ chemokine receptor CCR7. Under nutrient deprivation, IL-33 inhibited an IL-12 induced increase in granzyme B protein expression and increased expression of GATA3 and FOXP3 mRNA. IL-33 enhanced the TCR-dependent activation of CD8+ T cells and co-stimulated the IL-12/TCR-dependent expression of IFNγ. Respectively, GATA3 and FOXP3 mRNA were not regulated during TCR-dependent activation. TCR-dependent stimulation of PBMC, but not LPS, initiated mRNA expression of soluble IL-33 decoy receptor sST2, a control mechanism limiting IL-33 bioactivity to avoid uncontrolled inflammation. Our findings contribute to the understanding of the compartment-specific activity of IL-33. Furthermore, we newly describe conditions, which promote an IL-33-dependent induction of pro- or anti-inflammatory activity in CD8+ T cells during nutrient deprivation.
The mammalian target of rapamycin and the integrated stress response are central cellular hubs regulating translation upon stress. The precise proteins and pathway specificity of translation targets of these pathways remained largely unclear. We recently described a new method for quantitative translation proteomics and found that both pathways control translation of the same sets of proteins.