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- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-556065
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.55606
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 28 February 2024 |
| Referee: | Prof. Dr. Herbert Tschochner and Prof. Dr. Gil Gregor Westmeyer |
| Date of exam: | 30 January 2024 |
| Institutions: | Medicine > Lehrstuhl für Frauenheilkunde und Geburtshilfe (Schwerpunkt Frauenheilkunde) Medicine > Lehrstuhl für Innere Medizin I Biology, Preclinical Medicine > Institut für Biochemie, Genetik und Mikrobiologie > Lehrstuhl für Biochemie III |
| Keywords: | Tumor Suppressor p53; p53 Protein Isoforms; Colorectal Cancer; EXSISERS; Targeted Therapies, Drug Library; Personalized Medicine |
| Dewey Decimal Classification: | 500 Science > 500 Natural sciences & mathematics 600 Technology > 610 Medical sciences Medicine |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 55606 |
Abstract (English)
Nowadays, colorectal carcinoma (CRC) represents one of the most threatining diseases. To prevent the continuous increase in incidences, we have an urgent need for new therapeutic strategies for more effective and personalized treatment. The current therapeutic regime mainly involves the use of various combinations of chemotherapeutic agents, including folinic acid (FOL), oxaliplatin (OX), 5-FU ...
Abstract (English)
Nowadays, colorectal carcinoma (CRC) represents one of the most threatining diseases. To prevent the continuous increase in incidences, we have an urgent need for new therapeutic strategies for more effective and personalized treatment. The current therapeutic regime mainly involves the use of various combinations of chemotherapeutic agents, including folinic acid (FOL), oxaliplatin (OX), 5-FU (F), and irinotecan (IRI). However, these therapies are often associated with systemic toxicity and inadequate response rates. Furthermore, therapeutic success strongly depends on the activation of tumor suppressor proteins such as p53.
The tumor suppressor p53, also known as "the guardian of the genome," is one of the most important proteins for detecting pathogenic cell transformations. The cellular activity of p53 is subject to precise regulatory mechanisms and responds to a variety of intrinsic and extrinsic stress factors. In response, p53 either induces cell cycle arrest or initiates apoptosis. On the other hand, p53 can also activate survival-promoting signaling pathways. The predominant activated signaling pathway and the resulting cell fate, thus, strongly depends on the differentially expressed p53 protein isoforms and their respective cellular ratio.
This thesis aims to elucidate the fundamental principles governing the regulation of p53 protein isoforms. We emphasize that the cellular ratio of the p53 isoforms — FLp53, Δ40p53, Δ133p53, and Δ160p53 — is crucial for triggering different fundamental pathways. Under the influence of specific therapeutics used for treating colorectal carcinoma, the existing isoform ratio can decisively influence the response to therapy and, ultimately, the patient's survival.
To quantitatively measure the expression of the distinct p53 protein isoforms in real-time and in living cells under the influence of clinically practicable therapeutics (e.g., 5-Fluorouracil, oxaliplatin, etc.), we have integrated and significantly advanced the novel method EXSISERS into the tumor suppressor gene TP53. Understanding the basic principles of p53 isoform regulation is imperative to develop novel therapeutic strategies for tumor treatment.
We have addressed the following milestones:•Expansion of the EXSISERS technology, which enables the quantification of up to three protein isoform groups simultaneously based on luminescence measurements.•Stable integration of 3 EXSISERS reporters (IMPDH-1-CLuc, gp41-1-NLuc, NrdJ-1-FLuc) into the tumor suppressor gene TP53 for real-time quantification of the isoforms FLp53, ∆40p53, and ∆133+∆160p53.•Investigation of the dynamic regulation of p53 isoforms in response to treatment with clinically established chemotherapeutic agents. Examination of isoform-specific activation of p53-typical signaling pathways: FLp53: cell cycle arrest, ∆40p53: induction of cell death, ∆133p53 and ∆160p53: negative regulators of FLp53 and acceleration of ∆40p53-mediated cell death.•Non-invasive high-throughput screening of 4,863 anti-tumor agents regarding differential p53 isoform expression. Identification of the deubiquitinase inhibitor SJB2-043 as a potential therapeutic for tumors bearing wild-type p53.•Identification of IACS-010759 as a complex 1 inhibitor of the mitochondrial respiratory chain as a potential treatment option for tumors bearing inactivating p53 mutations or deletions.•IACS-010759 exhibits tumor-specific effects while comparing the treatment of healthy and tumorous colorectal epithelial organoids.
Through the use of EXSISERS, we were able to identify a variety of anti-tumor substances in a high-throughput manner based on the upregulation of p53 protein isoforms, thus providing valuable insights for p53-personalized cancer therapy.
Translation of the abstract (German)
Heutzutage stellt das Kolorektale Karzinom (KRK) eines der schwerwiegendsten Erkrankungen dar. Um zu verhindern, dass die Inzidenzen kontinuierlich ansteigen, besteht ein dringender Bedarf an neuen therapeutischen Strategien zur effektiveren und individualisierten Behandlung dieser Erkrankung. Das derzeitige therapeutische Regime sieht hauptsächlich den Einsatz verschiedener Kombinationen an ...
Translation of the abstract (German)
Heutzutage stellt das Kolorektale Karzinom (KRK) eines der schwerwiegendsten Erkrankungen dar. Um zu verhindern, dass die Inzidenzen kontinuierlich ansteigen, besteht ein dringender Bedarf an neuen therapeutischen Strategien zur effektiveren und individualisierten Behandlung dieser Erkrankung.
Das derzeitige therapeutische Regime sieht hauptsächlich den Einsatz verschiedener Kombinationen an Chemotherapeutika vor, darunter Folsäure (FOL), Oxaliplatin (OX), 5-FU (F) und Irinotecan (IRI). Allerdings sind diese Therapien oftmals mit systemischer Toxizität und unzureichenden Ansprechraten verbunden. Zudem hängt der therapeutische Erfolg stark vom der Aktivierbarkeit von Tumorsuppressor Proteinen wie z.B. p53 ab.
Der Tumorsuppressor p53, auch bekannt als „der Wächter des Genoms“, ist aufgrund seiner weitreichenden Regulationspanne eines der wichtigsten Proteine zur Erkennung und Bekämpfung pathogener Zell-Entartungen.
Die zelluläre Aktivität von p53 unterliegt einem präzisen Regulationsmechanismus und reagiert auf eine Vielzahl intrinsischer und extrinsischer Stressfaktoren. Als Reaktion darauf löst p53 entweder den Zellzyklusarrest aus, oder initiiert Apoptose. Andererseits kann p53 auch überlebens-fördernde Signalwege aktivieren. Der vorherrschende aktivierte Signalweg und das daraus resultierende Zellschicksal hängen somit stark von den differentiell exprimierten p53-Protein-Isoformen und ihren jeweiligen Verhältnissen in der Zelle ab.
Wir haben ein neuartiges EXon-Spezifisches ISoform-Expressions Reporter System (EXSISERS) in TP53 in einer Modellzelllinien des Kolorektalen Karzinoms (HCT116) etabliert, um eine umfassende Analyse des Zusammenspiels der einzelnen Protein- Isoformen FLp53, ∆40p53 und ∆133+∆160p53 durchzuführen. EXSISERS verwendet ein Triple-Intein-Luziferase Reporter System, das die simultane Quantifizierung und Unterscheidung der vorliegenden p53-Isoformen über Lumineszenz-Signale in Echtzeit und lebenden Zellen ermöglicht. Unter Verwendung von EXSISERS konnten wir mithilfe klinisch bewährter Chemotherapeutika (5-Fluorouracil, Oxaliplatin) FLp53 als vorwiegend Zellzyklus-Arrest-induzierende Isoform und Δ40p53 als Apoptose- induzierende Isoform identifizieren. EXSISERS ermöglichte zudem die systemische Studie neuer Tumor-Therapeutika in Bezug auf die differenzielle Induktion der p53- Isoformexpression im Hochdurchsatz-Verfahren. Das Hochdurchsatz-Screening einer
Wirkstoff-Bibliothek mit 4.863 verschieden Anti-Tumor-Substanzen führte zur Identifizierung von zwei hocheffizienten Wirkstoffkandidaten, die gegensätzliche p53- abhängige toxische Effekte hervorrufen:
Der Ubiquitin spezifische Protease 1 (USP-1) Inhibitor SJB2-043 erhöht hochsignifikant die Expression der tumorsuppressiven Isoformen FLp53 und ∆40p53 sowie den Zelltod in p53-wildtypischen Zellen.
IACS-010759 hingegen, ist ein selektiver Komplex 1 Inhibitor der mitochondrialen Atmungskette. IACS-010759 verstärkt die Expression von onkogenen ∆133p53 und ∆160p53 Isoformen und führt zu gesteigerten Zelltodraten in Zellen mit mutiertem p53.
Die erreichten Ziele lassen sich wie folgt stichpunktartig zusammenfassen:
- Ausbau EXSISERS-Technologie, die auf Lumineszenz-basierte Messungen die Quantifizierung von bis zu drei Protein-Isoform-Gruppen gleichzeitig ermöglicht.
- Stabile Integration von 3 EXSISERS-Reporter (IMPDH-1-CLuc, gp41-1-NLuc, NrdJ-1-FLuc) in das Tumorsuppressor-Gen TP53 für die Echtzeit-
Quantifizierung der Isoformen FLp53, ∆40p53 und ∆133+∆160p53.
- Untersuchung der dynamischen Regulation der p53-Isoformen als Reaktion auf die Behandlung mit klinisch etablierten Chemotherapeutika. Untersuchung der Isoform-spezifischen Aktivierung p53-typischer Signalwege: FLp53: Zellzyklus- Arrest, ∆40p53: Induktion des Zelltods, ∆133p53 und ∆160p53: negative Regulatoren von FLp53 und Beschleunigung des ∆40p53-vermittelten Zelltods.
- Nicht-invasives Hochdurchsatz Screening von 4.863 Anti-Tumor Substanzen in Bezug auf die differenzielle p53-Isoform-Expression. Identifizierung des Deubiquitinase-Inhibitors SJB2-043 als potenzielle Behandlungsoption für
Tumore mit wildtypischem p53.
- Identifizierung von IACS-010759 als Komplex 1 Inhibitor der mitochondrialen
Atmungsketteals potenzielle Behandlungsoption für Tumore mit
deaktivierenden p53-Mutationen oder -Deletionen.
- IACS-010759 zeigt Tumor-spezifische Wirkungen bei der Behandlung von
gesunden und tumorösen Darmepithel-Organoiden.
Mithilfe von EXSISERS konnten wir im Hochdurchsatz-Verfahren eine Vielzahl von Anti-Tumor Substanzen in Bezug auf die Hochregulation der p53 Protein-Isoformen identifizieren und somit wertvolle Erkenntnisse für die p53-personalisierte Krebstherapie liefern.
Metadata last modified: 01 Mar 2024 08:37
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