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Cancer cell death by mitotic failure upon combined kinase inhibition

dc.contributor.advisorDobbelstein, Matthias Prof. Dr.
dc.contributor.authorKleeberg, Antonia
dc.date.accessioned2022-06-02T11:14:22Z
dc.date.available2022-06-22T00:50:10Z
dc.date.issued2022-06-02
dc.identifier.urihttp://resolver.sub.uni-goettingen.de/purl?ediss-11858/14079
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.53846/goediss-9273
dc.language.isoengde
dc.subject.ddc610de
dc.titleCancer cell death by mitotic failure upon combined kinase inhibitionde
dc.typedoctoralThesisde
dc.contributor.refereeDobbelstein, Matthias Prof. Dr.
dc.date.examination2022-06-15de
dc.description.abstractgerKrebszellen sind anfälliger für replikativen Stress als gesunde Zellen. Aus diesem Grund könnte replikativer Stress ein möglicher Angriffspunkt sein, um Krebszellen auf eine selektivere Art zu schädigen als mit konventionellen Chemotherapeutika. Bisherige Ergebnisse unserer Arbeitsgruppe zeigen, dass die Inhibition des zentrosomalen Proteins PLK4 (Polo-like kinase 4) eine Möglichkeit darstellt, replikativen Stress auf Zellen auszuüben. Der small molecule inhibitor CFI-400945 ist ein PLK4-Inhibitor. CFI-400945 wird derzeit in klinischen Studien der Phase I und II getestet, jedoch sind seine Wirkungsmechanismen noch nicht vollständig geklärt. Daher untersuchten wir die Wirkung von CFI-400945 auf DNA-Replikation und Zellproliferation in H1299-Zellen. Methodisch wurden Zellmikroskopie, DNA fiber assays, Western Blot-Analysen, Durchflusszytometrie und Immunfluoreszenz angewandt. Als Ergebnis stellten wir fest, dass CFI-400945 die Zellproliferation auf zwei Arten reduziert: zum einen durch die Ausübung von replikativem Stress über den p38-MK2-Signalweg und zum anderen durch die Induktion von Mitoseversagen und mitotischer Katastrophe. Die Anzahl der Zentrosomen wurde durch CFI-400945 in unseren Experimenten in unerwarteter Weise beeinflusst: Als Reaktion auf die Behandlung mit CFI-400945 beobachteten wir eine Amplifikation der Zentrosomen - ein Effekt, der durch den Knockdown von PLK4 nicht rekapituliert werden kann. Dies deutet auf einen durch CFI-400945 ausgeübten Off-Target-Effekt hin. Da ein solcher Off-Target-Effekt aus mechanistischer Sicht plausibel ist und von der Literatur sowie von weitergehenden Experimenten unterstützt wird, vermuten wir, dass die Hemmung der Aurora-B-Kinase zu den Effekten von CFI-400945 beiträgt. Die zusätzliche Hemmung der Aurora-B-Kinase durch CFI-400945 würde auch die synergistische Zellletalität erklären, die wir bei der kombinierten Behandlung mit CFI-400945 und MK2-Inhibitoren beobachtet haben. Obwohl das Fortschreiten der Replikationsgabel durch die zusätzliche Behandlung mit dem MK2-Inhibitor teilweise wiederhergestellt werden konnte, war die Zellproliferation sogar noch stärker reduziert als bei einer alleinigen Behandlung mit CFI-400945. Wir vermuten, dass dies anhand der Kombination von gesteigerter DNA-Replikation und Ablation von Zellzyklus-Kontrollpunkten erklärt werden kann. Das kombinierte Abschalten dieser Kontrollpunkte, die die DNA-Replikation einerseits und die Mitose andererseits regulieren, könnte sich als tragfähige Strategie zur Eliminierung von Krebszellen erweisen.de
dc.description.abstractengCancer cells are prone to replicative stress to a greater extent than healthy cells are. Thus, replicative stress might be a way to target cancer cells in a more specific way than conventional chemotherapeutics do. According to previous results, one way to exert replicative stress on cells is the inhibition of the centrosomal protein Polo-like kinase 4 (PLK4). The small compound CFI-400945 is a PLK4 inhibitor. CFI-400945 is currently being tested in phase I and II clinical trials, still its mechanisms of action partly remain elusive. Therefore, we examined the effect of CFI-400945 on DNA replication and cell proliferation in H1299 cells, with methods including cell microscopy, DNA fiber assays, western blot analyses, flow cytometry and immunofluorescence. As a result, we found that CFI-400945 manages to reduce the proliferation of cells by two means: Firstly by the exertion of replicative stress through the p38-MK2 signaling pathway and secondly by the induction of mitotic failure and mitotic catastrophe. The number of centrosomes in our experiments was affected in an unexpected way: In response to CFI-400945 treatment, we observed amplification of centrosomes – an effect that cannot be recapitulated by PLK4 knockdown. This strongly indicates an off-target effect executed by CFI-400945. As it is mechanistically conceivable, supported by literature and suggested by further experiments, we propose that it is Aurora kinase B inhibition that contributes to the effects of CFI-400945. The additional Aurora kinase B inhibition by CFI-400945 would also explain the synergistic cell lethality that we observed with combined CFI-400945 and MK2 inhibitor treatment. Although replication fork progression was rescued partly by the additional MK2 inhibitor treatment, the cell proliferation was reduced even more than with single CFI-400945 treatment. We propose that this can be explained by the combination of enhanced DNA replication and ablation of cell cycle checkpoints. Combined targeting of checkpoints governing DNA replication and mitosis might prove to represent a viable strategy of eliminating cancer cells.de
dc.contributor.coRefereeHeßmann, Elisabeth Prof. Dr.
dc.subject.engreplicative stressde
dc.subject.engmitotic failurede
dc.subject.engCFI-400945de
dc.subject.engPLK4de
dc.subject.engPolo-like kinase 4de
dc.subject.engMK2de
dc.subject.engAURKBde
dc.subject.engmitotic catastrophede
dc.subject.engtargeted therapyde
dc.subject.engcancerde
dc.subject.engMAPKAP2de
dc.identifier.urnurn:nbn:de:gbv:7-ediss-14079-9
dc.affiliation.instituteMedizinische Fakultätde
dc.subject.gokfullMedizin (PPN619874732)de
dc.subject.gokfullOnkologie (PPN619875895)de
dc.description.embargoed2022-06-22de
dc.identifier.ppn1806821885


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