Die Bedeutung des Immunoproteasoms in der Behandlung epithelialer Thymustumoren
The importance of the immunoproteasome in the treatment of thymic epithelial tumors
by Louisa Benter
Date of Examination:2024-10-30
Date of issue:2024-10-28
Advisor:Prof. Dr. Philipp Ströbel
Referee:Prof. Dr. Philipp Ströbel
Referee:Prof. Dr. Holger Reichardt
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Format:PDF
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Abstract
English
Thymic epithelial tumors are rare neoplastic diseases of the thymus and are divided into thymomas and thymic carcinomas based on their histopathological characteristics. Surgical tumor resection is the first choice of treatment and can be supplemented by radiotherapy and conventional chemotherapy. Recurrences occur frequently, but due to the low mutational burden of these tumors, only a few molecular targets for targeted second-line treatment have been identified to date. Current observations indicate a relevant connection between the metabolism of thymic epithelial tumors and the activity of the ubiquitin-proteasome system. Based on the molecular composition of the catalytic subunits, different proteasome subtypes are distinguished, with the immunoproteasome (IP) becoming the focus of this work. Fresh tissue samples and cell cultures were used to investigate how the IP can be used therapeutically in thymic epithelial tumors. Immunohistochemical staining and the evaluation of genomic data sets confirmed that thymic epithelial tumors express the IP in addition to the constitutive proteasome. According to protein chemical analyses, thymic carcinomas in particular appear to have a high level of IP expression and are therefore different from tumors of other entities. Specific inhibition of the IP by ONX-0914 or KZR-504 did not show any effective reduction in viability in the cell culture model, while carfilzomib, as a non-selective proteasome inhibitor, achieved a good antitumor effect in both thymic carcinoma cell lines examined. Knockdowns of the individual catalytic subunits of the IP demonstrated that strong IP expression is associated with a significantly improved response of thymic carcinoma cells to carfilzomib treatment. By performing correlation analyses between the IP expression levels of different tumor entities and the corresponding IC50 values for carfilzomib, an expression-dependent vulnerability of the cells to carfilzomib could be confirmed across entities, particularly for the β5i subunit of the IP. In summary, the results of this study illustrate the therapeutic potential of treating thymic epithelial neoplasms with carfilzomib depending on the specific IP expression level of the tumor.
Keywords: thymic epithelial tumors; thymoma; thymic carcinoma; ubiquitin-proteasome system; immunoproteasome; carfilzomib
German
Epitheliale Thymustumoren sind seltene neoplastische Erkrankungen des Thymus und werden anhand ihrer histopathologischen Eigenschaften in Thymome und Thymuskarzinome unterteilt. Therapeutisch stellt die chirurgische Tumorresektion die erste Wahl dar und kann durch eine Radiotherapie sowie konventionelle Chemotherapeutika ergänzt werden. Rezidive treten häufig auf, doch aufgrund der geringen Mutationslast dieser Tumoren konnten bisher nur wenige molekulare Targets für eine zielgerichtete Zweitlinienbehandlung identifiziert werden. Aktuelle Beobachtungen weisen auf einen relevanten Zusammenhang zwischen dem Metabolismus epithelialer Thymustumoren und der Aktivität des Ubiquitin-Proteasom-Systems hin. Basierend auf der molekularen Zusammensetzung der katalytischen Untereinheiten werden verschiedene Proteasom-Subtypen unterschieden, wobei das Immunoproteasom (IP) in den Fokus dieser Arbeit geriet. Anhand von Frischgewebsproben und Zellkulturen wurde untersucht, inwiefern das IP in epithelialen Thymustumoren therapeutisch genutzt werden kann. Immunhistochemische Färbungen sowie die Auswertung genomischer Datensätze bestätigten, dass epitheliale Thymustumoren zusätzlich zum konstitutiven Proteasom auch das IP exprimieren. Proteinchemischen Analysen zufolge scheinen dabei insbesondere Thymuskarzinome ein hohes IP-Expressionsniveau aufzuweisen und sich diesbezüglich von Tumoren anderer Entitäten abzugrenzen. Eine spezifische Inhibition des IPs durch ONX-0914 oder KZR-504 zeigte im Zellkulturmodell keine effektive Viabilitätsminderung, während Carfilzomib als nicht-selektiver Proteasominhibitor in beiden untersuchten Thymuskarzinom-Zelllinien eine gute antitumorale Wirkung erzielte. Knockdowns der einzelnen katalytischen Untereinheiten des IPs wiesen nach, dass eine starke IP-Expression mit einem signifikant verbesserten Ansprechen von Thymuskarzinomzellen auf eine Carfilzomib-Behandlung einhergeht. Indem Korrelationsanalysen zwischen den IP-Expressionsniveaus verschiedener Tumorentitäten und den zugehörigen IC50-Werten für Carfilzomib durchgeführt wurden, konnte insbesondere für die β5i-Untereinheit des IPs auch entitätsübergreifend eine expressionsabhängige Vulnerabilität der Zellen gegenüber Carfilzomib bestätigt werden. Zusammenfassend verdeutlichen die Ergebnisse dieser Arbeit somit das therapeutische Potenzial einer Behandlung epithelialer Thymusneoplasien mit Carfilzomib in Abhängigkeit vom spezifischen IP-Expressionsniveau des Tumors.
Schlagwörter: epitheliale Thymustumoren; Thymom; Thymuskarzinom; Ubiquitin-Proteasom-System; Immunoproteasom; Carfilzomib