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Targeting translesion DNA synthesis in the context of cancer therapy


Knobel, Philip Alexander. Targeting translesion DNA synthesis in the context of cancer therapy. 2011, University of Zurich, Faculty of Science.

Abstract

Heutzutage basiert die Therapie des Lungenkarzinoms und des Pleuramesothelioms meist auf Cisplatin-haltiger Kombinationstherapie. Bei der Mehrzahl der Patienten führt dies zu einer vorübergehenden Hemmung des Tumorwachstums, mit der Zeit entwickelt sich aber eine Resistenz des Tumors gegenüber Cisplatin. Studien in Modelsystemen zeigen, dass die Translesionssynthese (TLS) eine entscheidende Rolle in der Entwicklung der Cispatinresistenz spielt. Das ursprüngliche Ziel dieser PhD Arbeit war die Rolle von REV3, der katalytische Untereinheit der TLS Polymerase zeta (Pol ζ), in der Resistenzentwicklung genauer zu charakterisieren. Die Hypothese, inwiefern die Inaktivierung der REV3 Exprimierung die Cisplatin- induzierte Mutationsrate beeinflusst, wurde überprüft. Dabei wurde entdeckt, dass die Inhibierung der REV3 Exprimierung auch ohne Zugabe von Cisplatin zu einem reduzierten Wachstum von Krebszellen führt, wohingegen Zellen kultiviert von nicht- malignem Gewebe deutlich weniger beeinträchtigt sind. Zu diesem Zeitpunkt wurde entschieden, diese Beobachtung zu verifizieren und die Ursachen zu entschlüsseln. Es wurde in mehreren verschiedenen Krebszelllinien bestätigt, dass die Inaktivierung der REV3 Exprimierung in einer Reduktion des Zellwachstums resultiert. In der Folge wurde gezeigt, dass die Inhibierung der REV3 Exprimierung zu einer Akkumulierung bleibender DNA Schäden in Krebszellen führt und zu einer ATM-abhängigen Aktivierung des sogenannten DNA Schaden Reparatur Signalweges führt. Die Inaktivierung der REV3 Exprimierung in Krebszellen mit p53 Wildtyp lässt die Zellen im G1 Zellzyklus arretieren und induziert Seneszenz. Dies wurde durch die Anhäufung des Zellzyklus-Hemmers p21 und einer erhöhten Seneszenz-assoziierten (SA)-β-Galaktosidase Aktivität verifiziert. In Krebszellen mit fehlender oder reduzierter p53 Funktion resultiert die Inhibierung der REV3 Exprimierung in einer Hemmung des Zellwachstums und in einem G2/M Zellzyklusarrest. Ein kleiner Teil der Zellen wird nicht arretiert, was zu einer numerischen Chromosomenaberration, der sogenannten Aneuploidie führt. Somit konnte mit diesen Resultaten zum ersten Mal belegen werden, dass die Hemmung einer TLS Pol per se zu einer spezifischen Beeinträchtigung von Krebszellen führt. Demzufolge wird postuliert, dass die Hemmung von REV3 ein möglicher Ansatz für eine Krebs-spezifische Therapie darstellen könnte.

Today, the therapy of lung cancer and malignant pleural mesothelioma is based on cisplatin as part of a multimodality approach. Despite an initial response to chemotherapy in a proportion of patients, all will ultimately develop chemotherapy resistant disease. Studies done in model systems indicated that functional translesion synthesis (TLS) is a major contributor to the development of cisplatin resistance. The initial aim of the PhD thesis was to elucidate the involvement of REV3, the catalytic subunit of TLS Polymerase zeta (Pol ζ) in the development of chemotherapy resistance. Surprisingly, while investigating how inhibition of REV3 expression affects cisplatin- induced mutagenesis, it was found that inhibition of REV3 expression per se suppresses colony formation of cancer cells whereas cells cultured from non– malignant tissue were less affected. At this time, it was decided to further investigate these findings. Further, it was confirmed that inhibition of REV3 expression in various cancer cell lines leads to a growth inhibition. In addition, it was shown that inhibition of REV3 expression leads to an accumulation of persistent DNA damage, subsequently leading to the activation of the ATM-dependent DNA damage response (DDR) cascade. The inhibition of REV3 expression in p53-proficient cancer cell lines results in a G1-arrest and induction of senescence as indicated by the accumulation of p21 and an increase in senescence-associated (SA)-β-Galactosidase activity. In contrast, the inhibition of REV3 expression in p53-deficient or p53-knockout cancer cells results in a growth inhibition and a G2/M-arrest whereas a small fraction of the p53- deficient or p53-knockout cancer cells can overcome the G2/M-arrest, which results in mitotic slippage and aneuploidy. It is shown for the first time that inhibition of a TLS Pol confers synthetic sickness/lethality specifically in cancer cells. These findings reveal that inhibition REV3 expression per se suppresses cancer cell growth whereas normal cells are less affected, thus identifying REV3 as a potential target for a cancer-specific therapy.

Abstract

Heutzutage basiert die Therapie des Lungenkarzinoms und des Pleuramesothelioms meist auf Cisplatin-haltiger Kombinationstherapie. Bei der Mehrzahl der Patienten führt dies zu einer vorübergehenden Hemmung des Tumorwachstums, mit der Zeit entwickelt sich aber eine Resistenz des Tumors gegenüber Cisplatin. Studien in Modelsystemen zeigen, dass die Translesionssynthese (TLS) eine entscheidende Rolle in der Entwicklung der Cispatinresistenz spielt. Das ursprüngliche Ziel dieser PhD Arbeit war die Rolle von REV3, der katalytische Untereinheit der TLS Polymerase zeta (Pol ζ), in der Resistenzentwicklung genauer zu charakterisieren. Die Hypothese, inwiefern die Inaktivierung der REV3 Exprimierung die Cisplatin- induzierte Mutationsrate beeinflusst, wurde überprüft. Dabei wurde entdeckt, dass die Inhibierung der REV3 Exprimierung auch ohne Zugabe von Cisplatin zu einem reduzierten Wachstum von Krebszellen führt, wohingegen Zellen kultiviert von nicht- malignem Gewebe deutlich weniger beeinträchtigt sind. Zu diesem Zeitpunkt wurde entschieden, diese Beobachtung zu verifizieren und die Ursachen zu entschlüsseln. Es wurde in mehreren verschiedenen Krebszelllinien bestätigt, dass die Inaktivierung der REV3 Exprimierung in einer Reduktion des Zellwachstums resultiert. In der Folge wurde gezeigt, dass die Inhibierung der REV3 Exprimierung zu einer Akkumulierung bleibender DNA Schäden in Krebszellen führt und zu einer ATM-abhängigen Aktivierung des sogenannten DNA Schaden Reparatur Signalweges führt. Die Inaktivierung der REV3 Exprimierung in Krebszellen mit p53 Wildtyp lässt die Zellen im G1 Zellzyklus arretieren und induziert Seneszenz. Dies wurde durch die Anhäufung des Zellzyklus-Hemmers p21 und einer erhöhten Seneszenz-assoziierten (SA)-β-Galaktosidase Aktivität verifiziert. In Krebszellen mit fehlender oder reduzierter p53 Funktion resultiert die Inhibierung der REV3 Exprimierung in einer Hemmung des Zellwachstums und in einem G2/M Zellzyklusarrest. Ein kleiner Teil der Zellen wird nicht arretiert, was zu einer numerischen Chromosomenaberration, der sogenannten Aneuploidie führt. Somit konnte mit diesen Resultaten zum ersten Mal belegen werden, dass die Hemmung einer TLS Pol per se zu einer spezifischen Beeinträchtigung von Krebszellen führt. Demzufolge wird postuliert, dass die Hemmung von REV3 ein möglicher Ansatz für eine Krebs-spezifische Therapie darstellen könnte.

Today, the therapy of lung cancer and malignant pleural mesothelioma is based on cisplatin as part of a multimodality approach. Despite an initial response to chemotherapy in a proportion of patients, all will ultimately develop chemotherapy resistant disease. Studies done in model systems indicated that functional translesion synthesis (TLS) is a major contributor to the development of cisplatin resistance. The initial aim of the PhD thesis was to elucidate the involvement of REV3, the catalytic subunit of TLS Polymerase zeta (Pol ζ) in the development of chemotherapy resistance. Surprisingly, while investigating how inhibition of REV3 expression affects cisplatin- induced mutagenesis, it was found that inhibition of REV3 expression per se suppresses colony formation of cancer cells whereas cells cultured from non– malignant tissue were less affected. At this time, it was decided to further investigate these findings. Further, it was confirmed that inhibition of REV3 expression in various cancer cell lines leads to a growth inhibition. In addition, it was shown that inhibition of REV3 expression leads to an accumulation of persistent DNA damage, subsequently leading to the activation of the ATM-dependent DNA damage response (DDR) cascade. The inhibition of REV3 expression in p53-proficient cancer cell lines results in a G1-arrest and induction of senescence as indicated by the accumulation of p21 and an increase in senescence-associated (SA)-β-Galactosidase activity. In contrast, the inhibition of REV3 expression in p53-deficient or p53-knockout cancer cells results in a growth inhibition and a G2/M-arrest whereas a small fraction of the p53- deficient or p53-knockout cancer cells can overcome the G2/M-arrest, which results in mitotic slippage and aneuploidy. It is shown for the first time that inhibition of a TLS Pol confers synthetic sickness/lethality specifically in cancer cells. These findings reveal that inhibition REV3 expression per se suppresses cancer cell growth whereas normal cells are less affected, thus identifying REV3 as a potential target for a cancer-specific therapy.

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Item Type:Dissertation (monographical)
Referees:Hübscher Ulrich, Stahel Rolf A, Marti Thomas M, Hengartner Michael
Communities & Collections:UZH Dissertations
Dewey Decimal Classification:570 Life sciences; biology
Language:English
Place of Publication:Zürich
Date:2011
Deposited On:23 May 2019 12:20
Last Modified:25 Sep 2019 00:13
Number of Pages:85
OA Status:Green
Related URLs:https://www.recherche-portal.ch/primo-explore/fulldisplay?docid=ebi01_prod006529403&context=L&vid=ZAD&search_scope=default_scope&tab=default_tab&lang=de_DE (Library Catalogue)

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