IRAK2 downregulation reduces the growth of triple-negative breast cancer cells in vitro and in vivo affecting several key pathways in a cell line-dependent way

Ferraro, Francesca; Zenke, Martin (Thesis advisor); Pradel, Gabriele (Thesis advisor); Maurer, Jochen (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2022, 2023)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2022

Kurzfassung

Brustkrebs-Stammzellen (BCSCs) werden für das Wiederauftreten, die Resistenz und die Metastasierung von Tumoren verantwortlich gemacht. Das Labor von PD Dr. Jochen Maurer am Universitätsklinikum Aachen verwendet derzeit BCSCs, die von der Forschungsgruppe aus menschlichen Tumoren von triple-negativem Brustkrebs (TNBC) isoliert wurden, einem molekularen Subtyp des Brustkrebses, dessen Tumorigenität oft von BCSCs angetrieben wird. Die primären BCSCs sind hochgradig tumorerzeugend, rekapitulieren den Ursprungstumor, wenn sie in ein immungeschwächtes Mausmodell transplantiert werden und stellen ein geeignetes Modell für die Validierung von Targeting-Strategien dar. In der TNBC-Zelllinie MDA-MB-468 untersuchte die Forschergruppe von PD Dr. Jochen Maurer zuvor Kinasen, deren Deletion eine Differenzierungsreaktion auslöst. Insbesondere wurde gezeigt, dass die Downregulation der Kinasen ERN1 und ALPK1 die Proliferation, Selbsterneuerungskapazität und Tumorigenität von MDA-MB-468 verringerte. Beim Kinasen-Screening wurde die Interleukin-1-Rezeptor-assoziierte Kinase 2 (IRAK2) identifiziert, die interessanterweise in den primären BCSCs stark exprimiert wird. Daher wurde in dieser Arbeit untersucht, ob eine Depletion von IRAK2 das Wachstum von BCSCs und MDA-MB-468 beeinträchtigen und damit das Fortschreiten des Krebses verhindern kann. In dieser Dissertation wird berichtet, dass BCSCs und MDA-MB-468, die durch eine IRAK2-Downregulation charakterisiert sind, eine verringerte Proliferation und Sphärenbildungskapazität aufweisen, was die Rolle von IRAK2 für das Zellwachstum und die Selbsterneuerung beweist. Darüber hinaus bildeten Zellen mit IRAK2-Knockdown bei der orthotopen Transplantation in immundefiziente Mäuse kleinere Xenotransplantate als Kontrollzellen, was darauf hindeutet, dass die IRAK2-Downregulation die Tumorprogression verzögern kann. Auf molekularer Ebene verringerte der IRAK2-Knockdown die NF-κB- und ERK-Phosphorylierung, die Expression des proinflammatorischen Zytokins IL-6 und die Expression des Zellzyklusregulators Cyclin D1. Darüber hinaus verringerte die Herunterregulierung von IRAK2 die Expression von Genen, die an der "Unfolded Protein Response" und der Autophagie beteiligt sind - Wege, die von Zellen zur Bewältigung zellulärer Stressbedingungen genutzt werden - und induzierte Apoptose. Daraus wurde gefolgert, dass die Downregulation von IRAK2 die Lebensfähigkeit und das Wachstum der Zellen beeinträchtigt und die für die Zellproliferation und die Resistenz gegen Umweltstress verantwortlichen Signalwege beeinflusst. Diese Signalwege wurden durch die IRAK2-Downregulation in BCSCs und MDA-MB-468 in gewissem Maße unterschiedlich beeinflusst. Die beobachteten Unterschiede könnten auf die große zelluläre Heterogenität zurückzuführen sein, aber auch auf die unterschiedlichen Mutationen und genetischen Hintergründe, die die Zellen charakterisieren, da sie von verschiedenen Patientinnen isoliert wurden. Darüber hinaus wiesen die Zellen eine unterschiedliche Effizienz des IRAK2-Knockdown auf, was die betrachteten Signalwege deutlich beeinflusst haben könnte. Angesichts der Tatsache, dass die Downregulation von IRAK2 das Zellwachstum und die von den Krebszellen zum Überleben genutzten Signalwege erheblich beeinträchtigt, deuten die vorgestellten Ergebnisse darauf hin, dass IRAK2 ein interessantes Ziel für die Beeinträchtigung der Aggressivität von TNBC sein könnte.

Einrichtungen

• Lehr- und Forschungsgebiet Zelluläre und Angewandte Infektionsbiologie [164020]
• Fachgruppe Biologie [160000]
• [811002-2]