Identifikation neuer Angriffsziele in GIST-Tumoren

Identifikation neuer Angriffsziele in gastrointestinalen Stromatumoren (GIST)

12. Treffen der GIST-Gruppe SchweizZürich, 24. April 2015

Dr. med. Anette Duensing Assistant Professor of Pathology

University of Pittsburgh Cancer Institute Pittsburgh, PA, USA"

GIST und KIT – vom Target zur Therapie"

"

•  die Mehrzahl von gastrointestinalen Stromatumoren weist eine Mutation im KIT-Gen auf#

•  singuläres, die Tumorentstehung begründendes, molekulares Ereignis#

GIST und KIT – vom Target zur Therapie"

"

•  die Mehrzahl von gastrointestinalen Stromatumoren weist eine Mutation im KIT-Gen auf#

•  singuläres, die Tumorentstehung begründendes, molekulares Ereignis#

•  KIT ist ein Molekül an der Zelloberfläche#

•  reguliert Wachstum und Überlebensfunktion der Zelle#

•  stark regulierter Prozess#

•  dieser Prozess ist in GIST-Zellen dysreguliert#

modifiziert von: http://www.ntz.de

KIT



Normale Funktion von KIT"

Translation

p70/85S6K mTOR

AKT/PKB

PDK1/2 PI3K

STAT1 STAT3 STAT5

JAK

MAPK p44/42

MEK1/MEK2

RAF1

RAS

SOS GRB2

SHC

KIT SCF SCF

Zellmembran

Überlebenssignale ⇑ Wachstumssignale ⇑

Transkription


Translation

p70/85S6K mTOR

AKT/PKB

PDK1/2 PI3K

STAT1 STAT3 STAT5

JAK

MAPK p44/42

MEK1/MEK2

RAF1

RAS

SOS GRB2

SHC

KIT SCF SCF

Zellmembran


Transkription


KIT Zellmembran


KIT Zellmembran

SCF SCF


Wachstumssignale ⇑

Translation

p70/85S6K mTOR

AKT/PKB

PDK1/2 PI3K

STAT1 STAT3 STAT5

JAK

MAPK p44/42

MEK1/MEK2

RAF1

RAS

SOS GRB2

SHC

Transkription

KIT SCF SCF

Zellmembran

Überlebenssignale ⇑


Translation

p70/85S6K mTOR

AKT/PKB

PDK1/2 PI3K

STAT1 STAT3 STAT5

JAK

MAPK p44/42

MEK1/MEK2

RAF1

RAS

SOS GRB2

SHC

KIT Zellmembran


Transkription


Translation

p70/85S6K mTOR

AKT/PKB

PDK1/2 PI3K

STAT1 STAT3 STAT5

JAK

MAPK p44/42

MEK1/MEK2

RAF1

RAS

SOS GRB2

SHC

Transcription

KIT Zellmembran

Wachstumssignale⇓ Überlebenssignale ⇓

Funktion von KIT in GIST"

Zellmembran

KIT mutiert


Translation

p70/85S6K mTOR

AKT/PKB

PDK1/2 PI3K

STAT1 STAT3 STAT5

JAK

MAPK p44/42

MEK1/MEK2

RAF1

RAS

SOS GRB2

SHC

Zellmembran


Transkription

KIT mutiert


Translation

p70/85S6K mTOR

AKT/PKB

PDK1/2 PI3K

STAT1 STAT3 STAT5

JAK

MAPK p44/42

MEK1/MEK2

RAF1

RAS

SOS GRB2

SHC

Zellmembran


Transkription

„immer angeschaltet“

„durchgedrücktes Gaspedal“

KIT mutiert

Funktion von KIT in GIST – wie stoppen?"

Translation

p70/85S6K mTOR

AKT/PKB

PDK1/2 PI3K

STAT1 STAT3 STAT5

JAK

MAPK p44/42

MEK1/MEK2

RAF1

RAS

SOS GRB2

SHC

Transcription

KIT Zellmembran

Wachstum⇓ Überleben ⇓

?

Funktion von KIT in GIST – wie stoppen?"

Translation

p70/85S6K mTOR

AKT/PKB

PDK1/2 PI3K

STAT1 STAT3 STAT5

JAK

MAPK p44/42

MEK1/MEK2

RAF1

RAS

SOS GRB2

SHC

Transcription

KIT Zellmembran

Wachstum⇓ Überleben ⇓

?

Glivec® (imatinib)

Sutent® (sunitinib) Stivarga® (regorafenib)

Problem: Resistenzentwicklung"

•  sekundäre KIT-Mutationen#•  Glivec® / Sutent® / Stivarga® können nicht mehr an das

KIT-Molekül binden#•  und daher nicht mehr wirken##

•  inkomplette Remissionen #

#

Ø  Identifizierung neuer Angriffsziele in GIST#

Unser Ansatz:

Ü  “Kandidaten” •  molekulare Mechanismen von Glivec® •  Apoptose („Zelltod“) •  Quieszenz (“Zellschlaf”)

Ü  Screening •  Molekülgruppen (z.B. Kinasen) •  Medikamente

Neue Angriffsziele für GIST-Therapie"

humane GIST-Zellen: behandelt mit Glivec® (72 Stunden/3 Tage) ein Bild alle 30 Minuten

Wie genau wirkt Glivec® eigentlich?"

Wie genau wirkt Glivec® eigentlich?"

zwei wichtige Beobachtungen:"##

1.  Inhibition von KIT: #schnell (< 1 Stunde)#

#Zelltod:# # #langsam (ca. 3 Tage)####2.  nicht alle Zellen sterben#

Ü  Histon H2AX# ist ein Molekül, dass kausal für die toxische# Aktivität von Imatinib (Glivec®) in GIST-Zellen# verantwortlich ist#

H2AX:"

GIST882 GIST882 GIST882

imat

inib

72h

zu viel:"toxisch für GIST-Zellen"

zu wenig:"schützt GIST-Zellen vor Glivec®"

Liu Y, …, Duensing A., Cancer Research 2007; 67:2685–92

Ü  Bortezomib (Velcade®)## ist ein Medikament, das Expressions-Level#

von Histon H2AX moduliert und für# GIST-Zellen hoch-toxisch ist#

Bortezomib induziert Apoptose in GIST-Zellen"

dose response time course

Bauer S, …, Duensing A., Cancer Research 2010; 70:150-9

Unser Ansatz:

Ü  „Kandidaten” •  molekulare Mechanismen von Glivec® •  Apoptose („Zelltod“) •  Quieszenz („Zellschlaf”)



Ü  Glivec® induziert “Zellschlaf”# durch Aktivierung des DREAM-Komplexes# und mindert so seine eigene Wirkung###

Tumorzellquieszenz („Zellschlaf“)als Ursache inkompletter Remissionen"

Liu Y, …, Duensing A., Cancer Research 2008; 68:9015–23

Der DREAM Komplex reguliert „Zellschlaf“"

DREAM Komplex

E2F target gene

P DYRK1A

Liu Y, …, Duensing A., Cancer Research 2008; 68:9015–23 DeCaprio A & Duensing A; Current Opinion in Oncology 2014; 2014 26:415-21 Boichuk S, …, Duensing A., Cancer Research 2013; 73:5120-9

Ü  Inhibierung des DREAM-Komplexes# (und somit Vermeidung des „Zellschlafs“)# erhöht die toxische Wirkung von Glivec®# ###

Inhibierung von „Zellschlaf“erhöht die Wirkung von Glivec®"

DREAM Komplex

E2F target gene

P DYRK1A



DREAM Komplex

E2F target gene

P DYRK1A


DREAM Komplex

E2F target gene

P DYRK1A



Unser Ansatz:

Ü  „Kandidaten” •  molekulare Mechanismen von Glivec •  Apoptose („Zelltod“) •  Quieszenz („Zellschlaf”)



Ü  Molekül-Screening (RNA-Interferenz)# ist eine effektive Methode, um neue# Angriffsziele für GIST zu identifizieren# ###

RNAi library (humane Proteinkinasen, n=709)

High-throughput Nucleofection

Apoptose/Proliferation

Zellen

Potentielle Targets

RNA Interferenz Screeningzur Identifizierung neuer therapeutischer Targets"

RNAi library (humane Proteinkinasen, n=709)

High-throughput Nucleofection

Apoptose/Proliferation

Zellen

Potentielle Targets

RNA Interferenz Screeningzur Identifizierung neuer therapeutischer Targets"

Symbol Description ABL1 v-abl Abelson murine leukemia viral oncogene

homolog 1 ACVR1B activin A receptor, type IB AKAP4 A kinase (PRKA) anchor protein 4 BRSK2 BR serine/threonine kinase 2 DCLK2 doublecortin-like kinase 2 (also known as CaMK-like

CREB regulatory kinase 2) KIT v-kit Hardy-Zuckerman 4 feline sarcoma viral

oncogene homolog LMTK3 lemur tyrosine kinase 3 LYN v-yes-1 Yamaguchi sarcoma viral related oncogene

homolog MAP2K4 mitogen-activated protein kinase kinase 4 MAPK15 Mitogen-activated protein kinase 15 PAK6 p21(CDKN1A)-activated kinase 6 PI4K2B phosphatidylinositol 4-kinase type-II beta PRKAR2A protein kinase, cAMP-dependent, regulatory, type II,

alpha RIPK1 receptor (TNFRSF)-interacting serine-threonine

kinase 1 RYK RYK receptor-like tyrosine kinase STK11 serine/threonine kinase 11 (Peutz-Jeghers

syndrome) STK19 serine/threonine kinase 19 STRADA STE20-related kinase adaptor alpha TAOK1 TAO kinase 1 TGFBR1 transforming growth factor, beta receptor I TGFBR2 transforming growth factor, beta receptor II TNK1 tyrosine kinase, non-receptor, 1 LOC391533 fms-related tyrosine kinase 1 pseudogene

Duensing Laboratory – unpublished!

Ü  Medikamenten-Screening# identifiziert bestimmte Gruppen „klassischer“# Chemotherapeutika als potenzielle# Therapie für GIST # ###

Medikamenten Screening"

Behandlung in Zellkulturschalen

Test auf Toxizität

Identifizierung von Medikamenten mit Aktivität gegen GIST-Zellen

GIST-Zellen 100 zugelassene Krebsmedikamente

Manche chemotherapeutische Substanzen"sind therapeutisch effektiv in GIST"

effektiv ineffektiv

GIST

LMS

Boichuk S, …, Duensing A., Cancer Research 2014; 74:1200-2013


ineffektiv

GIST

LMS

transcriptional inhibitors

topoisomerase

inhibitors



effektiv ineffektiv

GIST

LMS

transcriptional inhibitors

topoisomerase

inhibitors

•  Transkriptions-Inhibitoren (Mithramycin A) •  Topoisomerase II Inhibitoren (Mitoxantron)

•  klinische Studien


Molekulare Wirkungsmechanismen von Glivec®##

Screening Methoden#######

neue Angriffsziele#neue Therapiestrategien#

neue Therapien für GIST Patienten#

Acknowledgements

Duensing Lab •  Sergei Boichuk •  Kathleen Makielski •  Derek Lee •  Keith Mehalek •  Nina Korzeniewski •  Rolando Cuevas •  Dee Seneviratne •  Matt Brown •  Joshua Parry

•  Jessica Rausch •  Areej Ali •  Aya Agha •  Sneha Patil

University of Pittsburgh Pathology

•  Shih-Fan Kuan

Brigham & Women's Hospital

•  Jonathan Fletcher

MSKCC •  Cristina Antonescu •  Peter Besmer

Universität Duisburg-Essen •  Sebastian Bauer

Katholieke Universiteit Leuven

•  Maria Debiec-Rychter •  Agnieszka Wozniak •  Patrick Schöffski

Cleveland Clinic •  Brian Rubin

UC Davis •  Nikolai Tomilin •  Joseph Siino

Duke University •  Huntington F. Willard •  Brian Chadwick

Dana Farber Cancer Institute

•  James A. DeCaprio •  Larisa Litovchick

OHSU •  Christopher Corless •  Michael Heinrich

numerous private donors University of Pittsburgh Cancer Institute

Health & Medicine

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