Universität zu Köln

Witt, Axel (2015). IAP antagonization promotes inflammatory destruction of vasculature endothelium and inhibits tumor growth. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

The inhibitor of apoptosis (IAP) protein family encodes a group of structurally related proteins that were initially identified based on their ability to inhibit cell death. Due to their cytoprotective properties and their elevated expression levels in many types of human cancer, small molecular pharmacological inhibitors of IAPs (SMAC mimetics, SM) were developed in the last years (Kashkar, 2010; Fulda & Vucic, 2012; Bai et al, 2014). Numerous studies have focused on the role of SM-induced cell death in cancer cells. Accordingly, many SM compounds are currently in clinical trials to evaluate their potential in cancer therapy and so far, SM-mediated cell death is believed to directly target malignant cells (Fulda & Vucic, 2012; Fulda, 2014; Bai et al, 2014). In order to study the underlying mechanisms in more detail in vivo, we used a B16 melanoma mouse model with immune competent mice. The obtained results demonstrated that IAP antagonization by a pan-IAP antagonist inhibits tumor growth in vivo not by inducing direct cytotoxicity towards tumor cells. In fact, our work showed that SM triggers a TNF-dependent disruption of the vasculature in the tumor microenvironment. Specifically, SM treatment facilitated the production of TNF by B16 melanoma tumor cells, which is consistent with previous observations concerning the cellular responses to SM exposure (Wu et al, 2007). Two key components of tumor stroma, infiltrating immune cells and endothelial vasculature, were scrutinized in our study. While no significant differences in the immune cell infiltration of B16 mouse tumors were observed, we found a striking reduction of the vascularization in B16 tumors treated with SM. The lack of vascularization in B16 melanoma tumors or implanted matrigel plugs in wild type but not in TNF-R1/2-/--mice and the potentiated susceptibility of two independent EC cultures towards TNF in the presence of SM, identified the endothelial cells of the tumor vasculature as the major target of SM-induced cell death within the tumor microenvironment. Taken together, our work identified a novel anti-angiogenic activity of a pan-IAP antagonist in the presence of elevated TNF levels under inflammatory conditions within the tumor microenvironment. This could constitute an additional and perhaps complementary potential of SM, which could improve current cancer therapies.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language IAP Antagonisierung begünstigt die inflammatorische Zerstörung des vaskulären Endotheliums und Inhibition des Tumorwachstums German
Translated abstract:	Abstract Language Die Mitglieder der Familie der inhibitor of apoptosis Proteine (IAPs) wurden ursprünglich aufgrund ihrer Fähigkeit beschrieben den Zelltod zu blockieren. IAPs haben nicht nur zytoprotektive Eigenschaften, sondern werden zudem in malignen Zellen häufig überexprimiert und stellen daher ein attraktives therapeutisches Ziel in der Krebstherapie dar. In den letzten Jahren wurde eine große Anzahl von kleinen, pharmakologischen IAP-Inhibitoren, sogenannte SMAC mimetics (SM), mit dem Ziel der Einleitung der Apoptose in Krebszellen entwickelt. Eine Vielzahl an SM werden derzeit in klinischen Studien getestet um ihr Potential in der Behandlung von malignen Erkrankungen zu untersuchen (Kashkar, 2010; Fulda & Vucic, 2012; Bai et al, 2014). Zur Zeit wird angenommen, dass die anti-kanzerogene Wirkung von SM auf einen direkten zytotoxischen Effekt von SM auf maligne Zellen zurückzuführen ist (Fulda & Vucic, 2012; Fulda, 2014; Bai et al, 2014). Zur genaueren Untersuchung des zugrundeliegenden Wirkmechanismus von SM in vivo, wurde in der vorliegenden Arbeit ein B16 Melanom Modell in immun-kompetenten Mäusen verwendet. In diesen Untersuchungen wurde eine Reduktion des Tumorwachstums bei der Verabreichung eines pan-IAP Antagonisten, allerdings ohne dabei eine direkte Zytotoxizität in Tumorzellen auszulösen, beobachtet. Es konnte vielmehr veranschaulicht werden, dass SM zu einer TNF-abhängigen Zerstörung der Tumor-Blutgefäße führte. In Übereinstimmung mit veröffentlichten Studien in anderen Tumorzellen (Wu et al, 2007) haben unsere weiteren detaillierten Untersuchungen gezeigt, dass B16 Zellen durch die Behandlung mit SM TNF sezernieren. Zur genaueren Identifikation des Wirkmechanismus wurden zwei Hauptkomponenten des Tumor-Stromas untersucht, Tumor-infiltrierende Immunzellen und die endotheliale Vaskulatur. Hierbei wurden keine Veränderungen der Infiltration von Immunzellen festgestellt. Es konnte jedoch eine deutliche Reduktion an Tumor-Blutgefäßen beobachtet werden. Diese Reduktion konnte in implantierten Matrigel-Plugs bestätigt werden. Bemerkenswerterweise war dieser Effekt bei implantierten Matrigel-Plugs und bei der Analyse des Tumorwachstums in TNF-R1/2-/--Mäusen nicht zu beobachten, wodurch die Rolle von TNF-induzierten zytotoxischen Signalkaskaden in der anti-kanzerogenen Wirkung von SM bestätigt wurde. Im Gegensatz zu malignen Zellen wurde eine eine hohe Anfälligkeit gegenüber SM/TNF induzierten Zelltod in zwei Endothelzelllinien gezeigt. Diese Ergebnisse veranschaulichen, dass vor allem Endothelzellen der Blutgefäße im Tumorstroma durch die Behandlung mit SM zerstört werden, wobei die zytotoxische Wirkung auf maligne Zellen marginal ist Zusammenfassend wurde in dieser Arbeit erstmalig gezeigt, dass pan-IAP Antagonisten aufgrund von erhöhtem TNF im Tumorstroma zu einer Reduktion der Blutgefäße führen. Diese bisher unbekannte Charakteristik könnte zu einer Verbesserung des therapeutischen Nutzens von SM in der Krebstherapie führen. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Witt, Axel wittaxel@yahoo.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-60801
Date:	30 March 2015
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Subjects:	Life sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language IAP, tumor, TNF, angiogenesis, SMAC mimetic English
Date of oral exam:	19 January 2015
Referee:	Name Academic Title Wunderlich, Thomas PD Dr. Pasparakis, Manolis Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/6080