Universität zu Köln

Valdez Capuccino, Lucas (2024). Harnessing cell death vulnerabilities for the treatment of Small Cell Lung Cancer. PhD thesis, Universität zu Köln.

PDF (PhD dissertation) Harnessing cell death vulnerabilities for the treatment of Small Cell Lung Cancer.pdf - Accepted Version Download (5MB)

Abstract

Regulated cell death is an essential process in multicellular organisms, necessary for development and critical for pathogen responses. Apoptosis, justifiably the most studied regulated cell death process, rids the body of old and damaged cells via the ordered activity of caspases. These proteases can activate the pore-forming protein Gasdermin E, which switches the normally immunologically silent apoptosis to pyroptosis. Pyroptosis is a Gasdermin-mediated type of regulated cell death characterised by lytic death of the cell, the release of pro-inflammatory factors and subsequent recruitment of immune cells. Defects in cell death signalling are a common cause of several diseases, leading to exacerbated cell death or nullifying its activation. Resisting cell death is an essential hallmark of Cancer, as regulated cell death prevents tumour formation. Lung cancer is the leading cause of cancer-related deaths worldwide per year with over 1.8 million deaths annually. Small Cell Lung Cancer (SCLC) is a recalcitrant subtype of lung cancer with dismal survival rates of only 7% after 5 years. In this study, we manipulated the apoptotic circuitry by using small molecules to block the Cyclin-dependent Kinase 9 (CDK9) activity, which is necessary for RNA transcription. We showed that the inhibition of CDK9 leads to the decrease of short-lived proteins, particularly of anti-apoptotic proteins, thus triggering apoptosis in SCLC cells. We found that, unlike non-SCLC cells, SCLC cells are unable to adapt their apoptotic signalling upon CDK9 inhibition and are therefore primed to undergo apoptosis. SCLC cells that are resistant to chemotherapy were found to be sensitive to CDK9 inhibition, bypassing their acquired insensitivity. We also found that CDK9 inhibition exerts anti-tumoral effects in autochthonous and syngeneic SCLC mouse models and that the tumour inhibitory effect is dependent on immune cells. We next studied the role of Gasdermin E in the tumour biology of SCLC and found that, although it does not influence tumour initiation and progression, it clearly modulates the sensitivity of SCLC cells to the induction of apoptosis. SCLC cells lacking Gasdermin E were less sensitive to chemotherapy and CDK9 inhibition treatments. Taken together, our study demonstrates that inhibiting CDK9 is a viable treatment option for SCLC. Additionally, we show that the expression of Gasdermin E reduces the threshold necessary for the induction of cell death. In this thesis, we harnessed the vulnerabilities in the apoptotic pathway of cancer cells to treat SCLC.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Der regulierte Zelltod ist ein wesentlicher Prozess in multizellulären Organismen, der für die Entwicklung notwendig und für die Reaktion auf Krankheitserreger entscheidend ist. Die Apoptose, der zu Recht am meisten untersuchte regulierte Zelltodprozess, befreit den Körper durch die aufeinander abgestimmte Aktivität von Caspasen von alten und geschädigten Zellen. Diese Proteasen können das porenbildende Protein Gasdermin E aktivieren, wodurch die normalerweise immunologisch stille Apoptose in die Pyroptose übergeht. Die Pyroptose ist eine durch Gasdermin vermittelte Form des regulierten Zelltods, die durch den lytischen Tod der Zelle, die Freisetzung entzündungsfördernder Faktoren und die anschließende Rekrutierung von Immunzellen gekennzeichnet ist. Defekte in Zelltod-Signalkaskaden sind eine häufige Ursache für verschiedene Krankheiten, die zu verstärktem Zelltod führen oder dessen Aktivierung aufheben. Der Widerstand gegen den Zelltod ist ein wesentliches Merkmal von Krebs, da ein regulierter Zelltod die Tumorbildung verhindert. Lungenkrebs ist mit über 1,8 Millionen Todesfällen pro Jahr weltweit die häufigste Ursache für krebsbedingte Todesfälle. Das kleinzellige Bronchialkarzinom (Small Cell Lung Cancer, SCLC) ist eine schwer zu behandelndeUnterart von Lungenkrebs mit einer geringen Überlebensrate von nur 7 % nach 5 Jahren. In dieser Studie manipulierten wir den apoptotischen Kreislauf, indem wir kleine Moleküle zur Blockierung der Aktivität der Cyclin-abhängigen Kinase 9 (CDK9) einsetzten, die für die RNA-Transkription notwendig ist. Wir konnten zeigen, dass die Hemmung von CDK9 zu einer Verringerung von kurzlebigen Proteinen, insbesondere von antiapoptotischen Proteinen, führt und so die Apoptose in SCLC-Zellen auslöst. Wir fanden heraus, dass SCLC-Zellen im Gegensatz zu Nicht-SCLC-Zellen nicht in der Lage sind, ihre apoptotischen Signale nach einer CDK9-Hemmung anzupassen, und daher für die Apoptose gerüstet sind. SCLC-Zellen, die gegen eine Chemotherapie resistent sind, erwiesen sich als empfindlich gegenüber einer CDK9-Hemmung und überwanden so ihre erworbene Unempfindlichkeit. Wir fanden auch heraus, dass die CDK9-Hemmung in autochthonen und syngenen SCLC-Mausmodellen antitumorale Wirkungen hat und dass die tumorhemmende Wirkung von Immunzellen abhängig ist. Als nächstes untersuchten wir die Rolle von Gasdermin E in der Tumorbiologie von SCLC und fanden heraus, dass das Protein zwar keinen Einfluss auf die Tumorinitiation und -progression hat, aber eindeutig die Empfindlichkeit von SCLCZellen gegenüber der Induktion von Apoptose moduliert. SCLC-Zellen, denen Gasdermin E fehlte, waren weniger empfindlich gegenüber Chemotherapie und CDK9-Hemmungen. Insgesamt zeigt unsere Studie, dass die Hemmung von CDK9 eine praktikable Behandlungsoption für SCLC ist. Darüber hinaus zeigen wir, dass die Expression von Gasdermin E die Schwelle senkt, die für die Auslösung des Zelltods überschritten werden muss. In dieser Arbeit haben wir uns die Schwachstellen im apoptotischen Signalweg von rebszellen zunutze gemacht, um SCLC zu behandeln. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Valdez Capuccino, Lucas l.valcap95@gmail.com UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-744556
Date:	2024
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences Faculty of Medicine
Divisions:	CECAD - Cluster of Excellence Cellular Stress Responses in Aging-Associated Diseases Cologne Center for Genomics
Subjects:	Life sciences Medical sciences Medicine
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Lung Cancer English Cell death English Apoptosis English CDK9 English
Date of oral exam:	22 October 2024
Referee:	Name Academic Title von Karstedt, Silvia Prof. Dr. Zuccaro, Alga Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/74455