Universität zu Köln

Schmiel, Marcel (2025). Einfluss der pharmakologischen Inhibierung der lysinspezifischen Histon-Demethylase LSD1 in Leberkrebszellen. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Das hepatozelluläre Karzinom ist weltweit gesehen die sechsthäufigste Krebsneuerkrankung und die dritthäufigste Krebstodesursache. Im Vergleich dazu ist die Inzidenz in Deutschland gegenwärtig geringer, jedoch ist von einer Zunahme in Folge von Hyperalimentation und der damit verbundenen nicht-alkoholischen Steatohepatitis auszugehen. Trotz einiger therapeutischer Fortschritte in den letzten Jahren ist die Prognose insgesamt schlecht, was nicht zuletzt auf eine späte Diagnose in fortgeschrittenen Stadien zurückzuführen ist. In diesen Stadien erhalten die Patienten vor allem systemische Therapeutika, wie Chemotherapeutika und Multityrosinkinaseinhibitoren da chirurgisch-interventionelle Verfahren i.d.R. nicht mehr in Frage kommen. Die Entwicklung neuer Pharmakotherapien ist daher essentiell, um das Überleben auch in fortgeschrittenen Tumorstadien zu verbessern. Die lysinspezifische-Demethylase 1 (LSD1) entfernt Methylgruppen des Lysin 4 und 9 des Histon H3. Je nach Lysin und rekrutierten Co-Faktor kann dadurch eine Hochregulierung oder Repression bestimmter Gene bedingt werden, was zu weitreichenden Expressionsveränderungen der Zelle führt. Aktuelle Studien konnten eine Überexpression von LSD1 ist zahlreichen onkologischen Erkrankungen, wie Lungenkrebs oder dem hepatozellulärem Karzinom belegen. Dies hat dazu geführt, dass in den letzten Jahren zahlreiche pharmakologische Inhibitoren entwickelt wurden, wobei der C12-Inhibitor von Sorna et al. als besonders spezifisch und effektiv hervorgegangen ist. In Rahmen unserer Studie haben wir untersucht welche Effekte die pharmakologische LSD1- Hemmung mittels C12 in Krebszellen mit Fokus auf das HCC hat. Dazu haben wir Proben unter LSD1-Inhibierung sowie Kontrollproben RNA-sequenziert, wobei hier weitreichende Veränderungen des Transkriptoms zu beobachten waren. Eine bioinformatische Untersuchung der alterierten Gennetzwerke hat hierbei umfangreiche Veränderungen metabolischer Signalwege in HCC-, sowie Lungenadenokarzinom- und Zervixkarzinomzelllinien ergeben. Insbesondere kam es zu einer transkriptionellen Repression zahlreicher Gene die für Untereinheiten des Komplex I der mitochondrialen Atmungskette codieren, sowie zu einer Expressionszunahme von mitophagieassoziierten Genen, die auch mittels qPCR validiert werden konnten. Funktionelle mikroskopische und durchflusszytometrische Analysen haben zudem eine Reduktion des mitochondrialen Membranpotentials belegt und somit eine funktionelle Einschränkung suggeriert. Diese wurde mit Hilfe des „Seahorse XFe96-Device“, weiter untersucht, wobei hier gezeigt werden konnte, dass Zellen unter LSD1-Hemmung eine geringeren basalen Sauerstoffverbrauch, als Ausdruck der basalen mitochondrialen Aktivität, aufweisen. Weiterhin zeigte sich eine deutlich reduzierte ATP-Produktion, maximale Respiration und Reservekapazität. Außerdem konnten in ultrastrukturellen Analysen der Mitochondrien deutliche morphologische Zeichen der Schädigung, wie eine verminderte Dichte, Verlust der Cristae und ein Ödem beobachtet werden. Abschließend hat die durchgeführte Arbeit bewiesen, dass die pharmakologische LSD1- Hemmung in Krebszellen, insbesondere Hepatomazelllinien, zu einer Einschränkung der mitochondrialen Respiration, mit der Folge eines dysregulierten Energiehaushalts führt. Es ist anzunehmen, dass die LSD1-Hemmung neben den belegten Effekten auf den Zellzyklus auch über eine ATP-Depletion, verminderte „metabolische Fitness“ und eine verringerte metabolischen Plastizität das Wachstum und die Proliferation von Krebszellen hemmt. Ob die Effekte direkte Konsequenzen einer LSD1-vermittelten Expressionsregulation sind oder ob indirekte Effekte und veränderte Protein-Protein-Interaktionen auschlaggebend sind ist bisher nicht abschließend geklärt und Gegenstand weiterer Forschungsarbeiten.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Schmiel, Marcel m-schmiel@web.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-783711
Date:	2025
Language:	German
Faculty:	Faculty of Medicine
Divisions:	Faculty of Medicine > Pathologie und Neuropathologie > Institut für Pathologie
Subjects:	Medical sciences Medicine
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Hepatozelluläres Karzinom (HCC) German Epigenetik German LSD1 German Metabolismus German Mitochondrien German
Date of oral exam:	28 March 2025
Referee:	Name Academic Title Odenthal, Margarete Professorin Dr. rer. nat. Ullrich, Roland Tillmann Universitätsprofessor Dr. med. Dr. nat. med.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/78371