Genetic analysis of Mir34a in mouse models of colorectal cancer

Öner-Ziegler, Meryem Gülfem (2019): Genetic analysis of Mir34a in mouse models of colorectal cancer. Dissertation, LMU München: Medizinische Fakultät

Abstract

In this study, the potential role of miR-34a as a tumor suppressor in mouse models of carcinogen-induced colorectal cancer and colitis-associated cancer was investigated. In the first part, I demonstrated that germline deletion of Mir34a promotes inflammation-induced colorectal carcinogenesis in mice. In a colitis-associated cancer model Mir34a-deficiency was associated with an increase in the frequency and size of colon tumors, and enhanced invasion into surrounding tissue. Mir34a-deficient colon tumors displayed IL6R/Stat3 pathway activation with elevated expression of EMT markers, such as Snail and Zeb1, which might explain the observed invasive characteristics of these colon tumors. Therefore, this study provided first in vivo proof for a tumor suppressive function of Mir34a in a genetic mouse model of CAC. It was previously shown that miR-34a is a down-stream target of tumor suppressor Tp53. Inactivation of both TP53 (by mutation) and MIR34A (by CpG methylation) occurs in late stages of colorectal carcinogenesis. In the second part of this study we found that TP53 and the MIR34A were inactivated in 50% of CRCs which developed distant metastases. To trace the consequences of this combined inactivation, I deleted these genes in a mouse model of colorectal cancer, and characterized the CRC initiation and progression. RNA expression profiling of colon tumors revealed the activation of key oncogenic factors and pathways, such as c-Myc, EMT, hypoxia, and an inflammatory response in Mir34aΔIECTp53ΔIEC mice. Treatment of Mir34aΔIECTp53ΔIEC mice with inhibitors of up-regulated Mir34a targets, as exemplarily demonstrated here for IL6R and Pai-1, reduced tumor progression and inhibited the lymph-node metastasis. Analysis of 628 colon cancer cases represented in online databases and 61 primary tissue samples obtained from patients demonstrated that the findings made in a preclinical mouse model can be transferred to humans. Taken together, the results obtained within this study improved the understanding of the role of miR-34a in colorectal cancer and underlined the therapeutic potential of miR-34a targets as an alternative approach for the treatment of colorectal cancer.

Abstract

In dieser Arbeit wurde die potentielle Wirkung von miR-34a als Tumorsuppressor in einem karzinogen-induzierten und einem Kolitis-assoziierten Mausmodell für das Kolorektale Karzinom untersucht. Im ersten Teil der Arbeit zeigte ich, dass die Deletion von Mir34a in der Keimbahn von Mäusen die Entstehung von Entzündungs-induzierten Darmkrebs verstärkt. Verlust von Mir34a führte im Modell für Kolitis-assoziierten Krebs zu erhöhter Zahl und Größe von Tumoren und förderte deren Invasion in benachbarte Strukturen. In Mir34a-defizienten Darmtumoren zeigte sich eine Aktivierung des IL6R/Stat3-Signalwegs mit verstärkter Expression von EMT Genen, wie z.B. Snail und Zeb1, was die beobachteten invasiven Eigenschaften dieser Darmtumoren erklären könnte. Diese Arbeit stellt den ersten in vivo Beweis für eine tumorsuppressive Wirkung von Mir34a in einem genetischen Modell für Kolitis-assoziiertem Krebs dar. Es war bereits bekannt, dass miR-34a ein nachgeschaltetes Zielgen des Tumorsuppressors p53 (TP53) ist. Im fortgeschrittenen Stadium von Kolorektal-karzinomen (KRK) kommt es zur Inaktivierung von TP53 (durch Mutation) und von MIR34A (durch CpG Methylierung). Im zweiten Teil der Studie beschreiben wir, dass in jedem zweiten KRK mit Fernmetastasen sowohl TP53, als auch MIR-34A inaktiviert waren. Um die Folgen dieser kombinierten Inaktivierung aufzuspüren habe ich diese Gene in einem Modell für sporadisches Kolorektales Karzinom simultan deletiert und die frühe und fortgeschrittene Phase der Tumorentwicklung untersucht. Untersuchungen des Expressionsprofils von RNA in Darmtumoren zeigte die Aktivierung von zentralen onkogenen Faktoren und Signalwegen wie c-Myc, EMT, Hypoxie und Tumor-assoziierte Entzündung in Mir34aΔIECTp53ΔIEC Mäusen. Die Behandlung dieser Mäuse mit Inhibitoren aktivierter Mir34a Zielgene, wie hier exemplarisch für IL6R und Pai-1 gezeigt, reduzierte die Tumorentwicklung und blockierte die Entstehung von Lymphknotenmetastasen. Die Analyse von 628 Darmkrebsfällen aus Datenbanken und von 61 Gewebeproben von Patienten zeigte die Übertragbarkeit der Ergebnisse aus dem präklinischen Mausmodell auf den Menschen. Zusammengefasst vertiefen die Ergebnisse dieser Arbeit unser Verständnis der Folgen einer Mir34a-Inaktivierung in Krebszellen und unterstreichen das therapeutisches Potential von miR-34a-Zielgenen als alternativen Ansatz in der Behandlung von Darmkrebs.

• Dokumententyp: Dissertationen (Dissertation, LMU München)
• Keywords: microRNA, Colorectal Cancer, EMT, Metastasis
• Themengebiete: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften ; 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 610 Medizin und Gesundheit
• Fakultäten: Medizinische Fakultät
• Sprache der Hochschulschrift: Englisch
• Datum der mündlichen Prüfung: 26. März 2019
• 1. Bericht­erstatter:in: Hermeking, Heiko