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KRAS mutations of the lung adenocarcinoma genome and their impact on inflammation
KRAS mutations of the lung adenocarcinoma genome and their impact on inflammation
Der maligne Pleuraerguss (MPE) ist ein bedeutendes klinisches Problem, das häufig durch Adenokarzinome verursacht wird. Obwohl sich die verschiedenen Pleuratumoren in ihrer Fähigkeit, einen MPE zu erzeugen, stark unterscheiden, sind die kritischen biologischen Pfade, die die MPE-Bildung bestimmen, schlecht definiert. Ein besseres Verständnis der Tumor-Host-Interaktionen, die zu MPE führen, könnte zu neuen Behandlungsmethoden für diese Erkrankung führen. In dieser Arbeit werden neue Mausmodelle des MPE vorgestellt, die dann eingesetzt werden, um zu entdecken, dass Karzinomzellen, die KRAS-Mutationen beherbergen, MPE produzieren, während Zellen ohne solche Mutationen kein MPE produzieren. Zu diesem Zweck zeigten Zellen des Lewis-Lungenkarzinoms (LLC), des Kolon-Adenokarzinoms (MC38) und des malignen Pleuramesothelioms (AE17), die potente Induktoren des MPE sind, mutierte Kras-Allele, nicht-kanonische Nuklearfaktor (NF)-κB Aktivierung, die durch Inhibitor der NF-κΒ Kinase α (IKKα) vermittelt wird, Überexpression von proinflammatorischen Chemokinen und die Fähigkeit zur Rekrutierung spezifischer myeloischer Untergruppen von Zellen im Pleuraraum, einschließlich Mastzellen, Makrophagen und Neutrophilen. Im Gegensatz dazu wiesen Hautmelanom- (B16F10) und Pankreas-Adenokarzinom-Zellen (PANO2) der Maus keine Kras-Mutationen auf, es fehlten alternative NF-κΒ-Signalwege und Chemokin-Expression, und sie waren nicht in der Lage, myeloische Zellen anzuziehen und MPE in syngenen Mäusen zu bilden. Die RNAi-vermittelte Stilllegung von Kras oder IKKα in MPE-kompetenten Zellen hob die MPE-Bildung und die alternative NF-κΒ-Aktivierung auf, während diese Phänomene in MPE-defekten Zellen nach mutierter Kras-Überexpression rekonstituiert wurden. MPE-enthaltende myeloide Zellen versorgten das pleurale Tumormilieu mit Interleukin-1β (IL-1β), das die IKKα Aktivität und die Chemokin-Sekretion von Tumorzellen pepepetuierte und dadurch die MPE-assoziierte Entzündung aufrechterhielt. Die Behandlung von Mäusen mit Deltarasin, einem neuartigen KRAS-Blocker, Imatinib mesylat, einem Mastzellen- und cKIT-Signal inhibitor, oder mit 17-DMAG (Alvespimycin), einem dualen IKKα/IKKβ-Inhibitor, begrenzte die MPE-Entwicklung. Diese Arbeit etablierte experimentelle Werkzeuge, die zum besseren Verständnis der Pathophysiologie des MPE eingesetzt werden können, identifizierte einen Entzündungszyklus, der durch Tumorzellen und das KRAS-Onkogen initiiert und durch Immunzellen und IL-1β perpetuiert wird, und schuf die Grundlagen für zukünftige zielgerichtete Therapien der Erkrankung., Malignant pleural effusion (MPE) is a significant clinical problem commonly caused by adenocarcinomas. Although different pleural tumors vary widely in their ability to produce MPE, the critical pathways that determine MPE formation are poorly defined. Improved understanding of tumor-host interactions that lead to MPE could lead to novel treatments for the condition. In this work, novel mouse models of MPE are put forth, which are subsequently employed to discover that carcinoma cells harboring KRAS mutations produce MPE while cells without such do not. To this end, Lewis lung carcinoma (LLC), colon adenocarcinoma (MC38), and malignant pleural mesothelioma (AE17) cells that are potent inducers of MPE displayed mutant Kras alleles, non-canonical nuclear factor (NF)-κB activation mediated via inhibitor of NF-κΒ kinase α (IKKα), overexpression of proinflammatory chemokines, and capability for the recruitment of specific myeloid cell subsets to the pleural space, including mast cells, macrophages, and neutrophils. In contrast, mouse skin melanoma (B16F10) and pancreatic adenocarcinoma (PANO2) cells did not have Kras mutations, lacked alternative NF-κΒ signaling and chemokine expression, and were incapable of attracting myeloid cells and of forming MPE in syngeneic mice. RNAi-mediated silencing of Kras or IKKα in MPE-competent cells abrogated MPE formation and alternative NF-κΒ activation, while these phenomena were reconstituted in MPE-defective cells after mutant Kras overexpression. MPE-contained myeloid cells fed the pleural tumor milieu with interleukin-1β (IL-1β), which peprpetuated IKKα activity and chemokine secretion by tumor cells, thereby sustaining MPE-associated inflammation. Treatment of mice with deltarasin, a novel KRAS blocker, imatinib mesylate, a mast cell and cKIT signaling inhibitor, or with 17-DMAG (alvespimycin), a dual IKKα/IKKβ inhibitor, limited MPE development. This work established experimental tools that can be used to better understand the pathophysiology of MPE, identified an inflammatory loop initiated by tumor cells and the KRAS oncogene and perpetuated by immune cells and IL-1β, and set the foundations for future targeted therapeutics of the condition.
Not available
Stathopoulos, Georgios
2021
English
Universitätsbibliothek der Ludwig-Maximilians-Universität München
Stathopoulos, Georgios (2021): KRAS mutations of the lung adenocarcinoma genome and their impact on inflammation = KRAS Mutationen im Genom von Adenokarzinomzellen der Lunge und deren Einfluß auf Inflammation. Habilitationsschrift, LMU München: Faculty of Medicine
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Abstract

Der maligne Pleuraerguss (MPE) ist ein bedeutendes klinisches Problem, das häufig durch Adenokarzinome verursacht wird. Obwohl sich die verschiedenen Pleuratumoren in ihrer Fähigkeit, einen MPE zu erzeugen, stark unterscheiden, sind die kritischen biologischen Pfade, die die MPE-Bildung bestimmen, schlecht definiert. Ein besseres Verständnis der Tumor-Host-Interaktionen, die zu MPE führen, könnte zu neuen Behandlungsmethoden für diese Erkrankung führen. In dieser Arbeit werden neue Mausmodelle des MPE vorgestellt, die dann eingesetzt werden, um zu entdecken, dass Karzinomzellen, die KRAS-Mutationen beherbergen, MPE produzieren, während Zellen ohne solche Mutationen kein MPE produzieren. Zu diesem Zweck zeigten Zellen des Lewis-Lungenkarzinoms (LLC), des Kolon-Adenokarzinoms (MC38) und des malignen Pleuramesothelioms (AE17), die potente Induktoren des MPE sind, mutierte Kras-Allele, nicht-kanonische Nuklearfaktor (NF)-κB Aktivierung, die durch Inhibitor der NF-κΒ Kinase α (IKKα) vermittelt wird, Überexpression von proinflammatorischen Chemokinen und die Fähigkeit zur Rekrutierung spezifischer myeloischer Untergruppen von Zellen im Pleuraraum, einschließlich Mastzellen, Makrophagen und Neutrophilen. Im Gegensatz dazu wiesen Hautmelanom- (B16F10) und Pankreas-Adenokarzinom-Zellen (PANO2) der Maus keine Kras-Mutationen auf, es fehlten alternative NF-κΒ-Signalwege und Chemokin-Expression, und sie waren nicht in der Lage, myeloische Zellen anzuziehen und MPE in syngenen Mäusen zu bilden. Die RNAi-vermittelte Stilllegung von Kras oder IKKα in MPE-kompetenten Zellen hob die MPE-Bildung und die alternative NF-κΒ-Aktivierung auf, während diese Phänomene in MPE-defekten Zellen nach mutierter Kras-Überexpression rekonstituiert wurden. MPE-enthaltende myeloide Zellen versorgten das pleurale Tumormilieu mit Interleukin-1β (IL-1β), das die IKKα Aktivität und die Chemokin-Sekretion von Tumorzellen pepepetuierte und dadurch die MPE-assoziierte Entzündung aufrechterhielt. Die Behandlung von Mäusen mit Deltarasin, einem neuartigen KRAS-Blocker, Imatinib mesylat, einem Mastzellen- und cKIT-Signal inhibitor, oder mit 17-DMAG (Alvespimycin), einem dualen IKKα/IKKβ-Inhibitor, begrenzte die MPE-Entwicklung. Diese Arbeit etablierte experimentelle Werkzeuge, die zum besseren Verständnis der Pathophysiologie des MPE eingesetzt werden können, identifizierte einen Entzündungszyklus, der durch Tumorzellen und das KRAS-Onkogen initiiert und durch Immunzellen und IL-1β perpetuiert wird, und schuf die Grundlagen für zukünftige zielgerichtete Therapien der Erkrankung.

Abstract

Malignant pleural effusion (MPE) is a significant clinical problem commonly caused by adenocarcinomas. Although different pleural tumors vary widely in their ability to produce MPE, the critical pathways that determine MPE formation are poorly defined. Improved understanding of tumor-host interactions that lead to MPE could lead to novel treatments for the condition. In this work, novel mouse models of MPE are put forth, which are subsequently employed to discover that carcinoma cells harboring KRAS mutations produce MPE while cells without such do not. To this end, Lewis lung carcinoma (LLC), colon adenocarcinoma (MC38), and malignant pleural mesothelioma (AE17) cells that are potent inducers of MPE displayed mutant Kras alleles, non-canonical nuclear factor (NF)-κB activation mediated via inhibitor of NF-κΒ kinase α (IKKα), overexpression of proinflammatory chemokines, and capability for the recruitment of specific myeloid cell subsets to the pleural space, including mast cells, macrophages, and neutrophils. In contrast, mouse skin melanoma (B16F10) and pancreatic adenocarcinoma (PANO2) cells did not have Kras mutations, lacked alternative NF-κΒ signaling and chemokine expression, and were incapable of attracting myeloid cells and of forming MPE in syngeneic mice. RNAi-mediated silencing of Kras or IKKα in MPE-competent cells abrogated MPE formation and alternative NF-κΒ activation, while these phenomena were reconstituted in MPE-defective cells after mutant Kras overexpression. MPE-contained myeloid cells fed the pleural tumor milieu with interleukin-1β (IL-1β), which peprpetuated IKKα activity and chemokine secretion by tumor cells, thereby sustaining MPE-associated inflammation. Treatment of mice with deltarasin, a novel KRAS blocker, imatinib mesylate, a mast cell and cKIT signaling inhibitor, or with 17-DMAG (alvespimycin), a dual IKKα/IKKβ inhibitor, limited MPE development. This work established experimental tools that can be used to better understand the pathophysiology of MPE, identified an inflammatory loop initiated by tumor cells and the KRAS oncogene and perpetuated by immune cells and IL-1β, and set the foundations for future targeted therapeutics of the condition.