Proteomics uncover EPHA2 in cetuximab resistant colorectal cancer cell lines as a potential novel therapeutic target

Torlot, Lucien Edward (2023): Proteomics uncover EPHA2 in cetuximab resistant colorectal cancer cell lines as a potential novel therapeutic target. Dissertation, LMU München: Medizinische Fakultät

Abstract

Colorectal cancer (CRC) affects more than 50 000 people yearly in Germany alone, with one fifth of patients presenting with UICC stage IV, metastatic disease (mCRC). These patients are typically treated with polychemotherapy combined with targeted anti-EGFR, anti-BRAF or anti-VEGF targeted therapies. Patients with left-sided mCRC and KRAS, NRAS and BRAF wildtype disease are typically treated with double chemotherapy (FOLFOX or FOLFIRI) combined with the anti-EGFR targeted monoclonal antibodies cetuximab (CET) or panitumumab. Despite the intensive therapy regimens, 5-year survival rates in metastatic disease are as low as 16%, owing to primary treatment resistance or the rapid development of acquired (or secondary) treatment resistance. Both primary and secondary resistance to anti-EGFR therapies, such as CET, have been linked to alterations in the RAS genes (mainly KRAS and NRAS), as these cause self-sufficient mitogenic signalling. RAS small GTPase proteins sit at a crossroad of multiple signalling pathways and constitutively active RAS signalling affects many cellular functions besides mitogenic signalling, making it difficult to assess the full biological implications of oncogenic RAS signalling. This study therefore used mass-spectrometric based proteomics to identify kinome reprogramming in mCRC cell lines with KRAS associated, acquired CET resistance in order to investigate the molecular implications of RAS oncogenic signalling and uncover potential second-line therapy options to overcome acquired CET resistance. The cell line-based model of acquired CET resistance used in this study, comprising two CET sensitive parental cell lines and four isogenic CET resistant cell lines, was characterised by significant changes in the kinome associated with resistance, most of which were specific to individual cell lines. Chemical proteomics identified Ephrin type-A receptor 2 (EPHA2) overexpression as a common feature in all CET resistant cell lines. These resistant cells displayed significantly stronger migration than their parental counterparts (p<0,01) and EPHA2 was found to be a molecular driver of cell migration. Migration rates could be significantly reduced by targeting EPHA2 using RNA interference (RNAi) (p<0,001), ligand stimulation (p<0,001), tyrosine kinase inhibitor treatment (p<0,01) and anti-EPHA2 antibody treatment (p<0,001). These results identify EPHA2 as a potential actionable target for second-line targeted therapies in CET resistant mCRC. This study supported by recent findings emphasises the potential role of EPHA2 as a biomarker and target for precision medicine approaches in mCRC.

Abstract

In Deutschland erkranken jährlich über 50 000 Menschen am kolorektalen Karzinom (KRK), und etwa jede fünfte Erkrankung manifestiert sich im metastasierten Stadium (UICC Stadium IV). Die Behandlung des metastasiertem KRK (mKRK) umfasst typischerweise eine Polychemotherapie in Kombination mit einer zielgerichteten anti-EGFR, anti-BRAF oder anti-VEGF zielgerichteter Behandlung. Patient*innen mit linksseitigem mKRK und KRAS, NRAS und BRAF Wildtyp werden typischerweise mit einer Chemotherapie Doublette (FOLFOX oder FOLFIRI) und einem der monoklonalen anti-EGFR Antikörper Cetuximab (CET) oder Panitumumab behandelt. Trotz intensiver Therapie beträgt das 5-Jahres Überleben im metastasierten Stadium lediglich 16%, geschuldet durch das Vorhandensein von primäre Resistenzmechanismen oder durch die rasche Entwicklung von sekundären Resistenzmechanismen. Sowohl primäre als auch sekundäre Resistenzen gegen anti-EGFR Therapeutika werden durch Alterationen der RAS-Gene (hauptsächlich KRAS und NRAS) stark begünstigt. Onkogenes RAS hält in Krebszellen mitotische Signalwege aufrecht. Diese kleine GTPasen sitzen an einem molekularen Schaltwerk verschiedener Signalwege und ihre konstitutive Aktivierung beeinflusst viele weitere zelluläre Funktionen als nur mitotische Signalwege, sodass die genaue Wirkung von onkogenem RAS in Krebszellen schwer zu beurteilen ist. Daher untersuchte dieses Forschungsprojekt Änderungen des Kinoms in mKRK-Zelllinien mit sekundärer, KRAS assoziierter CET-Resistenz, um die molekulare Auswirkung von onkogenem RAS zu beurteilen und um potenzielle alternative Zielstrukturen für zielgerichtete Therapien zu finden. Das in diesem Projekt benützte Zelllinien-basierte Model sekundärer CET-Resistenz bestand aus zwei CET-sensitiven parentalen- und vier isogenen CET-resistenten Zelllinien. CET-resistente Zellen wiesen eine stark individuelle Alteration des Kinoms auf. Eine Gemeinsamkeit aller resistenten Zelllinien war die Überexpression von Ephrin Typ-A Rezeptor 2 (EPHA2). Resistente Zellen migrierten signifikant stärker als parentale Zellen (p<0,01) und EPHA2 konnte als molekularer Treiber zellulärer Migration identifiziert werden, denn die Migrationsrate konnte durch spezifisches Eingreifen in den EPHA2 Signalweg signifikant reduziert werden. Dies konnte durch RNA-Interferenz (RNAi) (p<0,001), Ligandenstimulation (p<0,001), Tyrosinkinaseinhibition (p<0,01) und anti-EPHA2 Antikörperbehandlung (p<0,001) erzielt werden. Diese Ergebnisse identifizieren EPHA2 als potentiell spezifisches Ziel für eine zielgerichtete Therapie in CET-resistentem mKRK. Dieses Projekt, gestützt durch aktuelle wissenschaftliche Erkenntnisse, zeigt die Rolle von EPHA2 als Biomarker und potenzielles Ziel für eine zielgerichtete Behandlungsstrategie in Patient*innen mit mKRK auf.

• Dokumententyp: Dissertationen (Dissertation, LMU München)
• 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: 9. März 2023
• 1. Bericht­erstatter:in: Jung, Andreas