Identifikation neuer Angriffsziele in
gastrointestinalen Stromatumoren (GIST)







12. Treffen der GIST-Gruppe Schweiz

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GIST und KIT – vom Target zur Therapie"
"
•  die Mehrzahl von gastrointestinalen Stromatumoren weist eine
Mutation im KIT-...
GIST und KIT – vom Target zur Therapie"
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•  die Mehrzahl von gastrointestinalen Stromatumoren weist eine
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modifiziert von: http://www.ntz.de
KIT
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Normale Funktion von KIT"
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p70/85S6KmTOR
AKT/PKB
PDK1/2
PI3K
STAT1 STAT3 STAT5
JAK
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Normale Funktion von KIT"
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Problem: Resistenzentwicklung"
•  sekundäre KIT-Mutationen#
•  Glivec® / Sutent® / Stivarga® können nicht mehr an das
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Unser Ansatz:
Ü  “Kandidaten”
•  molekulare Mechanismen von Glivec®
•  Apoptose („Zelltod“)
•  Quieszenz (“Zellschlaf”)
Ü...
humane GIST-Zellen: behandelt mit Glivec® (72 Stunden/3 Tage)
ein Bild alle 30 Minuten
Wie genau wirkt Glivec® eigentlich?"
Wie genau wirkt Glivec® eigentlich?"
zwei wichtige Beobachtungen:"
#
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1.  Inhibition von KIT: #schnell (< 1 Stunde)#
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Ü  Histon H2AX#
ist ein Molekül, dass kausal für die toxische#
Aktivität von Imatinib (Glivec®) in GIST-Zellen#
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H2AX:"
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toxisch für GIST-Zellen"
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Ü  Bortezomib (Velcade®)#
# ist ein Medikament, das Expressions-Level#
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Bortezomib induziert Apoptose in GIST-Zellen"
dose response time course
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Unser Ansatz:
Ü  „Kandidaten”
•  molekulare Mechanismen von Glivec®
•  Apoptose („Zelltod“)
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Ü  Glivec® induziert “Zellschlaf”#
durch Aktivierung des DREAM-Komplexes#
und mindert so seine eigene Wirkung#
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Tumorzellquieszenz („Zellschlaf“)

als Ursache inkompletter Remissionen"
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Der DREAM Komplex reguliert „Zellschlaf“"
DREAM Komplex
E2F target gene
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DYRK1A
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Ü  Inhibierung des DREAM-Komplexes#
(und somit Vermeidung des „Zellschlafs“)#
erhöht die toxische Wirkung von Glivec®#
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Inhibierung von „Zellschlaf“

erhöht die Wirkung von Glivec®"
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Inhibierung von „Zellschlaf“

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Inhibierung von „Zellschlaf“

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Unser Ansatz:
Ü  „Kandidaten”
•  molekulare Mechanismen von Glivec
•  Apoptose („Zelltod“)
•  Quieszenz („Zellschlaf”)
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Ü  Molekül-Screening (RNA-Interferenz)#
ist eine effektive Methode, um neue#
Angriffsziele für GIST zu identifizieren#
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RNAi library
(humane Proteinkinasen,
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High-throughput
Nucleofection
Apoptose/Proliferation
Zellen
Potentielle Target...
RNAi library
(humane Proteinkinasen,
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High-throughput
Nucleofection
Apoptose/Proliferation
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Potentielle Target...
Ü  Medikamenten-Screening#
identifiziert bestimmte Gruppen „klassischer“#
Chemotherapeutika als potenzielle#
Therapie für ...
Medikamenten Screening"
Behandlung in Zellkulturschalen
Test auf
Toxizität
Identifizierung von Medikamenten mit Aktivität ...
Manche chemotherapeutische Substanzen"
sind therapeutisch effektiv in GIST"
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Manche chemotherapeutische Substanzen"
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Molekulare Wirkungsmechanismen von Glivec®#
#
Screening Methoden#
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neue Angriffsziele#
neue Therapiestrategien#...
Acknowledgements
Duensing Lab
•  Sergei Boichuk
•  Kathleen Makielski
•  Derek Lee
•  Keith Mehalek
•  Nina Korzeniewski
•...
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Identifikation neuer Angriffsziele in GIST-Tumoren

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Dr. med. Anette Duensing (Pathology, Pittsburgh Cancer Institute, Pittsburgh USA) stellt sich nach dem Pathologen und dem Anästhesisten als die dritte „unsichtbare“ Person vor: die Forscherin! Unter dem Titel „GIST und KIT – vom Target zur Therapie“ stellt sie ihre Arbeit vor, für die sie im letzten Jahr mit dem GIST-Preis 2014 ausgezeichnet wurde.

Veröffentlicht in: Gesundheit & Medizin
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Identifikation neuer Angriffsziele in GIST-Tumoren

  1. 1. Identifikation neuer Angriffsziele in gastrointestinalen Stromatumoren (GIST)
 
 
 
 12. Treffen der GIST-Gruppe Schweiz
 Zürich, 24. April 2015
 
 
 Dr. med. Anette Duensing
 Assistant Professor of Pathology
 University of Pittsburgh Cancer Institute
 Pittsburgh, PA, USA"
  2. 2. GIST und KIT – vom Target zur Therapie" " •  die Mehrzahl von gastrointestinalen Stromatumoren weist eine Mutation im KIT-Gen auf# •  singuläres, die Tumorentstehung begründendes, molekulares Ereignis#
  3. 3. GIST und KIT – vom Target zur Therapie" " •  die Mehrzahl von gastrointestinalen Stromatumoren weist eine Mutation im KIT-Gen auf# •  singuläres, die Tumorentstehung begründendes, molekulares Ereignis# •  KIT ist ein Molekül an der Zelloberfläche# •  reguliert Wachstum und Überlebensfunktion der Zelle# •  stark regulierter Prozess# •  dieser Prozess ist in GIST-Zellen dysreguliert#
  4. 4. modifiziert von: http://www.ntz.de
  5. 5. KIT modifiziert von: http://www.ntz.de
  6. 6. modifiziert von: http://www.ntz.de
  7. 7. Normale Funktion von KIT" Translation p70/85S6KmTOR AKT/PKB PDK1/2 PI3K STAT1 STAT3 STAT5 JAK MAPK p44/42 MEK1/MEK2 RAF1 RAS SOS GRB2 SHC KITSCF SCF Zellmembran Überlebenssignale ⇑ Wachstumssignale ⇑ Transkription
  8. 8. Normale Funktion von KIT" Translation p70/85S6KmTOR AKT/PKB PDK1/2 PI3K STAT1 STAT3 STAT5 JAK MAPK p44/42 MEK1/MEK2 RAF1 RAS SOS GRB2 SHC KITSCF SCF Zellmembran Überlebenssignale ⇑ Wachstumssignale ⇑ Transkription
  9. 9. Normale Funktion von KIT" KIT Zellmembran
  10. 10. Normale Funktion von KIT" KIT Zellmembran SCF SCF
  11. 11. Normale Funktion von KIT" Wachstumssignale ⇑ Translation p70/85S6KmTOR AKT/PKB PDK1/2 PI3K STAT1 STAT3 STAT5 JAK MAPK p44/42 MEK1/MEK2 RAF1 RAS SOS GRB2 SHC Transkription KITSCF SCF Zellmembran Überlebenssignale ⇑
  12. 12. Normale Funktion von KIT" Translation p70/85S6KmTOR AKT/PKB PDK1/2 PI3K STAT1 STAT3 STAT5 JAK MAPK p44/42 MEK1/MEK2 RAF1 RAS SOS GRB2 SHC KIT Zellmembran Überlebenssignale ⇑ Wachstumssignale ⇑ Transkription
  13. 13. Normale Funktion von KIT" Translation p70/85S6KmTOR AKT/PKB PDK1/2 PI3K STAT1 STAT3 STAT5 JAK MAPK p44/42 MEK1/MEK2 RAF1 RAS SOS GRB2 SHC Transcription KIT Zellmembran Wachstumssignale⇓Überlebenssignale ⇓
  14. 14. Funktion von KIT in GIST" Zellmembran KIT mutiert
  15. 15. Funktion von KIT in GIST" Translation p70/85S6KmTOR AKT/PKB PDK1/2 PI3K STAT1 STAT3 STAT5 JAK MAPK p44/42 MEK1/MEK2 RAF1 RAS SOS GRB2 SHC Zellmembran Überlebenssignale ⇑ Wachstumssignale ⇑ Transkription KIT mutiert
  16. 16. Funktion von KIT in GIST" Translation p70/85S6KmTOR AKT/PKB PDK1/2 PI3K STAT1 STAT3 STAT5 JAK MAPK p44/42 MEK1/MEK2 RAF1 RAS SOS GRB2 SHC Zellmembran Überlebenssignale ⇑ Wachstumssignale ⇑ Transkription „immer angeschaltet“ „durchgedrücktes Gaspedal“ KIT mutiert
  17. 17. Funktion von KIT in GIST – wie stoppen?" Translation p70/85S6KmTOR AKT/PKB PDK1/2 PI3K STAT1 STAT3 STAT5 JAK MAPK p44/42 MEK1/MEK2 RAF1 RAS SOS GRB2 SHC Transcription KIT Zellmembran Wachstum⇓Überleben ⇓ ?
  18. 18. Funktion von KIT in GIST – wie stoppen?" Translation p70/85S6KmTOR AKT/PKB PDK1/2 PI3K STAT1 STAT3 STAT5 JAK MAPK p44/42 MEK1/MEK2 RAF1 RAS SOS GRB2 SHC Transcription KIT Zellmembran Wachstum⇓Überleben ⇓ ? Glivec® (imatinib) Sutent® (sunitinib) Stivarga® (regorafenib)
  19. 19. Problem: Resistenzentwicklung" •  sekundäre KIT-Mutationen# •  Glivec® / Sutent® / Stivarga® können nicht mehr an das KIT-Molekül binden# •  und daher nicht mehr wirken# # •  inkomplette Remissionen # # Ø  Identifizierung neuer Angriffsziele in GIST#
  20. 20. Unser Ansatz: Ü  “Kandidaten” •  molekulare Mechanismen von Glivec® •  Apoptose („Zelltod“) •  Quieszenz (“Zellschlaf”) Ü  Screening •  Molekülgruppen (z.B. Kinasen) •  Medikamente Neue Angriffsziele für GIST-Therapie"
  21. 21. humane GIST-Zellen: behandelt mit Glivec® (72 Stunden/3 Tage) ein Bild alle 30 Minuten Wie genau wirkt Glivec® eigentlich?"
  22. 22. Wie genau wirkt Glivec® eigentlich?" zwei wichtige Beobachtungen:" # # 1.  Inhibition von KIT: #schnell (< 1 Stunde)# #Zelltod:# # #langsam (ca. 3 Tage)# # # # 2.  nicht alle Zellen sterben#
  23. 23. Ü  Histon H2AX# ist ein Molekül, dass kausal für die toxische# Aktivität von Imatinib (Glivec®) in GIST-Zellen# verantwortlich ist#
  24. 24. H2AX:" GIST882 GIST882 GIST882 imatinib72h zu viel:" toxisch für GIST-Zellen" zu wenig:" schützt GIST-Zellen vor Glivec®" Liu Y, …, Duensing A., Cancer Research 2007; 67:2685–92
  25. 25. Ü  Bortezomib (Velcade®)# # ist ein Medikament, das Expressions-Level# von Histon H2AX moduliert und für# GIST-Zellen hoch-toxisch ist#
  26. 26. Bortezomib induziert Apoptose in GIST-Zellen" dose response time course Bauer S, …, Duensing A., Cancer Research 2010; 70:150-9
  27. 27. Unser Ansatz: Ü  „Kandidaten” •  molekulare Mechanismen von Glivec® •  Apoptose („Zelltod“) •  Quieszenz („Zellschlaf”) Ü  Screening •  Molekülgruppen (z.B. Kinasen) •  Medikamente Neue Angriffsziele für GIST-Therapie"
  28. 28. Ü  Glivec® induziert “Zellschlaf”# durch Aktivierung des DREAM-Komplexes# und mindert so seine eigene Wirkung# # #
  29. 29. Tumorzellquieszenz („Zellschlaf“)
 als Ursache inkompletter Remissionen" Liu Y, …, Duensing A., Cancer Research 2008; 68:9015–23
  30. 30. Der DREAM Komplex reguliert „Zellschlaf“" DREAM Komplex E2F target gene P DYRK1A Liu Y, …, Duensing A., Cancer Research 2008; 68:9015–23 DeCaprio A & Duensing A; Current Opinion in Oncology 2014; 2014 26:415-21 Boichuk S, …, Duensing A., Cancer Research 2013; 73:5120-9
  31. 31. Ü  Inhibierung des DREAM-Komplexes# (und somit Vermeidung des „Zellschlafs“)# erhöht die toxische Wirkung von Glivec®# # # #
  32. 32. Inhibierung von „Zellschlaf“
 erhöht die Wirkung von Glivec®" DREAM Komplex E2F target gene P DYRK1A Liu Y, …, Duensing A., Cancer Research 2008; 68:9015–23 DeCaprio A & Duensing A; Current Opinion in Oncology 2014; 2014 26:415-21 Boichuk S, …, Duensing A., Cancer Research 2013; 73:5120-9
  33. 33. Inhibierung von „Zellschlaf“
 erhöht die Wirkung von Glivec®" DREAM Komplex E2F target gene P DYRK1A Liu Y, …, Duensing A., Cancer Research 2008; 68:9015–23 DeCaprio A & Duensing A; Current Opinion in Oncology 2014; 2014 26:415-21 Boichuk S, …, Duensing A., Cancer Research 2013; 73:5120-9
  34. 34. DREAM Komplex E2F target gene P DYRK1A Inhibierung von „Zellschlaf“
 erhöht die Wirkung von Glivec®" Liu Y, …, Duensing A., Cancer Research 2008; 68:9015–23 DeCaprio A & Duensing A; Current Opinion in Oncology 2014; 2014 26:415-21 Boichuk S, …, Duensing A., Cancer Research 2013; 73:5120-9
  35. 35. Unser Ansatz: Ü  „Kandidaten” •  molekulare Mechanismen von Glivec •  Apoptose („Zelltod“) •  Quieszenz („Zellschlaf”) Ü  Screening •  Molekülgruppen (z.B. Kinasen) •  Medikamente Neue Angriffsziele für GIST-Therapie"
  36. 36. Ü  Molekül-Screening (RNA-Interferenz)# ist eine effektive Methode, um neue# Angriffsziele für GIST zu identifizieren# # # #
  37. 37. RNAi library (humane Proteinkinasen, n=709) High-throughput Nucleofection Apoptose/Proliferation Zellen Potentielle Targets RNA Interferenz Screening
 zur Identifizierung neuer therapeutischer Targets"
  38. 38. RNAi library (humane Proteinkinasen, n=709) High-throughput Nucleofection Apoptose/Proliferation Zellen Potentielle Targets RNA Interferenz Screening
 zur Identifizierung neuer therapeutischer Targets" Symbol Description ABL1 v-abl Abelson murine leukemia viral oncogene homolog 1 ACVR1B activin A receptor, type IB AKAP4 A kinase (PRKA) anchor protein 4 BRSK2 BR serine/threonine kinase 2 DCLK2 doublecortin-like kinase 2 (also known as CaMK-like CREB regulatory kinase 2) KIT v-kit Hardy-Zuckerman 4 feline sarcoma viral oncogene homolog LMTK3 lemur tyrosine kinase 3 LYN v-yes-1 Yamaguchi sarcoma viral related oncogene homolog MAP2K4 mitogen-activated protein kinase kinase 4 MAPK15 Mitogen-activated protein kinase 15 PAK6 p21(CDKN1A)-activated kinase 6 PI4K2B phosphatidylinositol 4-kinase type-II beta PRKAR2A protein kinase, cAMP-dependent, regulatory, type II, alpha RIPK1 receptor (TNFRSF)-interacting serine-threonine kinase 1 RYK RYK receptor-like tyrosine kinase STK11 serine/threonine kinase 11 (Peutz-Jeghers syndrome) STK19 serine/threonine kinase 19 STRADA STE20-related kinase adaptor alpha TAOK1 TAO kinase 1 TGFBR1 transforming growth factor, beta receptor I TGFBR2 transforming growth factor, beta receptor II TNK1 tyrosine kinase, non-receptor, 1 LOC391533 fms-related tyrosine kinase 1 pseudogene Duensing Laboratory – unpublished!
  39. 39. Ü  Medikamenten-Screening# identifiziert bestimmte Gruppen „klassischer“# Chemotherapeutika als potenzielle# Therapie für GIST # # # #
  40. 40. Medikamenten Screening" Behandlung in Zellkulturschalen Test auf Toxizität Identifizierung von Medikamenten mit Aktivität gegen GIST-Zellen GIST-Zellen 100 zugelassene Krebsmedikamente
  41. 41. Manche chemotherapeutische Substanzen" sind therapeutisch effektiv in GIST" effektiv ineffektiv GIST LMS Boichuk S, …, Duensing A., Cancer Research 2014; 74:1200-2013
  42. 42. Manche chemotherapeutische Substanzen" sind therapeutisch effektiv in GIST" ineffektiv GIST LMS transcriptional inhibitors topoisomerase inhibitors Boichuk S, …, Duensing A., Cancer Research 2014; 74:1200-2013
  43. 43. Manche chemotherapeutische Substanzen" sind therapeutisch effektiv in GIST" effektiv ineffektiv GIST LMS transcriptional inhibitors topoisomerase inhibitors •  Transkriptions-Inhibitoren (Mithramycin A) •  Topoisomerase II Inhibitoren (Mitoxantron) •  klinische Studien Boichuk S, …, Duensing A., Cancer Research 2014; 74:1200-2013
  44. 44. Molekulare Wirkungsmechanismen von Glivec®# # Screening Methoden# # # # # # # neue Angriffsziele# neue Therapiestrategien# neue Therapien für GIST Patienten#
  45. 45. Acknowledgements Duensing Lab •  Sergei Boichuk •  Kathleen Makielski •  Derek Lee •  Keith Mehalek •  Nina Korzeniewski •  Rolando Cuevas •  Dee Seneviratne •  Matt Brown •  Joshua Parry •  Jessica Rausch •  Areej Ali •  Aya Agha •  Sneha Patil University of Pittsburgh Pathology •  Shih-Fan Kuan Brigham & Women's Hospital •  Jonathan Fletcher MSKCC •  Cristina Antonescu •  Peter Besmer Universität Duisburg-Essen •  Sebastian Bauer Katholieke Universiteit Leuven •  Maria Debiec-Rychter •  Agnieszka Wozniak •  Patrick Schöffski Cleveland Clinic •  Brian Rubin UC Davis •  Nikolai Tomilin •  Joseph Siino Duke University •  Huntington F. Willard •  Brian Chadwick Dana Farber Cancer Institute •  James A. DeCaprio •  Larisa Litovchick OHSU •  Christopher Corless •  Michael Heinrich numerous private donorsUniversity of Pittsburgh Cancer Institute

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