Analysis of molecular markers and pathways in solid tumor cells and their role in tumor progression and metastasis

Die Entwicklung von Fernmetastasen ist die Haupttodesursache bei Tumorerkrankten und der entscheidende klinisch relevante Schritt während der Tumorprogression. Die Seed and Soil Theorie von Stephen Paget besagt, dass verschiedene Tumorzellen spezifische Zielorgane während der Metatasierung bevorzugen. Während das häufigste Target der kolorektalen Karzinome die Leber ist, hat der triple-negative molekulare Subtyp von Brustkrebs die Neigung, in das Gehirn zu metastasieren. Interessanterweise spielen sowohl deregulierte EGFR (Epithelial growth factor receptor) als auch WNT Signalwege in diesen beiden Entitäten eine entscheidende Rolle. Das Ziel der Arbeit ist, die Rolle der beiden Signalwege in soliden Tumorzelllinien in Bezug auf die Tumorprogression und Kolonisation zu untersuchen. Im Rahmen der molekularen Charakterisierung der Zelllinien zeigten sich die Mammakarzinomzelllinie 410.4 und die kolorektale Tumorzelllinie CMT-93 als passende Modellsysteme für unsere Fragestellung. Anschließend wurden der EGFR und der WNT Signalweg in diesen Zellen im Sinne von gain of function und loss of function moduliert und die Auswirkungen auf Aspekte der Tumorprogression analysiert. In CMT-93 Zellen wurde ein EGFR Knockdown etabliert. Während der Knockdown keinen Einfluss auf die Proliferation hat, vermindert er die Invasion der Zellen. Somit konnte dem effizienten Knockdown eine funktionelle Wirksamkeit zugeschrieben werden. Eine EGFR Überexpression konnte sowohl in 410.4 als auch in CMT-93 Zellen etabliert werden. Die Analyse der jeweiligen Signalkaskadenweiterleitung ergab zwar Änderungen und somit eine funktionelle Relevanz, dies blieb jedoch ohne Auswirkungen auf das Invasionspotential der Zelllinien. Ein Knockdown von β-Catenin konnte in 410.4 zwar etabliert werden, blieb jedoch ohne funktionelle Auswirkungen. Eine stabile Überexpression von β-Catenin war nicht erfolgreich, da dies offenbar mit der Viabilität der Zellen interferierte. Die Relevanz des β-Catenin-abhängigen WNT Signalwegs in den beiden gewählten Zelllinien konnte somit nicht abschließend geklärt werden. Des Weiteren wurde die Bedeutung des nicht-kanonischen WNT Signalwegs via ROR2 und WNT11 untersucht. Dabei ergab sich, dass die Überexpression von WNT11 und ROR2 in 410.4 Zellen deren Invasion durch einen RHOA-abhängigen Mechnismus steigert und einen Einfluss auf den PI3K Signalweg hat. Es ist anzunehmen, dass WNT11 als downstream Target über ROR2 induziert wird und über einen positiven Feedback-Loop via ROR2 eine autokrine Stimulation ausübt

Computational Identification of Key Regulators in Two Different Colorectal Cancer Cell Lines

Transcription factors (TFs) are gene regulatory proteins that are essential for an effective regulation of the transcriptional machinery. Today, it is known that their expression plays an important role in several types of cancer. Computational identification of key players in specific cancer cell lines is still an open challenge in cancer research. In this study, we present a systematic approach which combines colorectal cancer (CRC) cell lines, namely 1638N-T1 and CMT-93, and well-established computational methods in order to compare these cell lines on the level of transcriptional regulation as well as on a pathway level, i.e., the cancer cell-intrinsic pathway repertoire. For this purpose, we firstly applied the Trinity platform to detect signature genes, and then applied analyses of the geneXplain platform to these for detection of upstream transcriptional regulators and their regulatory networks. We created a CRC-specific position weight matrix (PWM) library based on the TRANSFAC database (release 2014.1) to minimize the rate of false predictions in the promoter analyses. Using our proposed workflow, we specifically focused on revealing the similarities and differences in transcriptional regulation between the two CRC cell lines, and report a number of well-known, cancer-associated TFs with significantly enriched binding sites in the promoter regions of the signature genes. We show that, although the signature genes of both cell lines show no overlap, they may still be regulated by common transcription factors in CRC. Based on our findings, we suggest that canonical Wnt signaling is activated in 1638N-T1, but inhibited in CMT-93 through cross-talks of Wnt signaling with the VDR signaling pathway and/or LXR-related pathways. Furthermore, our findings provide indication of several master regulators being present such as MLK3 and Mapk1 (ERK2) which might be important in cell proliferation, migration, and invasion of 1638N-T1 and CMT-93, respectively. Taken together, we provide new insights into the invasive potential of these cell lines, which can be used for development of effective cancer therapy

β-catenin-independent WNT signaling and Ki67 in contrast to the estrogen receptor status are prognostic and associated with poor prognosis in breast cancer liver metastases

Liver metastasis development in breast cancer patients is common and confers a poor prognosis. So far, the prognostic significance of surgical resection and clinical relevance of biomarker analysis in metastatic tissue have barely been investigated. We previously demonstrated an impact of WNT signaling in breast cancer brain metastasis. This study aimed to investigate the value of established prognostic markers and WNT signaling components in liver metastases. Overall N = 34 breast cancer liver metastases (with matched primaries in 19/34 cases) were included in this retrospective study. Primaries and metastatic samples were analyzed for their expression of the estrogen (ER) and progesterone receptor, HER-2, Ki67, and various WNT signaling-components by immunohistochemistry. Furthermore, beta-catenin-dependent and -independent WNT scores were generated and analyzed for their prognostic value. Additionally, the influence of the alternative WNT receptor ROR on signaling and invasiveness was analyzed in vitro. ER positivity (HR 0.09, 95 % CI 0.01-0.56) and high Ki67 (HR 3.68, 95 % CI 1.12-12.06) in the primaries had prognostic impact. However, only Ki67 remained prognostic in the metastatic tissue (HR 2.46, 95 % CI 1.11-5.44). Additionally, the beta-catenin-independent WNT score correlated with reduced overall survival only in the metastasized situation (HR 2.19, 95 % CI 1.02-4.69, p = 0.0391). This is in line with the in vitro results of the alternative WNT receptors ROR1 and ROR2, which foster invasion. In breast cancer, the value of prognostic markers established in primary tumors cannot directly be translated to metastases. Our results revealed beta-catenin-independent WNT signaling to be associated with poor prognosis in patients with breast cancer liver metastasis