Laura Mainz

• Due to a usually late diagnosis, drug resistance and early metastases, pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) is the seventh leading cause of global cancer deaths. Thus, there is an urgent need to develop new therapeutic concepts. Two different approaches have in recent years become the focus of intense research: (1) targeting cancer-associated metabolic rearrangements, and (2) targeting genetic vulnerabilities with combination therapy. Both concepts potentially have advantages such as increased efficacy, which decreases the likelihood ofDue to a usually late diagnosis, drug resistance and early metastases, pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) is the seventh leading cause of global cancer deaths. Thus, there is an urgent need to develop new therapeutic concepts. Two different approaches have in recent years become the focus of intense research: (1) targeting cancer-associated metabolic rearrangements, and (2) targeting genetic vulnerabilities with combination therapy. Both concepts potentially have advantages such as increased efficacy, which decreases the likelihood of therapy-resistance, and reduced side effects, that are often associated with high concentrations of chemotherapeutic drugs. Autophagy is an evolutionary conserved signalling pathway that regulates cellular homeostasis. Regarding cancer, autophagy can either promote or suppress tumor growth. However, mouse models that allow genetic regulation of autophagy in established tumor tissue are not yet established. Therefore, we analysed new inducible shRNA mouse models targeting Atg5 or Atg7 with regard to functionality and toxicity. Both, shRNA Atg5- and shRNA Atg7-mediated knockdown anteceded functional autophagy impairment, and revealed unexpected profound phenotypic differences. Knockdown of Atg5 neither impaired the animal nor caused any grossly or microscopically detectable organ damage, whereas knockdown of Atg7 caused pancreatic destruction and eventually death. It is currently unclear whether mice died as a result of exocrine or endocrine collapse or due to a combination of both. The presented mouse models are highly potent RNAi mice that allow widespread and regulable inhibition of autophagy upon administration of doxycycline and provide a valuable and versatile toolbox for future autophagy and cancer research. In PDAC, argininosuccinate synthase 1 (ASS1) deficiency has been associated with higher recurrence rates, shorter disease-free survival, and shorter overall survival. During cancer development, rate-limiting enzymes of de novo arginine synthesis, like ASS1 or OTC, are downregulated via epigenetic silencing of their respective promotor. Known as ‘arginine auxotrophy‘, loss of these essential enzymes results in dependence on extracellular arginine. Based on this assumption, sensitivity of various cell lines to arginine deprivation was reported. However, the underlying mechanism is still unclear and the anti-tumor effects of the monotherapy are not sufficient to completely abrogate cancer cells. Therefore, the effects of arginine deprivation via rhArgI-PEG5000 were investigated in murine and human PDAC cells. In this study, we highlighted that arginine deprivation induced profound alterations such as autophagosome accumulation, induction of senescence and the ISR in pancreatic cancer cells. These alterations are potential genetic vulnerabilities that can be targeted by additional means to induce tumor cell death.…
• Infolge einer späten Diagnose, Therapie-Resistenz und unentdeckten Mikrometastasen wurde das duktale Adenokarzinom des Pankreas (PDAC) zur siebthäufigsten krebsbedingten Todesursache weltweit. Dies verdeutlicht, dass dringend neue therapeutische Ansätze entwickelt werden müssen. In den vergangenen Jahren wurde unter anderem auf zwei Ansätze fokussiert: (1) Behandlung Tumor-assoziierter metabolischer Veränderungen und (2) Behandlung genetischer Schwachstellen mit Kombinationstherapie. Zum einen erhofft man sich eine erhöhte Wirksamkeit, die dieInfolge einer späten Diagnose, Therapie-Resistenz und unentdeckten Mikrometastasen wurde das duktale Adenokarzinom des Pankreas (PDAC) zur siebthäufigsten krebsbedingten Todesursache weltweit. Dies verdeutlicht, dass dringend neue therapeutische Ansätze entwickelt werden müssen. In den vergangenen Jahren wurde unter anderem auf zwei Ansätze fokussiert: (1) Behandlung Tumor-assoziierter metabolischer Veränderungen und (2) Behandlung genetischer Schwachstellen mit Kombinationstherapie. Zum einen erhofft man sich eine erhöhte Wirksamkeit, die die Wahrscheinlichkeit von Therapie-Resistenzen reduziert, zum anderen verringerte Nebenwirkungen, die meist mit hohen Chemotherapeutika-Konzentrationen verbunden sind. Autophagie ist ein evolutionär konservierter Signalweg, der für die Regulation der zellulären Homöostase verantwortlich ist. Es ist bekannt, dass dieser das Tumorwachstum sowohl fördern, als auch unterdrücken kann. Jedoch sind Mausmodelle, die eine genetische Regulierung von Autophagie im etablierten Tumorgewebe ermöglichen, noch nicht etabliert. Aus diesem Grund wurden neue induzierbare shRNA-Mausmodelle gegen Atg5 oder Atg7 hinsichtlich Funktionalität und Toxizität analysiert. Nach Induktion führten beide shRNAs zum systemweiten Knockdown, der im weiteren Verlauf eine funktionelle Beeinträchtigung des Signalwegs zur Folge hatte. Jedoch traten unerwartete phänotypische Unterschiede auf. Der Atg5-Knockdown beeinträchtigte weder den Allgemeinzustand des Tieres noch verursachte es makroskopisch oder mikroskopisch nachweisbare Organschäden. Im Gegenteil dazu hatte der Atg7- Knockdown die Zerstörung des Pankreas und schließlich den Tod des Tieres zur Folge. Es bleibt unklar, ob die Tiere infolge eines exokrinen oder endokrinen Kollapses oder aufgrund einer Kombination aus beidem starben. Dennoch ermöglichen die vorgestellten Mausmodelle eine systemweite Regulation von Autophagie. Daher stellen sie eine wertvolle und vielseitige Methode für die zukünftige Autophagie- und Krebs-Forschung dar. Ein Argininosuccinate Synthase 1 (ASS1)-Mangel in PDAC-Patienten wird mit einem höheren Rezidiv, einem kürzeren krankheitsfreien Überleben und einem kürzeren Gesamtüberleben in Verbin-dung gebracht. Im Laufe der Entwicklung eines Tumors kommt es häufig zum Verlust essentieller Enzyme, wie ASS1 oder OTC, innerhalb der Arginine de novo Synthese. Bekannt als ‘Arginin-Auxotrophie‘, hat dies die Abhängig von extrazellulärem Arginine zur Folge. Basierend auf dieser Annahme, wurde die Sensibilität verschiedener Tumorzelllinien auf Argininentzug nachgewiesen. Jedoch ist der zugrunde liegende Mechanismus noch unklar und die Wirksamkeit nicht ausreichend, um alle Tumorzellen zu zerstören. Aus diesem Grund wurde der Effekt von Argininentzug mittels rhArgI-PEG5000-Behandlung auf murine und humane PDAC-Zellen untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass der Argininentzug Akkumulation von Autophagosomen, die Induktion von Seneszenz und die ISR zur Folge hatte. Diese Veränderungen stellen potentielle genetische Schwachstellen dar, die in Kombination mit anderen Medikamenten behandelt werden könnten, um Tumorzelltod zu induzieren.…