Functional validation of novel target structures for treatment of high-risk neuroblastoma
Neuroblastoma is a common childhood cancer most often situated in the adrenal glands. This tumor presents with a very diverse disease course, ranging from spontaneous differentiation without any treatment in some cases and aggressive disease progression in others. High risk neuroblastoma, even if they respond well to initial treatment, often develop difficult to treat metastases and recurrent tumors. Based on the concept of neuroblastoma as an evolutionary system we hypothesized that relapses and metastasis are results of intratumoral heterogeneity caused by mutations acquired by individual cancer cells. Here we identified three potential key genes involved in neuroblastoma relapse by analyzing mRNA expression data of paired primary and recurrent neuroblastoma. We used inducible overexpression and CRISPR / Cas9 technology to study the function of these three genes in the neuroblastoma cell line SH-EP.
Our results show that the status of MYCN, a known oncogene in neuroblastoma, is critical for PRKCI and CDKN2C expression but not for expression of Dancr. In 3D culture experiments we found that PRKCI modulates invasion of tumor cells into the surrounding matrix and thus may have an important function in relapse and metastasis formation. Furthermore, we showed that loss of CDKN2C increased resistance to a CDK4/CDK6 inhibitor, palbociclib, but also increased sensitivity of SH-EP cells towards irradiation, while loss of Dancr decreased the clonogenic potential of SH-EP cells.
Therefore, the here investigated genes might serve as targets to counteract the effects of high MYCN on invasiveness, genomic instability or differentiation and thus give rise to novel strategies for the treatment of high risk neuroblastoma.
Das Neuroblastom ist eine der häufigsten Krebserkrankungen im Kindesalter und meist im Nebennierenmark im so genannten Grenzstrang auf. Besonders am Neuroblastom ist der sehr diverse Krankheitsverlauf, welcher von spontaner Differenzierung ohne jede Behandlung bis zu einem, in manchen Fällen, aggressiven Krankheitsverlauf mit schlechter Prognose reicht. Hoch-risiko-Neuroblastome entwickeln, auch wenn sie auf eine Erstbehandlung gut ansprechen, häufig schwer zu behandelnde Metastasen oder Rezidive. Basierend auf dem Konzept des Neuroblastoms als evolutionärem System stellten wir die Hypothese auf, dass Rezidive und Metastasen das Ergebnis einer intratumoralen Heterogenität sind, die durch Mutationen verursacht wird, welche von einzelnen Krebszellen erworben wurden. Hier identifizierten wir drei Gene, welche potenzielle von hoher Relevanz für die Entstehung von Metastasen und Rezidive sein könnten, indem wir die mRNA-Expressionsdaten von gepaarten primär- und Rezidiv-Neuroblastomen analysierten. Um die Funktion dieser drei Gene und deren biologische Relevanz innerhalb der Krebszellen zu untersuchen verwendeten wir sowohl induzierbare Überexpression einzelner Gene als auch die CRISPR / Cas9-Technologie.
Unsere Ergebnisse zeigen zum einen, dass der Status des bekannten Onkogens MYCN, für die Expression von PRKCI und CDKN2C von entscheidender Bedeutung ist, jedoch nicht für die Expression der lncRNA Dancr. Weiter konnten wir in 3D-Kulturexperimenten zeigen, dass PRKCI die Invasion von Tumorzellen in die umgebende Matrix moduliert und somit eine wichtige Funktion bei der Bildung von Metastasen und Rezidiven haben kann. Darüber hinaus zeigten wir, dass der Verlust von CDKN2C die Resistenz gegen Palbociclib, einen CDK4 / CDK6-Inhibitor, erhöhte, aber gleichzeitig die Empfindlichkeit von SH-EP-Zellen gegenüber Bestrahlung steigerte. Der Verlust von Dancr dagegen führt zu einer Verringerung des klonogenen Potentials von SH-EP-Zellen.
Daher könnten die hier untersuchten Gene Angriffspunkte darstellen um den Auswirkungen einer hohen MYCN Expression auf Invasivität, genomische Instabilität oder Differenzierung entgegenzuwirken und so neue Strategien zur Behandlung von Hoch-Risiko-Neuroblastomen hervorbringen.