Exploiting drug-induced HR-ness for synthetic lethality in combination with radiotherapy
Radiotherapy (RT) alleviates the tumor burden for cancer patients. However, radioresistance is one of the major obstacles for efficient RT, one of the reasons is cancer metabolic reprogramming. Metabolic reprogramming leads to production of cancer-associated metabolites, called “oncometabolites”, one of which is 2-hyroxyglutarate (2-HG). Previous work of our group has shown that inhibition of the citrate transport protein (SLC25A1) leads to overproduction of D-2HG, one enantiomer of 2-HG, and disturbance of the DNA damage response (DDR). In this thesis, inhibition of SLC25A1 with CTPI2 resulted in sustained D-2HG accumulation. CTPI2 treatment, as well as cell permeable D-2HG (octyl-D2HG) treatment, potentiated radiation-induced DNA damage. Furthermore, CTPI2 and octyl-D2HG treatment both provoked cytoplasmic or mitochondrial ROS generation, apoptosis induction, cell death, mitochondrial dysfunction, and cell proliferation/viability inhibition, as well as increased radiosensitivity. Mechanistically, CTPI2 or octyl-D2HG treatment induced an oxidative cellular state that affected nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+/NADH) or nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADP+/NADPH) ratios. CTPI2-treatment of NCI-H460 tumors on chicken chorioallantoic membrane (CAM) model in vivo led to a tumor growth inhibition, which was potentiated by poly (ADP-ribose)-polymerase inhibition (PARPi) in combination with IR. Interestingly, α-ketoglutarate (αKG) supplementation potentiated CTPI2’s effect on D-2HG overproduction, DNA damage induction, and disturbance of cellular function, which was counteracted by supplementation of nicotinamide (NAM). Additionally, histone-lysine demethylase (KDM) inhibition by JIB-04 recapitulated CTPI2’s effect on γH2A.X foci formation and on cellular function, and was also potentiated by supplementation with αKG. In conclusion, SLC25A1 inhibition might be suited for pharmacologic induction of synthetic lethality in combination with clinically relevant DSB repair inhibitors in cancer cells.
Die Strahlentherapie (RT) lindert die Tumorlast bei Krebspatienten. Allerdings ist die Strahlenresistenz eines der Haupthindernisse für eine effiziente RT, einer der Gründe dafür ist die metabolische Umprogrammierung von Krebs. Metabolische
Umprogrammierung führt zur Produktion von krebsassoziierten Metaboliten, den so genannten "Oncometaboliten", zu denen auch 2-Hyroxyglutarat (2-HG) gehört. Frühere Arbeiten unserer Gruppe haben gezeigt, dass die Hemmung des Citrat-Transportproteins (SLC25A1) zu einer Überproduktion von D-2HG, einem Enantiomer von 2-HG, und einer Störung der DNA-Schadensantwort (DDR) führt. In dieser Arbeit führte die Hemmung von SLC25A1 mit CTPI2 zu einer anhaltenden D-2HG-Akkumulation. Die CTPI2-Behandlung sowie die Behandlung mit zelldurchlässigem D-2HG (Octyl-D2HG) verstärkten die strahleninduzierten DNA-Schäden. Darüber hinaus führte sowohl die
Behandlung mit CTPI2 als auch mit Octyl-D2HG zu zytoplasmatischer oder
mitochondrialer ROS-Bildung, Apoptose-Induktion, Zelltod, mitochondrialer
Dysfunktion und Hemmung der Zellproliferation sowie zu erhöhter Radiosensitivität. Mechanistisch gesehen induzierte die Behandlung mit CTPI2 oder Octyl-D2HG einen oxidativen Zellzustand, der das Verhältnis von Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid (NAD+/NADH) oder Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid-Phosphat (NADP+/NADPH) beeinflusste. Die CTPI2-Behandlung von NCI-H460-Tumoren im HühnerChorioallantoismembran (CAM)-Modell in vivo führte zu einer Hemmung des Tumorwachstums, die durch die Hemmung der Poly (ADP-Ribose)-Polymerase (PARPi) in Kombination mit IR verstärkt wurde. Interessanterweise verstärkte die Supplementierung von α-Ketoglutarat (αKG) die Wirkung von CTPI2 auf die D-2HG-Überproduktion, die Induktion von DNA-Schäden und die Störung der gemessenen Zellfunktionen, was durch die Supplementierung von Nicotinamid (NAM) ausgeglichen wurde. Zusätzlich rekapitulierte die Hemmung der Histon-Lysin-Demethylase (KDM)
durch JIB-04 die Wirkung von CTPI2 auf die Bildung von γH2A.X-Foci und auf die Zellfunktionen und wurde durch eine Supplementierung mit αKG ebenfalls verstärkt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Hemmung von SLC25A1 für die pharmakologische Induktion von synthetischer Letalität in Kombination mit klinisch relevanten DSB-Reparaturinhibitoren in Krebszellen geeignet sein könnte.
Umprogrammierung führt zur Produktion von krebsassoziierten Metaboliten, den so genannten "Oncometaboliten", zu denen auch 2-Hyroxyglutarat (2-HG) gehört. Frühere Arbeiten unserer Gruppe haben gezeigt, dass die Hemmung des Citrat-Transportproteins (SLC25A1) zu einer Überproduktion von D-2HG, einem Enantiomer von 2-HG, und einer Störung der DNA-Schadensantwort (DDR) führt. In dieser Arbeit führte die Hemmung von SLC25A1 mit CTPI2 zu einer anhaltenden D-2HG-Akkumulation. Die CTPI2-Behandlung sowie die Behandlung mit zelldurchlässigem D-2HG (Octyl-D2HG) verstärkten die strahleninduzierten DNA-Schäden. Darüber hinaus führte sowohl die
Behandlung mit CTPI2 als auch mit Octyl-D2HG zu zytoplasmatischer oder
mitochondrialer ROS-Bildung, Apoptose-Induktion, Zelltod, mitochondrialer
Dysfunktion und Hemmung der Zellproliferation sowie zu erhöhter Radiosensitivität. Mechanistisch gesehen induzierte die Behandlung mit CTPI2 oder Octyl-D2HG einen oxidativen Zellzustand, der das Verhältnis von Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid (NAD+/NADH) oder Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid-Phosphat (NADP+/NADPH) beeinflusste. Die CTPI2-Behandlung von NCI-H460-Tumoren im HühnerChorioallantoismembran (CAM)-Modell in vivo führte zu einer Hemmung des Tumorwachstums, die durch die Hemmung der Poly (ADP-Ribose)-Polymerase (PARPi) in Kombination mit IR verstärkt wurde. Interessanterweise verstärkte die Supplementierung von α-Ketoglutarat (αKG) die Wirkung von CTPI2 auf die D-2HG-Überproduktion, die Induktion von DNA-Schäden und die Störung der gemessenen Zellfunktionen, was durch die Supplementierung von Nicotinamid (NAM) ausgeglichen wurde. Zusätzlich rekapitulierte die Hemmung der Histon-Lysin-Demethylase (KDM)
durch JIB-04 die Wirkung von CTPI2 auf die Bildung von γH2A.X-Foci und auf die Zellfunktionen und wurde durch eine Supplementierung mit αKG ebenfalls verstärkt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Hemmung von SLC25A1 für die pharmakologische Induktion von synthetischer Letalität in Kombination mit klinisch relevanten DSB-Reparaturinhibitoren in Krebszellen geeignet sein könnte.