Understanding the Role of SLFN12 in Selective Cancer Cell Killing Induced by PDE3A Modulating Small Molecules

Krebs, im Wesentlichen eine Erkrankung des Genoms, wird als eine der gefährlichsten medizinischen Fälle angesehen und war darüber hinaus die führende Todesursache im globalen Vergleich im Jahr 2012. In den letzten Jahrzehnten haben neue Entdeckungen und innovative Ideen zu vielversprechenden Behandlungsmöglichkeiten für mehrere Krebsarten geführt. Dies ist mit den enormen Verbesserungen in der Prävention sowie mit neu entstehenden Forschungsbereichen zu begründen, wie beispielsweise Nanotechnologie, epigenetische Wirkstoffe und Immuntherapien. Das Konzept einer allgemeinen Breitband-Behandlung hat allmählich den Weg für maßgeschneiderte Therapien freigegeben bei denen spezifische Abhängigkeiten in unterschiedlichen Krebsarten auf Basis der genetischen Landschaft von Mutationen in individuellen Patienten in Angriff genommen werden. Im Jahr 2015 haben de Waal et al. einen Wirkstoff namens 6-(4-(diethylamino)-3-nitrophenyl)-5-methyl-4,5- dihydropyridazin-3(2H)-one (DNMDP) entdeckt, welcher selektiv Krebszellen zerstört hat. Weitere Untersuchungen haben aufgedeckt dass dieses kleine Molekül an Phosphodiesterase 3A (PDE3A) bindet, welche des Öfteren ein Ziel von Inhibierung in bestimmten kardiovaskulären Erkrankungen ist, und die Interaktion mit einem weiteren Protein, Schlafen 12 (SLFN12), ermöglicht um einen Wirkstoff-abhängigen Komplex zu bilden. Diese PDE3A-SLFN12 Protein- Interaktion induziert im weiteren Verlauf einen bisher unbekannten Signalweg, welcher im Endeffekt zu Apoptose führt. DNMDP nützt hierbei einen neuen Mechanismus aus, welcher im Kontrast zu typischen Krebs-Abhängigkeiten steht. Der Fokus dieser Studie lag auf dem Sammeln neuer Erkenntnisse um die Rolle von SLFN12 beim DNMDP-induzierten Zelltod besser zu verstehen. Ich generierte genetische Knock-Outs von endogenem SLFN12 mittels CRISPR/Cas9 Technology in unterschiedlichen Zelllinien hergestellt, welche SLFN12, wie PDE3A, als essentiellen Faktor im Mechanismus von PDE3-modulierenden Wirkstoffen bestätigte. Des Weiteren habe ich eine SLFN12 Deletions-Analyse durchgeführt um herauszufinden welche Domäne(n) essentiell für einen DNMDP-induzierten Krebszelltod ist/sind. Diese Studie ermöglichte einen tieferen Einblick in die biologische Funktion von SLFN12, welche durch DNMDP ausgenützt wird um selektiv Krebszellen zu zerstören. Die neuen Erkenntnisse die durch dieses Projekt erlangt werden konnten, leisten einen unterstützenden Beitrag zur Verbesserung von DNMDP auf dem Weg zu einer Anti-Tumor Therapie. Cancer, essentially a disease of the genome, is considered one of the most dangerous medical conditions and the leading cause of death worldwide in 2012. In the past few decades novel discoveries and innovative ideas have led to promising treatment options for several cancer types. This is due to vast improvements in preventative care as well as emerging research fields such as nanotechnology, epigenetic drugs and immune therapies. The notion of broad one-size-fit-all treatments has gradually yielded to tailored therapies, which target specific dependencies in different types of cancer based on the genomic landscape of mutations in each individual patient. In 2015 de Waal et al. have discovered a novel compound, 6-(4-(diethylamino)-3-nitrophenyl)-5-methyl-4,5-dihydropyridazin-3(2H)-one (DNMDP) that selectively killed a subset of cancer cell lines. Further investigations revealed that this small molecule binds to phosphodiesterase 3A (PDE3A), which is a common target for inhibition in several cardiovascular diseases, and enables engagement with another protein, Schlafen 12 (SLFN12), in order to form a compound-dependent complex. This PDE3A-SLFN12 protein interaction further induces a yet unknown pathway that ultimately leads to apoptosis. Notably, DNMDP-induced cell killing represents a novel cellular mechanism in contrast to typical cancer dependencies. In this study, I focused on understanding the role of SLFN12 in DNMDP-induced cell death. Specifically, I generated knock-outs of endogenous SLFN12 using CRISPR/Cas9 technology in several cancer cell lines, which verified that SLFN12, like PDE3A, is a required factor in the mode of action of PDE3 modulating agents. I also performed deletion analysis of SLFN12 in order to elucidate the domain(s) required for DNMDP-induced cell death. This study gave new insights into the biology of SLFN12 that is leveraged by DNMDP to achieve selective cancer cell killing. The new information gained in this project may contribute to further improvements of DNMDP as a promising antitumor therapy. vorgelegt von: Marcus Tötzl Wien, FH Campus Wien, Masterarb., 2017