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Establishment of a Ewing's sarcoma mouse model

JAK/STAT signalling in Ewing's sarcoma

Barbara Sax

Art der Arbeit

Dissertation

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Lebenswissenschaften

Betreuer*in

Heinrich Kovar

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URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-30292.74867.680464-8

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Die Ewing Sarkom Familie der Tumoren (ESFT) beinhaltet Knochen- und Weichteiltumore, die vermutlich von mesenchymalen Progenitorzellen abstammen. Ein Kennzeichen der ESFT ist die Entstehung einer chromosomalen Translokation. In 90% der Fälle fusioniert das Chromosom 11 mit dem Chromosom 22. Dadurch entsteht das Fusionsprotein EWS/FLI-1, welches als fehlgeleiteter Transkriptionsfaktor agiert und viele Gene beeinflusst, die zur Tumorentstehung beitragen. Chirurgische Maßnahmen und/oder Strahlentherapie in Kombination mit Chemotherapie sind die üblichen Formen der Behandlung für ESFT. Da es aber in den letzten Jahrzehnten im Bereich der Chemotherapie nur kleine Fortschritte gab, ist die Notwendigkeit eines Tiermodells für pre-klinische Studien offenkundig. Deshalb lag das Hauptaugenmerk dieser Doktorarbeit auf der Entwicklung eines solchen Mausmodells, welches Sarkome entwickelt, die den gleichen Phänotyp wie ESFT zeigen. Wir nutzten ein konditionales EWS/FLI-1 Modell, in welchem durch Steuerung der Aktivität des Cre Enzym das Fusionsprotein in einer bestimmten Zielzelle expremiert wird. Da ESFT in Knochen- und umgebenden Weichteilgewebe entsteht, haben wir uns entschieden die EWS/FLI-1 Expression auf die mesenchymale Abstammungslinie zu begrenzen, welches wir durch das Einsetzen verschiedener Cre Linien erreicht haben. Nur wenn wir die Prx1Cre benutzten, expremierten doppelt transgene Mäuse EWS/FLI-1. Diese Mäuse wiesen Abnormalitäten der Skelettentwicklung auf, am auffälligsten waren die verkürzten Extremitäten. Der Defekt in der Knochenentwicklung war bedingt durch ein Fehlen reifer Chondrozyten und Osteoblasten und damit der Abwesenheit von kalzifiziertem Knochen. Die fehlenden reifen Knochenzellen in EWS/FLI-1 expremierenden Prx1Cre Mäusen unterstützen in vitro Daten, die zeigen, dass EWS/FLI-1 die Differenzierung mesenchymaler Progenitorzellen von Mäusen verhindern kann. Momentan wird das Projekt um die Analyse eines induzierbaren Prx1Cre Systems, das die frühe Sterblichkeit umgeht, erweitert. Dies sollte die Grundlage für die Entstehung von Tumoren bieten und folglich die Entwicklung eines adäquaten Mausmodells für die pre-klinische Forschung. In dem zweiten Projekt meiner Dissertation wurde die Rolle des Janus Kinase/Signal Transducer und Aktivator der Transkription (JAK/STAT) Signalwegs in ESFT untersucht. Dieser Signalweg ist bekannt viele Funktionen einer Tumorzelle zu regulieren wie Zellteilung, Differenzierung, Überleben oder Tumorüberwachung. Obwohl Komponenten dieses Signalweges häufig in humanen Tumoren fehlgeleitet sind, ist die Rolle dieses Netzwerkes in ESFT noch nicht detailliert erforscht worden. Daher untersuchten wir diesen Signalweg in ESFT. Wir analysierten drei verschiedene ESFT Zelllinien auf die Aktivierung des JAK/STAT Signalweges. Wir konnten aktiviertes STAT1 und STAT3 nachweisen, aber nur wenn die ESFT Zellen subkutan in immunkomprimierte Mäuse injiziert wurden, nicht aber wenn die Zellen in einer Zellkulturschale kultiviert wurden. Glykoprotein (gp)130 Zytokine induzierten die Aktivierung von STAT1 und STAT3, wohingegen Interferon (IFN)-γ nur STAT1 stimulierte. Eine profunde Wachstumsretardation wurde in Zellen beobachtet, die mit IFN-γ inkubiert wurden. Proliferation als Antwort auf gp130 Zytokinstimulation wurde nicht dramatisch verändert. Stimulation mit gp130 Zytokinen resultierte in einer vermehrten Expression von STAT1 Zielgenen, aber STAT3 induzierte Gene änderten ihre Expressionslevel nicht signifikant. Zusammenfassend kann man sagen, dass Komponenten des JAK/STAT Signalweges aktiv waren in ESFT Xenotransplantaten und durch Zytokinstimulierung. Aber weitere Analysen sind nötig um die biologische Funktion der STAT Aktivierung in ESFT zu verstehen und deshalb wird dieses Projekt am Ludwig Boltzmann Institut für Krebsforschung noch weiter verfolgt.

Abstract

(Englisch)

The Ewing’s sarcoma family of tumours (ESFT) comprises paediatric cancers of bone and soft tissue which presumably originate from mesenchymal progenitor cells (MPC). One hallmark of ESFT is the presence of a chromosomal translocation. In 90% of the cases chromosome 11 fuses with chromosome 22. This translocation generates the EWS/FLI-1 fusion which acts as an aberrant transcription factor de-regulating many genes involved in tumour development. Surgery and/or radiotherapy combined with chemotherapy are the usual forms of treatment for ESFT. But since there is only little progress in the field of chemotherapy the need for an animal model for pre-clinical drug testing is evident. Thus, the main focus of this thesis was to establish a mouse model that develops sarcomas resembling the phenotype of ESFT. We used a conditional EWS/FLI-1 mouse model, which upon Cre activity (controlled by a tissue specific promotor) expressed EWS/FLI-1 in the targeted cells. Since ESFT arises in bone and surrounding soft tissue we decided to direct expression of EWS/FLI-1 to the mesenchymal lineage by using different Cre lines. Only when using the Prx1Cre, double transgenic mice tolerated EWS/FLI-1 expression. We observed developmental abnormalities with severe skeletal deformations. Bone formation was impaired due to the absence of mature chondrocytes and osteoblasts and hence a lack of calcified bone. The lack of mature bone cells in EWS/FLI-1 expressing Prx1Cre mice supports in vitro data showing that EWS/FLI-1 impedes differentiation of murine mesenchymal progenitor cells. Currently, the project is extended to analysis of an inducible Prx1Cre system which circumvents the early lethality of Prx1Cre EF mice. This should provide the basis for tumour formation in these mice and hence the development of an appropriate mouse model for pre-clinical research. In the second project of my PhD thesis, the role of the Janus Kinase/Signal Transducer and Activator of Transcription (JAK/STAT) signalling pathway in ESFT was investigated. This pathway is known to regulate many functions of a tumour cell such as proliferation, differentiation, survival or tumour surveillance. Although components of this signalling pathway are often de-regulated in human cancers the role of this network was not investigated so far in detail in ESFT. Thus, we had a careful look on this pathway in ESFT. We analyzed three different ESFT cell lines for activation of the JAK/STAT pathway and observed activated STAT1 and STAT3 only upon subcutaneous injection into immunocompromised mice, but not in plain monolayer culture. Glycoprotein (gp)130 cytokines were shown to induce activation of STAT1 and STAT3 whereas Interferon (IFN)-γ only led to STAT1 activation. A profound reduction in cell number was observed when cells were stimulated with IFN-γ but proliferation in response to gp130-cytokines was not changed dramatically. Stimulation with gp130 cytokines resulted in up-regulation of STAT1 target genes but STAT3 induced genes did not change their expression significantly. In summary, components of the JAK/STAT signalling pathway were observed to be active in ESFT cell line xenografts and upon cytokine stimulation. But further analysis is needed to understand the biological function of STAT activation in ESFT and so this project is still ongoing at the Ludwig Boltzmann Institute for Cancer Research.

Autor*innen

Barbara Sax

Haupttitel (Englisch)

Establishment of a Ewing's sarcoma mouse model

Hauptuntertitel (Englisch)

JAK/STAT signalling in Ewing's sarcoma

Paralleltitel (Deutsch)

Entwicklung eines Ewing's Sarkom Mausmodells ; Der JAK/STAT Signalweg im Ewing's Sarkom

Publikationsjahr

2011

Umfangsangabe

150 S.

Sprache

Englisch

Beurteiler*innen

Manuela Baccarini ,

Jan Tuckermann

Klassifikation

42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie

AC Nummer

AC08959956

Utheses ID

14133

Studienkennzahl

UA | 091 | 490 | |

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