Deciphering the molecular mode of action of histone deacetylase inhibitors in human germ cell cancer cell lines in vitro and in vivo

• Applicant: Professor Dr. Daniel Nettersheim
• Subject Area: Pathology ; Hematology, Oncology
• Term: from 2015 to 2018
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 270478324

• Final Report Year: 2018

Final Report Abstract

In dieser Studie wurde untersucht, ob sich der Histondeacetylase (HDAC)-Inhibitor Romidepsin als Therapieoption für (Cisplatin-resistente) Keimzelltumoren (KZT) eignet und auf welchen molekularen Mechanismen die Romidepsin-Wirkung beruht. Es konnte gezeigt werden, dass Romidepsin, im Vergleich zu anderen HDAC-Inhibitoren und Cisplatin, bereits bei einmaliger Anwendung und sehr geringen Konzentrationen stark toxisch auf KZT-Zelllinien wirkt. Dabei induziert Romidepsin einen G2-Phase-Zellzyklusarrest sowie Apoptose. Fibroblasten und Sertoli-Zellen hingegen wurde nicht geschadet. Auch in vivo reduziert Romidepsin signifikant die Tumorlast in Nacktmäusen nach Xenotransplantation (Cisplatin-resistenter) KZT-Zelllinien. Die epigenetische Stilllegung der Expression von ARID1A, einem Effektor des Chromatinremodellierenden SWI/SNF-Komplexes, stellt dabei das initiale Ereignis in der Romidepsin-Wirkkaskade dar. Anschließend kommt es zur Induktion von Stress-, Zellzyklus- und Apoptose-Regulatoren. Abschließend konnten wir nachweisen, dass Romidepsin die Tumorlast nach Xenotransplantation von (Cisplatin-resistenten) KZT-Zellen in Nacktmäuse signifiankt reduziert, und dass es in den in vivo-Tumorgeweben zu den gleichen Deregulationen in der Genexpression wie in vitro kommt. Dies verdeutlicht, dass der Romidepsin-Wirkmechanismus in vitro und in vivo identisch ist, und dass unsere Erkenntnisse und Schlußfolgerungen aus den in vitro-Experimenten zuverlässig auf die in vivo-Situation übertragen werden können. Unsere Studie zeigt also, dass Romidepsin bereits bei sehr geringen Konzentrationen eine effiziente in vitro- und in vivo-Therapieoption für (Cisplatin-resistente) KZTs darstellt. Des Weiteren tragen die Untersuchungen zum Wirkmechanismus zu einem besseren Verständnis der HDAC-Inhibitor-Effekte bei, was wiederrum dem Patientenwohl zu Gute kommt. Diese Studie wurde im Rahmen der Förderperiode mit drei Preisen ausgezeichnet, inklusive des renomierten C.E. Alken-Preises für besondere Leistungen in der Urologie. Zu den Preisen und Publikationen entstanden ebenfalls Pressemitteilungen, die in internationalen Medien verbreitet wurden.

Publications

• Chapter 15: Xenografting of Cancer Cell Lines for in vivo Screening of the Therapeutic Potential of HDAC Inhibitors. Methods Molecular Biology, Vol. 1510. HDAC/HAT Function Assessment and Inhibitor Development. ISBN 978-1-4939-6525-0. Edition 1. Springer
  Nettersheim D, Jostes S, Schorle H
  
• A signaling cascade including ARID1A, GADD45B and DUSP1 induces apoptosis and affects the cell cycle of germ cell cancers after romidepsin treatment. Oncotarget, 5(0); 2016 Aug 27
  Nettersheim D, Jostes S, Fabry M, Honecker F, Schumacher V, Kirfel J, Kristiansen G, Scholre H
  (See online at https://doi.org/10.18632/oncotarget.11647)
• A signaling cascade including ARID1A, GADD45B and DUSP1 induces apoptosis and affects the cell cycle of germ cell cancers after romidepsin treatment. Oncotarget, 5(0); 2016 Aug 27
  Nettersheim D, Jostes S, Fabry M, Honecker F, Schumacher V, Kirfel J, Kristiansen G, Scholre H
  (See online at https://doi.org/10.18632/oncotarget.11647)
• Elucidating human male germ cell development by studying germ cell cancer. Reproduction, 152(4), pp.R101–13.; 2016 Oct. 01
  Nettersheim D, Jostes, S., Schneider S, Schorle H
  (See online at https://doi.org/10.1530/REP-16-0114)
• The bromodomain inhibitor JQ1 triggers growth arrest and apoptosis in testicular germ cell tumors in vitro and in vivo. Journal of Cellular and Molecular Medicine; Dez. 2016 [Advanced online]
  Jostes S, Nettersheim D, Fellermeyer M, Schneider S, Hafezi F, Honecker F, Schumacher V, Geyer M, Kristiansen G, Schorle H
  (See online at https://doi.org/10.1111/jcmm.13059)
• The cancer/testisantigen PRAME supports the pluripotency network and represses somatic and germ cell differentiation programs in seminomas. British Journal of Cancer. Nature Publishing Group; 2016 Jul 21
  Nettersheim D, Arndt I, Sharma R, Riesenberg S, Jostes S, Schneider S, et al.
  (See online at https://doi.org/10.1038/bjc.2016.187)
• Das Mikromilieu beeinflusst das Zellschicksal von Keimzelltumoren. BIOspektrum. 07/2017. S. 779
  Nettersheim D, Schorle H
  (See online at https://doi.org/10.1007/s12268-017-0873-6)