Relevance of regulator proteins of actin remodeling for the gain of an invasive phenotype in Ewing's sarcoma

• Applicant: Professor Dr. Konrad Steinestel
• Subject Area: Pathology ; Hematology, Oncology ; Cell Biology
• Term: from 2015 to 2018
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 277965366

• Final Report Year: 2018

Final Report Abstract

Das Ewing-Sarkom ist ein aggressiver Knochen- und Weichgewebstumor, der insbesondere im Kindes- und Jugendalter auftritt. Im Rahmen dieses Projekts untersuchten wir, welche Rolle Regulatorproteine des Aktinumbaus für die Fähigkeit von Zellen des Ewing-Sarkoms spielen, in umgebendes Gewebe einzudringen und Absiedelungen (Metastasen) in anderen Körperregionen zu bilden. Diese Absiedelungen sind beim Ewing-Sarkom mit einer schlechten Prognose vergesellschaftet und liegen oftmals bereits zum Zeitpunkt der Diagnosestellung in Form von Mikrometastasen vor. Ewing-Sarkome sind genetisch stabil, weisen aber spezifische onkogene (tumorfördernde) Translokationen auf. Wir konnten zeigen, dass diese Translokationen und die daraus resultierenden chimären Transkriptionsfaktoren die Expression des Proteins Ezrin, eines Interaktionspartners der fokalen Adhäsionskinase (FAK), im Bereich von fokalen Adhäsionskontakten unterstützen. Ezrin stabilisiert wiederum den fokalen Adhäsionskomplex und fördert hierdurch die Autophosphoylierung der FAK am Tyrosinrest 367. Die Autophosphorylierung der FAK, die in zahlreichen anderen Malignomen tumorfördernde Eigenschaften hat, konnten wir auch in einem Kollektiv menschlicher Gewebeproben von Ewing-Sarkompatienten nachweisen. Zudem konnten wir zeigen, dass diese Phosphorylierung wesentliche Voraussetzung für Ausbildung und Wachstum fokaler Adhäsionskontakte und für die - über kleine GTPasen der Rho-Familie - vermittelte Zellmigration ist. Interessanterweise scheint die anhaltende Autophosphorylierung der FAK im Ewing-Sarkom, die unabhängig vom Kontakt der Tumorzellen mit einem Substrat stattfindet, den im Regelfall durch Zellablösung und fehlenden Substratkontakt bedingten und Caspase-3-abhängigen Zelltod (Anoikis) zu verhindern. Durch die genannten Eigenschaften wird somit die Ausbreitung und das Überleben der Sarkomzellen im Gewebe sowie in der Zirkulation im Rahmen der systemischen Aussaat unterstützt. Wir stellten zudem dar, dass die Hemmung der FAK-Phosphorylierung durch den FAK-Inhibitor 15 (Y15; 1,2,4,5-Benzentetraamin-Tetrahydrochlorid) die Ausbildung fokaler Adhäsionskontakte und die Migrationsfähigkeit der Sarkomzellen hemmt und die Caspase-3-abhängige Apoptose wieder steigert. Eine Behandlung von Ewing-Sarkomen im in vivo-Tierversuchsersatzmodell am Hühnerei zeigte signifikante antitumorale Wirkung der FAK-Inhibition auf die zuvor experimentell erzeigten Sarkome. Zusammenfassend konnten wir mit den hier vorgestellten Ergebnissen in vitro sowie in vivo zeigen, dass zentrale tumor- und aggressivitätsfördernde Eigenschaften des Ewing-Sarkoms über die adhäsionsunabhängige Autophosphorylierung der FAK am Tyrosinrest 397 vermittelt werden. Der FAK-Inhibitor Y15 unterdrückt diese Autophosphorylierung und stellt die Caspase-3-abhängige Apoptose wieder her, weshalb die Entwicklung eines auf Y15 basierenden Medikaments bzw. die Applikation von Y15 beim Ewing-Sarkom ein möglicher Ansatzpunkt für eine therapeutische Nutzung der präsentierten Ergebnisse sein könnte.

Publications

• A crucial FAKtor: focal adhesion kinase (FAK) as a regulator of cell adhesion and migration in Ewing sarcoma. 101. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Pathologie, Erlangen, Juni 2017
  Steinestel K, Jansen EP, Dirksen U, Trautmann M, Rehkämper J, Mikesch JH, Grünewald TGP, Wardelmann E, Hartmann W
  
• A crucial FAKtor: focal adhesion kinase (FAK) as a regulator of cell adhesion and migration in Ewing sarcoma. AACR Conference on New Frontiers in Cancer Research, Kapstadt/ Südafrika, Januar 2017
  Steinestel K, Jansen EP, Dirksen U, Trautmann M, Rehkämper J, Mikesch JH, Grünewald TGP, Wardelmann E, Hartmann W
  
• FUS-DDIT3 Fusion Protein-Driven IGF-IR Signaling is a Therapeutic Target in Myxoid Liposarcoma. Clin Cancer Res. 2017 Oct 15;23(20):6227-6238
  Trautmann M, Menzel J, Bertling C, Cyra M, Isfort I, Steinestel K, Elges S, Grünewald I, Altvater B, Rossig C, Fröhling S, Hafner S, Simmet T, Åman P, Wardelmann E, Huss S, Hartmann W
  
• The role of focal adhesions in Ewing's sarcoma / Die Rolle von fokalen Adhäsionskontakten im Ewing-Sarkom. Der Pathologe, Vol. 38. 2017, Issue 2, pp. 169-171.
  Steinestel K, Grünewald TGP, Hartmann W
  
• Focal adhesion kinase confers pro‐migratory and antiapoptotic properties and is a potential therapeutic target in Ewing sarcoma. Molecular Oncology, Vol. 14. 2020, Issue 2, pp. 248-260.
  Steinestel, K., et al.