Epigenetische Regulation der Tumorumgebung im Pankreaskarzinom

Charakteristisch für das duktale Pankreaskarzinom ist ein sehr desmoplastisches Stroma, welches nicht nur das aggressive lokale Wachstum des Tumors foerdert, sondern auch eine Schluesselrolle in der Chemotherapieresistenz spielt. Obwohl die Extrazellulaere Matrix (EZM) im Pankreaskarzinom einen Hauptbestandteil des Tumorstromas darstellt, ist sie sehr schlecht untersucht. Die EZM ist ein Geflecht vernetzter Proteine, die zumindest teilweise als Reservoir fuer Wachstumsfaktoren, Zytokinen und EZM Umbauenzymen besteht. Als Gesamtbegriff fuer die Proteine der EZM wurde das Matrisom gewaehlt. Die Produktion und der Umbau der EZM wird hauptsaechlich von Krebs-assoziierten Fibroblasten (CAF) vermittelt und foerdert das Tumorwachstum und -migration der Tumorzellen. Durch Arbeiten des Gastlabores zur Charakterisierung von epigenetischen Regulatoren im Pankreaskarzinom konnte fuer die Bromodomain and extraterminal domain (BET) Familie der Chromatinadaptoren eine wichtige Rolle beim Tumorwachstum und der CAFS sowohl im Xenograft- als auch im genetisch veraenderten Mausmodell definiert werden. Genexpressionsanalysen von Pankreaskarzinom Xenografttumoren ergaben, dass BET Proteine einen grossen Anteil der Matrisomgene regulieren, welches der Fokus dieses Antrages ist Experimente in Teil 1 beinhalten die Definition des Matrisoms des Pankreaskarzinoms per Proteomuntersuchung und die Definition der Matrisomproteine, die von BET Proteinen reguliert werden. Teil 2 wird sich dann mit der pharmakologischen Inhibition von BET Proteinen und der Umstrukturierung der EZM befassen, welche vermutlich eine metastatische Absiedelung des Tumors verhindern kann. Zusaetzlich werden Patientenproben bezueglich EZM Struktur und Outcome Variablen korrelliert. Die beantragte Forschungsarbeit soll die Regulation des Matrisoms durch BET Proteine im Pankreaskarzinom untersuchen und definieren, ob diese Regulation fuer die Tumorbiologie bedeutsam ist und deshalb therapeutisch nutzbar. Schlussendlich soll diese Arbeit zum Verstaendnis des Pankreaskarzinoms als Ganzes beitragen.

In this research project, we characterized the non-cellular content of the PDAC stroma for the first time. For this we utilized three different patient derived xenografts that were orthotopically implanted into pancreata of immunodeficient mice. This model allowed for separation of the mouse derived stroma from the human derived cancer. Importantly, we found that matrisome gene signatures found in these PDX models were very similar to signatures found in patient tumors, that we had laser-micro dissected. Suprisingly, stromal cells were not the only major producing matrix cells, but also cancer cells contributed substantially (40%) to the make-up of the PDAC matrisome. In fact, most of the genes were expressed by both compartments (stroma and cancer), and not as previously described majorly by the stromal cells. Furthermore, we deciphered the epigenetic role of BET bromodomain proteins for the expression of the PDAC matrisome. BET proteins were able to abrogate a stroma-cancer cross-talk induced effect on matrisome expression in a co-culture model. We also found that this effect is likely driven by contactdependent communication. Finally, the alteration of tumor-stroma crosstalk led to significant growth reduction in an orthotopic tumor model, in which the tumor cells themselves were insensitive to BETi in culture, suggesting the importance of modulating the cancer-stroma crosstalk in PDAC tumors. We were also able to calculate a matrisome signature classifier to predict long-versus short term survival in an independent PDAC cohort with 532 worldwide resected PDAC patients, again strengthening the importance of the PDAC matrisome to the biology of tumors. In summary, we have newly characterized a new compartment of PDAC tumors, and defined one pharmacological target to alter a large percentage of extracellular matrix genes in order to slow tumor growth. These data will potentially lead to a new understanding of these deadly tumors and offers multiple new targets for anticancer treatment. This project has led to multiple talks and awards for the DFG scholar. It also offers a great basis to continue research as a surgeon-scientist.