Published 2012 | Version v1
Miscellaneous

Analysis of JUN/AP1 function in Hedgehog/GLI-associated cancer

Description

The Hedgehog (HH)/GLI signaling pathway is a developmental pathway involved in segment patterning of the Drosophila larval body or in A-P axis and pattern formation of the vertebrate embryo. In adult mammals, the Hedgehog pathway is essential for tissue homeostasis, while deregulation of this pathway is associated with the development and growth of cancers of the skin, brain, gastrointestinal tract, lung and prostate. A growing body of evidence suggests that control of oncogenic HH signaling involves interactions with other pathways frequently activated in human malignancies. In line with these findings, we have shown that Epidermal Growth Factor Receptor (EGFR) signaling synergizes with Hedgehog/GLI in oncogenic transformation of human keratinocytes in vitro. The integration of HH/GLI and EGFR signaling is thought to be mediated via an activation of the RAS/RAF/MEK/ERK cascade leading to the subsequent activation of the AP1 transcription factor JUN. Activated JUN can cooperate with GLI to activate the expression of selected EGFR-HH/GLI target genes thereby promoting transformation. Furthermore, it has been shown that the artificial GLI2 activator form (GLI2delN) can cooperate with active JUN in human keratinocytes, though these data were mainly based on overexpression and in vitro experiments. Given the crucial role of JUN in HH-EGFR-dependent cancer development and its putative cooperation with a dominant active GLI2delN form, the aim of my thesis was to address the in vivo role of cJun/Ap1 in Gli-driven basal cell carcinoma (BCC), a very common form of non-melanoma skin cancer. Using a combination of genetic tools including RNA interference and cre/loxP transgenic mouse technology for conditional inactivation of cJun/Ap1, I could show that inhibition of cJun/Ap1 in established Ptch deficient BCC cells decreases tumor growth in allograft experiments. By contrast, genetic deletion of cJun in GLI2delN expressing mice does not interfere with GLI2delN driven skin tumor development, but rather resulted in enhanced tumor formation and increased proliferation of basal epidermal cells. Further I extended the analysis of GLI/JUN cooperation to pancreatic cancer, which is one of the most malignant cancers with minimal survival rate. In this type of cancer cooperation between GLI and JUN/AP1 signaling is found to be important for the proliferation and self-renewal of tumor initiating pancreatic cancer stem cells in vitro and for tumor growth in vivo. To summarize my data I could demonstrate that cJun is dispensable for GLI2delN driven skin cancer formation in vivo. By contrast, cooperation between GLI and JUN is a critical determinant of the tumor-initiating properties of pancreatic cancer stem cells. (author)

Availability note (English)

Available from Salzburg University Library, Hofstallgasse 2-4, 5020 Salzburg (AT)

Abstract (German)

Der Hedgehog (HH)/GLI Signalweg ist ein Signalweg, der sowohl für die Musterbildung von Drosophila Melanogaster Larven als auch für die A-P Achsen- Bildung im Embryo von Vertebraten verantwortlich ist. In adulten Säugetieren ist der HH/GLI Signalweg zuständig für die Aufrechterhaltung der Homöostase von Geweben, von daher wird eine Fehlregulation dieses Signalwegs mit der Entstehung und dem Wachstum von unzähligen humanen Krankheiten, wie dem Basalzellkarzinom (BCC), dem Medulloblastom oder dem Prostata- und Pankreaskrebs in Verbindung gebracht. Immer mehr Hinweise deuten darauf hin, dass die Kontrolle der onkogenen Aktivierung des HH/GLI Signalwegs weitere Signalwege, die ihrerseits bereits zur Entstehung maligner Erkrankungen im Menschen beitragen, involviert. In diesem Zusammenhang hat unsere Forschungsgruppe gezeigt, dass eine synergistische Interaktion zwischen dem Epidermalen Wachstumsfaktor Rezeptor (EGFR) Signalweg und dem HH/GLI Signalweg zu einer onkogenen Transformation humaner Keratinozyten in vitro führt. Dabei nehmen wir an, dass die Kooperation zwischen dem HH/GLI und dem EGFR Signalweg durch eine Aktivierung der RAS/RAF/MEK/ERK Signalkaskade und der nachfolgenden Aktivierung des AP1 Transkriptionsfaktors JUN erfolgt. Folglich kooperiert aktiviertes JUN mit GLI in der selektiven Aktivierung von HH/GLI-EGFR Zielgenen, die ihrerseits die Transformation von Zellen vorantreiben. Ferner wurde eine Kooperation zwischen der artifiziellen GLI2 Aktivatorform (GLI2delN) und aktivem JUN in humanen Keratinozyten gezeigt, allerdings basieren diese Daten auf Überexpressions- und in vitro Experimenten. Auf Grund dieser wichtigen Rolle von JUN in der HH-EGFR vermittelten Krebs -Entstehung und der möglichen Kooperation von JUN mit der dominant aktiven GLI2delN Aktivatorform, war es Ziel meiner Doktorarbeit, die Rolle und Funktion von cJun/Ap1 in HH/GLI getriebenem, nicht bösartigem Hautkrebs, dem Basalzellkarzinom (BCC), im Detail zu untersuchen. Dabei wurde ein konditionelles Inaktivieren von cJun/Ap1 mittels der Kombination von genetischen Hilfsmitteln, wie der RNA Interferenz und der Cre/loxP Technologie, in transgenen Mäusen analysiert und in meinen ersten Versuchen stellte ich fest, dass das Inhibieren von cJun/Ap1 zu einem verringerten Tumorwachstum von Ptch defizienten BCCs in Allograft Experimenten führt. Im Gegensatz zeigte allerdings das Deletieren von cJun aus dem Genom von GLI2delN exprimierenden Mäusen keinen inhibierenden Effekt auf die Tumorentstehung, sondern führte vielmehr zu einer gesteigerten Tumorentstehung und Proliferation basaler epidermaler Zellen. In weiterer Folge habe ich unsere Studien an der Kooperation zwischen dem HH/GLI und EGFR Signalweg auf eine weitere Krebsart, das Pankreas Adenokarzinom, welche eine der bösartigsten Krebserkrankungen mit geringer Überlebensrate ist, ausgeweitet. Dabei konnte ich zeigen, dass die Kooperation des HH/GLI Signalwegs und des JUN/AP1 Transkriptionsfaktors eine wichtige Rolle in der Proliferation von Tumor initiierenden Zellen im Pankreas und der damit verbundenen Tumorentstehung, sowohl in vitro als auch in vivo spielt. Zusammengefasst zeigen meine Daten, dass cJun keine Funktion in der GLI2delN vermittelte Hautkrebsentstehung hat. Im Gegensatz dazu scheint die Kooperation zwischen GLI und JUN ein wichtiger Faktor für die Tumor initiierenden Eigenschaften von Krebs- Stammzellen im Pankreas zu sein. (author)

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90 p.

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Notes
authors keywords: synergism / HH/GLI / JUN/AP1 / cancer