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The role of YAP1 in neuroblastoma tumor progression

Ahrens, Kerstin

FG Medizinische Biotechnologie

Neuroblastoma is a pediatric solid tumor, that originates from the developing sympathetic nervous system and typically occurs in the adrenal medulla and paraspinal ganglia with secondary locations in the bone marrow and lymph nodes among others. After significant therapeutic advances over the past decades, neuroblastoma patients with refractory and relapse tumors still possess a poor survival prognosis and their therapy remains a major therapeutic challenge. The transcriptional co-activator Yes1 associated transcriptional regulator 1 (YAP1) has been implicated in neuroblastoma relapse development and thus, may be a notable regulator of drug resistance and tumor cell migration. This study outlines the functional role of YAP1 in neuroblastoma tumor progression. YAP1 shows a highly heterogeneous expression profile in neuroblastoma cell lines and tumor tissues. Transient siRNA-mediated YAP1 knockdown reduced the proliferative capacity of neuroblastoma cells expressing high level of YAP1. Migration assays and RNA sequencing of tetracycline-inducible YAP1S127A-activated SH-EP-TR-YAP1S127A and SK-N-AS-TR-YAP1S127A cells revealed that cell motility depends on YAP1. The application of standard chemotherapeutic drugs causes less-reduced cell viability in YAP1S127A-activated cells, indicating a YAP1-mediated cell protection against chemotherapeutic toxicity. Furthermore, YAP1 provoked a mesenchymal phenotype switch in one cell line, whereas genes affecting the amino acid metabolism and mitochondrial folate cycle were upregulated in the other. The enforced expression of YAP1S127A enhanced the glucose consumption and extracellular acidification rate. Accompanied by an upregulation of key glycolytic genes, these results delineate a YAP1- triggered metabolic switch towards aerobic glycolysis (Warburg effect) in neuroblastoma cells. Since the Hypoxia inducible factor 2 α (HIF-2 α) encoding gene EPAS1 was upregulated in YAP1S127A-activated cells, a YAP1-mediated stabilization of HIF-2 α with the subsequent regulation of glucose metabolism was hypothesized. Contrary to our assumption, an increased HIF-2 α abundance could only be detected in hypoxic YAP1S127A-activated cells. These metabolic changes induced by YAP1 accompanied by increased cell motility, enhanced chemotherapy tolerance and hypoxic adaption outline an aggressive and resistant tumor-cell phenotype, that likely favors neuroblastoma progression and relapse development. Overall, the results of this thesis highlight the unfavorable role of YAP1 in neuroblastoma progression. Thus, our work provides new evidence of YAP1 as a promising therapeutic target in neuroblastoma treatment. Further efforts are needed to verify our findings in a complex biological system with focus on neuroblastoma relapse development on the one hand and the mechanism and timing of YAP1 activation on the other.
Das Neuroblastom ist eine maligne Krebserkrankung des jungen Kindesalters. Die Tumore entstehen im sich entwickelnden sympathischen Nervengewebe und zeigen sich typischerweise im Mark der Nebennieren und im Grenzstrang. Metastasen werden unter anderem in Knochenmark und Lymphknoten gefunden. Trotz erheblicher Therapieoptimierungen in den letzten Jahrzehnten haben Patienten mit rezidivierenden und therapieresistenten Neuroblastomen noch immer schlechte Prognosen und ihre Therapie bleibt eine der größten therapeutischen Herausforderungen. Der transkriptionelle Co-Aktivator Yes1 associated transcriptional regulator 1 (YAP1) wurde mit der Entwicklung rezidivierender Neuroblastome in Zusammenhang gebracht und könnte somit ein entscheidender Regulator von Medikamentenresistenzen und Tumorzellmigration sein. Die vorliegende Arbeit untersucht den Einfluss von YAP1 auf die Entstehung von Neuroblastomen. Die YAP1-Expression variiert stark in Neuroblastom-Zelllinien und Tumorgeweben. Eine transiente siRNA-vermittelte Minderung der YAP1-Expression reduzierte die Zellproliferation von YAP1 hoch exprimierenden Zellen. Migrationsassays und eine RNA-Sequenzierung von SH-EP-TR-YAP1S127A und SK-N-AS-TR-YAP1S127A Zellen, die nach Zugabe von Tetrazyklin konstitutiv aktives YAP1S127A synthetisieren, zeigten eine Abhängigkeit der Zellmotilität von YAP1. Die Exposition gegenüber häufig eingesetzten Chemotherapeutika reduzierte die Zellviabilität YAP1S127A-aktivierter Zellen in geringerem Maße als die der Kontrollzellen, was auf einen YAP1-vermittelten Schutz der Zelle gegen die Toxizität der Chemotherapeutika hindeutet. Weiterhin bewirkte die Induktion von YAP1S127A in einer der beiden Zelllinien einen Wechsel der Zellidentität hin zu einem mesenchymalen Phänotyp, wohingegen in der Anderen eine Hochregulation von Genen beobachtet wurde, die den Aminosäure-Stoffwechsel und den mitochondrialen Teil des Folatzyklus regulieren. Die Überexpression von YAP1S127A erhöhte außerdem den Glukoseverbrauch und die extrazelluläre Versauerungsrate, was zusammen mit der erhöhten Transkription von Schlüsselgenen der Glykolyse eine YAP1-vermittelte Aktivierung der aeroben Glykolyse (Warburg Effekt) beschreibt. EPAS1, welches den Hypoxie-induzierbaren Faktor 2 α (HIF-2 α) kodiert, war in beiden YAP1S127A-aktivierten Zelllinien hochreguliert. Die Vermutung, YAP1 stabilisiere das Protein HIF-2 α und reguliere damit den Glukosemetabolismus, konnte nicht bestätigt werden. Erhöhte HIF-2 α Abundanz wurde nur in hypoxischen YAP1S127A-aktivierten Zellen detektiert. Die beschriebenen Stoffwechselveränderungen, die erhöhte Zellmotilität, die induzierte Toleranz von Chemotherapeutika und die Adaption an hypoxische Bedingungen durch die Aktivität von YAP1 resultiert in einem aggressiven und resistenten Tumorzelltyp, der das Fortschreiten des Neuroblastoms und die Entwicklung von Rezidiven fördert. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit einen nachteiligen Effekt von aktivem YAP1 in der Progredienz des Neuroblastoms. Damit liefern wir neue Hinweise, YAP1 als ein vielversprechendes Zielmolekül in der Neuroblastom-Therapie zu betrachten. Für die Validierung der hier dargelegten Ergebnisse sind weitere Untersuchungen nötig, die den Beitrag von YAP1 zur Entwicklung von Neuroblastom-Rezidiven und den Mechanismus sowie das Timing der YAP1-Aktivierung in einem komplexen biologischen System betrachten.