- GND
- 1323732039
- LSF ID
- 13331
- ORCID
-
0000-0002-1927-260X
- Sonstiges
- der Hochschule zugeordnete*r Autor*in
Abstract in Englisch:
Lung cancer is the leading cause of cancer-related death word-wide. To date, there is no approved targeted therapy for lung cancer driven by KRAS, the most frequently altered onco- gene in epithelial cancers. Despite the high incidence of KRAS-driven lung adenocarcinoma (LUAD), the underlying mechanisms that cause tumor progression are not well understood. Especially the early steps of tumorigenesis have not been studied extensively, as the research focus has been on advanced stage cancer. With early detection methods improving, it will be- come more important to understand the molecular changes directly following oncogenic KRAS expression, to develop targeted therapies particularly for KRAS-driven early-stage LUAD. New technologies, such as organoid cultures and single cell RNA-Sequencing, now facilitate the modeling and study of tumorigenesis in primary cells. For this reason, I developed an organoid system to faithfully model LUAD in vitro. I showed that transformed alveolar type 2 (AT2) cell-derived cancer organoids recapitulated LUAD pro- gression histologically. When transplanted orthotopically, the cancer organoids gave rise to tumors in vivo. I characterized the transcriptional landscape of oncogenic KRAS expressing cells early after transformation. Most notably, I found that oncogenic KRAS alone was suffi- cient to reprogram the cells to a more dedifferentiated phenotype, with reduced AT2 identity and increased expression of development genes. Using the transcriptional data, I identified and confirmed the ephrin receptor Epha2 as a potential target for early-stage LUAD. To further characterize the molecular changes that occur during tumor progression, I per- formed a time course analysis of the transcriptional landscape of alveolar organoids and cancer organoids with single cell resolution. I found that the alveolar organoids followed a regeneration response; the cells transitioned to alveolar type 1 (AT1) and AT2 cells in culture, similar to their differentiation trajectories in vivo. In contrast, cancer organoid cells had lost the alveolar differentiation trajectories and instead expressed transcription factors connected to pluripo- tency and development, early after oncogene initiation. Even though the cancer cells partially recovered AT2 identity markers at a later time point, they remained in a dedifferentiated state. Overall, I developed a new organoid tool that can be used for an array of applications. I characterized the system and explored the transcriptional changes that occured during cancer progression. I showed that oncogenic KRAS expression caused a lasting dedifferentiation response early after initiation. Delineating the molecular mechanisms that lead to this response will help understand KRAS biology, and provide new avenues for targeted treatments.
Abstract in Deutsch:
Lungenkrebs ist weltweit die häufigste krebsbedingte Todesursache. Bisher gibt es keine zugelassenen zielgerichteten Therapien für Lungenkrebs, der durch KRAS verursacht wird, dem am häufigsten veränderten Onkogen in Karzinomen. Trotz der hohen Inzidenz von KRASgesteuerten Lungenadenokarzinomen ist unser Verständnis der zugrunde liegenden Mechanismen, die Tumorprogression verursachen, bescheiden. Insbesondere die ersten Schritte der Tumorentstehung wurden nicht ausführlich untersucht, da der Forschungsschwerpunkt bislang auf den fortgeschrittenen Krebsstadien lag. Auf Grund der sich verbessernden Früherkennungsmethoden wird es immer wichtiger, auch die molekularen Veränderungen direkt nach der onkogenen KRAS-Expression zu verstehen und neue zielgerichtete Therapien vorallem für die frühen Krebsstadien zu entwickeln. Neue Technologien, wie Organoidkulturen und EinzelzellRNA-Sequenzierung, können nun die Modellierung und Untersuchung des Fortschreitens von Krebs in Primärzellen erleichtern. Aus diesem Grund habe ich ein Organoid-System entwickelt, das die LungenadenokarzinomProgression modelliert. Ich konnte zeigen, dass Krebsorganoide, die aus transformierten alveolären Typ 2 (AT2) Zellen hergestellt wurden, die Tumorprogression histologisch nachahmten. Bei orthotopischer Transplantation führten die Krebsorganoide zu Tumoren in vivo. Ich charakterisierte die Transkriptionslandschaft von Zellen, früh nach der Transformation durch onkogenes KRAS. Insbesondere fand ich heraus, dass onkogenes KRAS allein ausreichte, um die Zellen auf einen dedifferenzierten Phänotyp mit reduzierter AT2-Identität und erhöhter Expression von Entwicklungsgenen umzuprogrammieren. Unter Verwendung der Transkriptionsdaten identifizierte und bestätigte ich den Ephrinrezeptor Epha2 als potenzielles Ziel für Lungenadenokarzinome im Frühstadium. Um die molekularen Veränderungen, die während der Tumorprogression auftreten, weiter zu charakterisieren, führte ich eine Zeitverlaufsanalyse der Transkriptionslandschaft von Alveolar- und Krebsorganoiden mit Einzelzellauflösung durch. Ich fand heraus, dass die Alveolarorganoide einer Regenerationsreaktion folgten. Die Zellen differenzierten in Kultur zu alveolären Typ 1- (AT1) und AT2-Zellen, ähnlich ihrer Differenzierungsverläufe in vivo. Im Gegensatz dazu hatten Krebsorganoid-Zellen die alveolären Differenzierungswege verloren und exprimierten stattdessen Transkriptionsfaktoren, die mit Pluripotenz und Entwicklung zusammenhängen, früh nach der Initiierung des Onkogens. Obwohl die Krebszellen zu einem späteren Zeitpunkt teilweise AT2-Identitätsmarker wiedererlangten, blieben sie in einem dedifferenzierten Zustand. Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass ich ein neues Organoid-System entwickelt habe, das für eine Reihe von Anwendungen verwendet werden kann. Ich charakterisierte das System und untersuchte die Transkriptionsänderungen, die auf die Krebsentstehung folgten. Ich zeigte, dass die onkogene KRAS-Expression früh nach der Initiierung eine anhaltende Dedifferenzierungsreaktion hervorrief. Die Beschreibung der molekularen Mechanismen, die zu dieser Reaktion führten, wird zum Verständnis der KRAS-Biologie beitragen und neue Wege für ziegerichtete Behandlungen eröffnen