Using genetics to identify epigenetic and signal transduction targets in cancer

Cancer arises mostly due to the stepwise acquisition of untamed growth capabilities by various means, ranging from genetic, epigenetic to environmental factors. With the advancement made in molecular biology and associated fields, the complex biological circuits leading to these pathological conditions have now started to be deciphered in-depth. In the present thesis I have shown that mouse exome sequencing may be used to guide targeted therapy in animal models (Paper I). In this study, we for the first time made makeshift genomes of two very popular mouse strains namely BALB/c and DBA/2J. In a subsequent paper, we could translate the concept of genetics and mouse modeling for guiding patient enrollment into future clinical trials (Paper II). Thereafter, we used RNA sequencing to decipher similarities shared between cell line-derived xenografts (CDXs) and patient-derived xenografts (PDXs) developed in Paper II. Despite similar mutational profiles, CDXs and PDXs were very different irrespective of their genotype. Here, we unravel hypoxia and specifically hsa-miR-210 as a key player orchestrating the differences (paper III). To our dismay, abrogating the regulation dictated by miR-210 using a miR decoy; makes this cells become less sensitive to MEK inhibition in vivo, suggesting a possible role of hsa-miRNA-210 in conferring resistance to MEK inhibitors. Myc proto-oncogene is deregulated in vast majority of cancers types but unfortunately remains to be inhibited by pharmacological means to date. Recently, Bromodomain and extra-terminal (BET) protein inhibitors (like JQ1) have been shown as an indirect means to inhibit Myc. We set out to test the new and orally bio-available BET inhibitor (RVX2135) in a transgenic mouse model -MYC Mouse), where pathogenicity of the disease may be solely attributed to the over-expression of MYC. To our surprise, the data suggested an effect of BET inhibition independent of Myc inhibition using either the prototype JQ1 or the novel compound in our systems (Paper IV). Moreover, we not only show a possible mechanistic insight of BETi but also unravel a synergistic combination of BET and HDAC inhibitors. In a follow up paper, we show lethal synergistic combinations of BET inhibitors and inhibitors of the replication stress kinase ATR in lymphomas (Paper V). Taken together, this thesis unravels the use of various genetic and epigenetic targets as suitable candidates for therapeutical intervention either as standalone and/or in combination; deciphered using different methods as an effective strategy for combating various cancer types both in vitro and in vivo. Sammanfattning på svenska Cancer uppstår främst på grund av det stegvisa förvärvet av otämjd tillväxtkapacitet på olika sätt, allt från genetiska, epigenetiska till miljöfaktorer. Med framsteg inom har komplexa biologiska kretsar som leder till cancer nu börjat dechiffreras på djupet. I denna avhandling har jag visat att sekvensering av möss arvsmassa kan användas för att styra målinriktad terapi i djurmodeller (Artkel I). I den studien skapade vi provisoriska genom hos två mycket populära musstammar för att spåra arvsmasseförändringar (mutationer) i mustumörer. I en efterföljande artikel kunde vi använda lärdomarna om genetik och musmodellering för att utveckla en mot för att styra patientrekrytering i framtida kliniska prövningar (Artkel II). Därefter använde vi RNA-sekvensering för att dechiffrera likheter som delas mellan musmodeller (xenografter) som skapats genom transplantation av cellinje (CDXs) eller det patientmaterial (PDXs) som studerats i Artikel II. Trots liknande mutationsprofiler så var CDXs och PDXs mycket olika vad det gällde genavläsningen. Jag intresserade mig för HSAMIR-210, ett litet RNA som skillde mellan PDX/CDX och som bildas när celler får syrebrist (Artkel III). Till vår förvåning om vi förhindrar effekten av detta RNA så blir cellerna mindre känsliga för MEK hämning in vivo, vilket tyder på en möjlig roll HSA miRNA-210 i resistens mot MEK-hämmare. Genen MYC är en sk proto-onkogen som är överaktiv i de flesta cancertyper men tyvärr finns i dagläget inga fungerande läkemedel. Nyligen visade sig hämmare av bromodomän och extra-terminala (BET) protein (som JQ1) kunna indirekt hämma avläsningen av MYC-genen. Vi bestämde oss för att testa nya och oralt biotillgängliga BET-hämmare (RVX2135) i en transgen musmodell -MYC Mouse), där sjukdomen kan tillskrivas överuttryck av MYC. Överaskande nog så antydde mina data att en effekt av JQ1 eller RVX2135 sker oberoende av inhibering av MYC-genavläsningen i vårt system (Artikel IV). Dessutom visade vi att BET och sk HDAC-hämmare kan öka effekten av varandra (sk synergi). I en uppföljande artikel visade vi dödligt synergistiska kombinationer av BET-hämmare och hämmare av replikationsstresskinaset ATR i lymfom (Artikel V). Sammantaget stärker min avhandling att genetiska och epigenetiska mål som fristående och/eller i kombination kan vara en effektiv strategi för att behandla olika cancertyper både in vitro och in vivo.