title: Investigation of ERK activity as a proxy for targeted therapy resistance in KRAS-mutant colorectal cancer
Creators: name: Aust, Oleksandra
Publisher: name: Humboldt-Universität zu Berlin
Year: 2025
Subjects: subject: RAS-Mutationen
subject: RAS-Inhibitor
subject: Kolorektales Karzinom
subject: MAPK-Signalübertragung
subject: ERK-Reporter
subject: Resistenzmechanismen
subject: RAS mutations
subject: RAS inhibitor
subject: Colorectal cancer
subject: MAPK signaling
subject: ERK reporter
subject: Resistance mechanisms
subject: 570 Biologie

description: Mutationen in der RAS-Genfamilie, insbesondere in KRAS, treten häufig bei kolorektalem Karzinom (CRC) auf und erschweren zielgerichtete Therapien erheblich. Trotz der Entwicklung mutationsspezifischer RAS-Inhibitoren stellt die erworbene Resistenz eine zentrale Herausforderung dar, die häufig durch die Reaktivierung downstreamer Signalwege verursacht wird. Diese Studie untersucht die Wirkung des neuartigen Breitband-RAS-Inhibitors RMC-7977 (RASi) in KRAS-mutierten CRC-Zellen und analysiert die zugrunde liegenden Mechanismen der Resistenzbildung. Der RASi inhibierte effektiv die ERK-Signalübertragung, reduzierte die Zellproliferation und induzierte Apoptose. Zur Echtzeitüberwachung der ERK-Dynamik wurde ein zweifarbiges ERK-Reportersystem (FIREX) entwickelt, das eine unabhängige Visualisierung der zytoplasmatischen und nukleären ERK-Aktivität ermöglicht. Eine langfristige Exposition gegenüber dem RASi führte zur Selektion resistenter Zellpopulationen mit spezifischen ERK-Reaktivierungsmustern, die anhand ihrer FIREX-Aktivität charakterisiert wurden. Multi-Omics-Analysen, einschließlich Exom-, Transkriptom- und Phosphoproteom-Analysen, zeigten signifikante Unterschiede zwischen den resistenten Zellsubpopulationen, insbesondere Veränderungen in den MAPK- und PI3K-Signalwegen. Auffällig war, dass Zellen mit hoher ERK-Reporteraktivität die KRAS Y71H-Mutation aufwiesen, während Subpopulationen mit überwiegend zytoplasmatischer ERK-Aktivität die RAF1 S257L-Mutation trugen. Bemerkenswerterweise zeigten CRC-Zellen mit der RAF1 S257L-Mutation eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber der kombinierten RAS- und RAF-Inhibition, was eine potenzielle therapeutische Strategie zur Überwindung von Resistenzen darstellt. Diese Ergebnisse verdeutlichen die Komplexität der RASi-Resistenzmechanismen in CRC und unterstreichen die Bedeutung der Integration von Echtzeit-ERK-Monitoring mit Multi-Omics-Analysen zur Optimierung kombinatorischer Behandlungsstrategien.
description: Mutations in the RAS gene family, particularly KRAS, are frequently observed in colorectal cancer (CRC) and pose significant challenges for targeted therapies. Although RAS mutation-specific inhibitors have been developed, acquired resistance remains a major obstacle, often driven by the reactivation of downstream signaling pathways. This study investigates the effects of the novel broad-spectrum active-state RAS inhibitor RMC-7977 (RASi) in KRAS-mutant CRC cells and explores mechanisms underlying resistance development. The RASi effectively inhibited ERK signaling, leading to reduced proliferation and apoptosis induction. To monitor ERK activity dynamics in real-time, a dual-color ERK reporter system (FIREX) was developed, enabling independent visualization of cytoplasmic and nuclear ERK activity. Long-term RASi exposure led to the emergence of resistant cell populations exhibiting distinct ERK reactivation patterns, which were subsequently sorted based on their FIREX activity. Multi-omics analyses, including whole-exome, transcriptome, and phosphoproteomic profiling, revealed key molecular differences between resistant subpopulations, particularly alterations in the MAPK and PI3K signaling pathways. Notably, cells with high ERK reporter activity harbored the KRAS Y71H mutation, while those with predominantly cytoplasmic ERK activity carried the RAF1 S257L mutation. Importantly, CRC cells with the RAF1 S257L mutation displayed increased sensitivity to combined RAS and RAF inhibition, highlighting a potential therapeutic strategy to overcome resistance. These findings underscore the complexity of RASi resistance in CRC and emphasize the importance of integrating real-time ERK activity monitoring with multi-omics approaches to refine combination therapies.