Modeling Vulnerability of KRAS and BRAF mutant Colorectal Cancer towards Interference with DNA Damage Response
Creators: name: Bublitz, Natalie-Angelika
Publisher: name: Humboldt-Universität zu Berlin
Year: 2024
Subjects: subject: Kolorektalkrebs
subject: DNA Schadensreaktionsweg
subject: DDR Checkpoint Chk1 Inhibition
subject: BRAF V600E Onkogen
subject: Colorectal Cancer
subject: DNA damage response pathway
subject: DDR checkpoint Chk1 inhibition
subject: BRAF V600E oncogene
subject: 570 Biologie

description: Darmkrebs ist für etwa 10% aller krebsbedingten Todesfälle verantwortlich, und etwa 50% aller Darmkrebspatienten weisen onkogene Mutationen in KRAS, NRAS oder BRAF Genen auf. Eine wichtige Funktion in Krebszellen ist die Kontrolle von DNA Reparatur- und Schadensreaktionswegen (DDR), da Tumorzellen häufig unter erhöhtem Replikationsstress leiden. Die Aktivierung von MAPK-Signalen durch RAS und RAF Onkogenen ist Auslöser von Replikationsstress. Allerdings sind DDR Checkpoint Inhibitoren in klinischen Studien gescheitert, da das Verständnis über die mechanistische Verbindung zwischen MAPK Effektornetzwerken und DDR gering ist. Dieses Projekt zielt darauf ab, die funktionellen Zusammenhänge zwischen MAPK- und DDR-Regulationsnetzwerken zu untersuchen und Mechanismen zu ermitteln, welche die Sensitivität von Checkpoint-Inhibitoren bei Darmkrebs beeinflussen. Wir haben die Sensitivität von KRAS und BRAF V600E mutierten Darmkrebszelllinien hinsichtlich einer Checkpoint Inhibition getestet und die MAPK- und DDR-Regulationsnetzwerke mittels CyTOF und quantitativer Western-Blot-Analyse analysiert. Darüber hinaus wurden durch einen gezielten CRISPR-i-Screen synthetisch letale Zielgene für Checkpoint Inhibitoren identifiziert und potenzielle Resistenzmechanismen aufgedeckt. Die Mehrheit der BRAF V600E-mutierten Zelllinien erwies sich als übermäßig empfindlich gegenüber der Chk1 Inhibition. Die Analyse der Reaktion auf Chk1 Inhibitoren ergab eine unterschiedliche Regulierung der DDR-Effektoren, sowie der p38 MAPK, mTOR- und NF-κB-Signalwege zwischen empfindlichen und resistenten Linien. Ein CRISPR-i-Screen in der Chk1i-sensitiven Zelllinie HT29 zeigte die Beteiligung von Regulatoren der Replikationsgabel, die entweder direkt mit Chk1 interagieren oder als Chk1-Effektoren fungieren. Dies deutet auf eine erhöhte Abhängigkeit von einem funktionellen DDR-Signalweg hin. Im Gegensatz zu BRAF V600E war onkogenes KRAS kein Indikator für eine Sensitivität auf Chk1 Inhibition.
description: Colorectal cancer (CRC) accounts for approximately 10% of all cancer-related deaths, and approximately 50% of all CRC patients have oncogenic mutations in KRAS, NRAS, or BRAF. An important function in cancer is the control of DNA repair and DNA damage response (DDR) pathways, as tumor cells often suffer from increased replication stress. The activation of MAPK signaling by RAS/RAF oncogenes triggers replication stress. However, DDR checkpoint inhibitors have failed in clinical trials because the molecular processes involved in DDR checkpoint signaling are not well understood, and the knowledge of the mechanistic link between MAPK effector networks and DDR in CRC is minor. This project aimed to investigate the functional dependencies between MAPK and DDR regulatory networks and to uncover the mechanisms that mediate checkpoint inhibitor sensitivity in CRC. We tested the sensitivity of KRAS and BRAFV600E mutated CRC cell lines to checkpoint inhibition and analyzed MAPK and DDR regulatory networks using cytometry by time of flight (CyTOF) and quantitative western blot analysis. In addition, a targeted CRISPR-i screen identified synthetic lethal targets for Chk1/Mk2 inhibitors and revealed the potential resistance mechanisms. Interestingly, the majority of BRAFV600E mutant CRC cell lines proved to be overly sensitive to Chk1 inhibition. Analysis of the response to checkpoint inhibitors using a CyTOF panel and quantitative western blot analyses revealed differential regulation of checkpoint effectors and the p38 MAPK, mTOR, and NF-κB signaling pathways between sensitive and resistant lines. A CRISPR-i screen in the Chk1i-sensitive cell line HT29 indicated the involvement of replication fork regulators that either interact directly with Chk1 or function as Chk1 effectors. This indicates an increased reliance of BRAFV600E CRC cell lines on functional DDR signaling. In contrast, the presence of oncogenic KRAS does not indicate sensitivity to checkpoint interference.