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Mechanisms of transcriptional repression by EWS-FLI1 in Ewing Sarcoma

Niedan, Stephan (2012) Mechanisms of transcriptional repression by EWS-FLI1 in Ewing Sarcoma.
Dissertation, University of Vienna. Zentrum für Molekulare Biologie
BetreuerIn: Kovar, Heinrich

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DOI: 10.25365/thesis.23869
URN: urn:nbn:at:at-ubw:1-29444.13729.284263-7

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Abstract in English

The EWS-FLI1 chimeric oncoprotein characterizing Ewing Sarcoma (ES) is a prototypic aberrant ETS transcription factor with activating and repressive gene regulatory functions. Mechanisms of transcriptional regulation, especially transcriptional repression by EWS-FLI1, are poorly understood. We report that EWS-FLI1 repressed promoters are enriched in forkhead box recognition motifs, and identify FOXO1 as a EWS-FLI1 suppressed master regulator responsible for a significant subset of EWS-FLI1 repressed genes. In addition to transcriptional FOXO1 regulation by direct promoter binding of EWS-FLI1, its subcellular localization and activity is regulated by CDK2 and AKT mediated phosphorylation downstream of EWS-FLI1. Functional restoration of nuclear FOXO1 expression in ES cells impaired proliferation and significantly reduced clonogenicity. Gene-expression profiling revealed a significant overlap between EWS-FLI1 repressed and FOXO1-activated genes. Treatment of ES cell lines with Methylseleninic acid (MSA) evoked reactivation of endogenous FOXO1 in the presence of EWS-FLI1 in a dose- and time-dependent manner and induced massive cell death which was found to be partially FOXO1-dependent. In an orthotopic xenograft mouse model, MSA increased FOXO1 expression in the tumor paralleled by a significant decrease in ES tumor growth. Together, these data suggest that a repressive sub-signature of EWS-FLI1 repressed genes precipitates suppression of FOXO1. FOXO1 re-activation by small molecules may therefore constitute a novel therapeutic strategy in the treatment of ES.

Schlagwörter in Englisch

CDK2 / Ewing Sarcoma / EWS-FLI1 / FOXO1 / Methylseleninic acid (MSA)

Abstract in German

Ewing Sarkome (ES), die am zweithäufigst auftretenden Tumore der Knochen und Weichteile bei Kindern und Jugendlichen, werden genetisch durch die Genfusion EWS-FLI1 als Folge einer chromosomalen Translokation charakterisiert. EWS-FLI1 kodiert für einen äusserst potenten Transkriptionsfaktor, welcher sowohl Gen aktivierende als auch Gen repremierende Eigenschaften besitzt. Obwohl EWS-FLI1 als transkriptioneller Hauptregulator in ES fungiert, ist dennoch nur sehr wenig über Mechanismen der Genregulation und im Speziellen, der transkriptionellen Repression bekannt. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass Promotoren von EWS-FLI1 reprimierten Genen eine Anreicherung von Motiven für Bindung von Forkhead Box Transkriptionsfaktoren zeigen. Des Weiteren konnte FOXO1 als ein EWS-FLI1 reprimierter transkriptioneller Meisterregulator identifiziert werden, welcher signifikant zur repressiven transkriptionellen Signatur von EWS-FLI1 beiträgt. FOXO1 wird dabei einerseits direkt durch Bindung von EWS-FLI1 an dessen Promotor transkriptionell, aber auch post-transkriptionell über inhibitorische Phosphorylierung durch CDK2 und AKT unterdrückt, welche die sub-zelluläre Lokalisation und somit die transkriptionelle Aktivität von FOXO1 regulieren. Durch die funktionelle Re-Expression von nukleärem FOXO1 konnte eine signifikant reduzierte Proliferation, als auch Klonogenizität in ES Zelllinien in vitro gezeigt werden. Profile von Experimenten zur Genexpression konnten zeigen, dass es eine signifikante Überlappung zwischen EWS-FLI1 reprimierten und FOXO1 aktivierten Genen gibt. Eine Reaktivierung von endogenen FOXO1 durch Verwendung von Methylselen Säure (MSA), im Beisein von EWS-FLI1, konnte eine Zeit- und Konzentrations-Abhängigkeit sowie Induktion von Zelltod, welcher zumindest teilweise auf die Reaktivierung von FOXO1 zurückzuführen ist, in vitro bewirken. Durch Verwendung eines orthotopen Maus Xenograft Modells konnte gezeigt werden, dass MSA behandelte Mäuse ein signifikant verringertes Tumor Wachstum und gleichzeitig erhöhte FOXO1 Expression aufweisen. Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass eine EWS-FLI1 vermittelt repressive Sub-Signatur durch die Unterdrückung des Tumorsuppressors FOXO1 ausgelöst ist. Deshalb könnte die Reaktivierung von FOXO1 durch niedermolekulare Substanzen eine neue therapeutische Strategie zur Behandlung von ES Patienten darstellen.

Schlagwörter in Deutsch

CDK2 / Ewing Sarkom / EWS-FLI1 / FOXO1 / Methylselensäure (MSA)

Item Type: Hochschulschrift (Dissertation)
Author: Niedan, Stephan
Title: Mechanisms of transcriptional repression by EWS-FLI1 in Ewing Sarcoma
Umfangsangabe: 100 S. : Ill., graph. Darst.
Institution: University of Vienna
Faculty: Zentrum für Molekulare Biologie
Publication year: 2012
Language: eng ... Englisch
Supervisor: Kovar, Heinrich
Assessor: Lawlor, Elizabeth
2. Assessor: Seiser, Christian
Classification: 42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie
AC Number: AC10731604
Item ID: 23869
(Das PDF-Layout ist ident mit der Druckausgabe der Hochschulschrift.)

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