Investigating Novel Therapeutic Strategies in Liver Cancer

Abstract

Die Dissertation ist gesperrt bis zum 26. April 2025 !

Liver Cancer is the sixth leading cause of cancer death worldwide. Over 80 % of all diagnosed liver cancer types are Hepatocellular carcinoma (HCC) or Cholangiocarcinoma (CCA). Both tumors are often diagnosed in an advanced disease stage with a poor prognosis. The increasing prevalence of HCC and CCA, including the challenges surrounding their diagnosis, management, and limited treatment options, have increased the urgency first to find additional molecular targets, and secondly, to develop novel therapeutic strategies. This study explored two novel therapeutic concepts for the systemic treatment of HCC and CCA. For the first concept, we investigated the stimulation of adenosine receptor 3 (ADORA3). We could show that an antiproliferative effect of tumor cells after stimulation of ADORA3 was directly dependent on the presence of the receptor. Preliminary published data stated an overexpression of ADORA3 in HCC. In contrast to these data, we found a heterogenous expression level, comparable to non-malignant tissue samples, which might be important in the decision, which patients are suited for treatment strategies including ADORA3 activation. Furthermore, we could show that ADORA3 agonist Namodenoson induces the alteration of epigenetic modifying factors, including a broad downregulation of different histone deacetylases (HDACs). Supporting these observations, we further show, that the co-treatment using ADORA3 agonists and different histone deacetylase inhibitors (HDACi) led to a synergistic inhibition of HCC or CCA cell proliferation. Additionally, this effect could also be shown in ex vivo cultured patient-derived organoids. These results suggest that combining an ADORA3 agonist with an HDACi may be a promising new treatment option for a selected group of patients. In the second set of experiments, we targeted direct AKT and HDAC inhibition as a novel therapeutic strategy and investigated the effect of the cotreatment against three significant hallmarks of HCC and CCA: unrestrained proliferation, invasion and metastasis, and cell death resistance. In cell lines from both tumor entities, we observed that the combination with different HDACi, compared to the mono-treatments, showed an increased inhibition of cell proliferation, a reduction in the ability of the cells to migrate and an induction of apoptosis. We also observed that our combination treatment simultaneously inhibited the AKT dependent PI3K/AKT/mTOR pathway and as a new observation the AKT independent PI3K/SGK1/mTOR pathway. The combinations were observed to be synergistic in defined settings. The present study has identified two promising new combination strategies for the treatment of HCC and CCA and provided preliminary evidence for carrying out further investigations in preclinical and clinical studies.

Über 80 % aller an primärem Leberkrebs erkrankten Menschen haben ein hepatozelluläres (HCC) oder ein cholangiozelläres (CCA) Karzinom. Die weltweit steigende Prävalenz des HCCs und des CCAs, die Herausforderungen rund um ihre Diagnose sowie die eingeschränkten Therapiemöglichkeiten, haben die Dringlichkeit erhöht, neue molekulare Angriffspunkte zu erforschen und neue Therapieansätze zu entwickeln. Die vorliegende Dissertation untersucht zwei neue systemische Therapiekonzepte zur Behandlung des HCCs und CCAs. Im ersten Konzept wird die Adenosin Rezeptor 3 (ADORA3) Aktivierung im HCC und CCA näher untersucht. Dazu wurde im ersten Schritt erarbeitet, dass die tumorhemmende Wirkung der ADORA3 Aktivierung rezeptorabhängig ist. Veröffentlichte Daten weisen auf eine Überexpression von ADORA3 im HCC hin. Im Gegensatz dazu zeigt die vorliegende Arbeit eine heterogene Expression des Rezeptors in tumoralem Gewebe verglichen mit nicht-malignen Gewebeproben. Diese Beobachtung könnte in Zukunft von entscheidender Bedeutung sein, bei der Beantwortung der Frage, welche Patienten für die vorgeschlagene Behandlung geeignet sind. Des Weiteren wird dargestellt, dass der ADORA3-Agonist Namodenoson zu einer Veränderung epigenetische Modulatoren führt und insbesondere eine breite Herunterregulierung verschiedener Histon-Deacetylasen (HDACs) induziert. Basierend auf diesen Beobachtungen wird weiter aufgezeigt, dass die Kombination eines ADORA3-agonisten mit verschiedene Histon-Deacetylase-Inhibitoren (HDACis) zu einer synergistischen Hemmung der untersuchten HCC und CCA-Zelllinien führt. Die erhöhte Anti-Tumor-Wirkung, der ADORA3-Agonist/HDACi Kombination, wird abschließend in von HCC-Patienten stammenden Organoiden untersucht. Zusammenfassend deuten die Ergebnisse darauf hin, dass die Kombination eines ADORA3-Agonisten mit einem HDACi eine erfolgsversprechende neue Behandlungsoption für eine ausgewählte Patientengruppe mit HCC oder CCA sein könnte. Im zweiten Therapiekonzept wird die kombinierte Hemmung der Proteinkinase B (AKT) und die Hemmung der HDACs untersucht. Hierbei wird der Fokus auf die Veränderungen in drei entscheidende Tumormerkmale im HCC und CCA gelegt: ungehemmte Proliferation, Migration/Invasion und Metastasierung sowie die Resistenz gegen Zelltod. In beiden Tumortypen wird veranschaulicht, dass die Kombination verglichen zur Monotherapie, eine stärkere Hemmung der Zellproliferation, eine Verringerung der Migrationsfähigkeit der Zellen und eine Induktion von Apoptose bewirkt. Darüber hinaus wird verdeutlicht, dass die Kombinationen synergistisch sind. Im Gegensatz zur Monotherapie wird veranschaulicht, dass die Kombinationen gleichzeitig sowohl den AKT-abhängigen PI3K/AKT/mTOR Signalweg als auch den AKT-unabhängigen PI3K/SGK1/mTOR Signalweg hemmen. Abschließend wird mit aus Patienten stammenden Organoiden die tumorhemmende Wirkung der AKTi/HDACi Kombination untersucht.

Zusammenfassend erschließt die vorliegende Dissertation zwei potenzielle Kombinationstherapien gegen HCC und CCA und liefert erste vielversprechende Ergebnisse und eine Evidenz für weitere präklinische und klinische Studien.