Combination of the oral histone deacetylase inhibitor resminostat with oncolytic measles vaccine virus as a new option for epi-virotherapeutic treatment of hepatocellular carcinoma

Abstract

Hepatocellular carcinoma (HCC) is one of the leading causes of cancer-related deaths worldwide and therapy options for advanced stages of disease are, despite recent advantages, considered relatively poor. Oncolytic viruses represent a novel therapy option for cancer treatment, as they were found to infect malignant tissue with subsequent substantial anti-tumor activity while toxicities for patients were generally found to be modest. Nevertheless, clinical testing of measles vaccine virus (MeV) as oncolytic vector platform revealed several limitations, such as inherent resistance phenomena as well as a lack of therapeutic efficiency. Therefore, prudent combination strategies are required to address those issues. Inhibitors of human histone deacetylases (HDACi) are investigated as a therapeutic option for various cancer entities with capability to induce cancer cell death as well as inhibition of tumor proliferation with concomitant additive immunomodulating potency. Interestingly, HDACi were found to dampen innate immunity signaling after infection with oncolytic vectors in tumor cells and are therefore considered as commendable combination partners for oncolytic virotherapy. Aim of this thesis was to investigate the potential of the epi-virotherapeutic combination using the prototypic suicide gene-armed measles vaccine-based virotherapeutic MeV-SCD and the oral HDACi resminostat for in vitro studies on a panel of three well-established hepatoma cell lines. To identify underlying mechanisms, alterations in virus biology parameters, as well as influences on tumor cell immune signaling and cell death were investigated. We found an enhanced cytotoxic/oncolytic effect for the epi-virotherapeutic co-treatment (Res + MeV) compared to any of the two monotherapeutic modalities in human hepatoma cells, but not in non-malignant primary human hepatocytes (PHH), accompanied by an accumulation of tumor cells undergoing apoptosis. Rates of primary infection of hepatoma cells by MeV could be enhanced in the presence of resminostat, while no inhibitory effects of resminostat on subsequent MeV replication and spread were observed. On a molecular level, resminostat was found to be a potent inhibitor of IFN-β-induced upregulation of IFIT-1 (interferon-induced protein with tetratricopeptide repeats), distinguishing itself as a transient immunomodulator being instrumental in promoting oncolytic virotherapy. As both MeV and resminostat are currently under evaluation in several clinical trials, this epi-virotherapeutic combination therapy could be translated rapidly into clinical practice as an effective strategy against advanced stage liver carcinoma.

Das Hepatozelluläre Karzinom (HCC) gehört zu einer der häufigsten Krebstodesursachen weltweit und Behandlungsmöglichkeiten für fortgeschrittene HCC-Tumorstadien sind, trotz gewisser Fortschritte in den letzten Jahren, immer noch eingeschränkt. Der Einsatz onkolytischer Viren in der Krebstherapie stellt eine neuartige Behandlungsmöglichkeit in der Onkologie dar, da diese Viren malignes Gewebe infizieren, in diesem selektiv replizieren, dieses dabei lysieren und dementsprechend antitumorale Eigenschaften besitzen, wobei sich gleichzeitig die Nebenwirkungen für die Patienten bisher als ausgesprochen überschaubar erwiesen. Dennoch hat sich in der klinischen Überprüfung dieser Eigenschaften gezeigt, dass es für den Einsatz von Masern-Impfviren (MeV) als onkolytische Vektoren einige Beschränkungen gibt, die von primären Resistenzphänomenen bis zu einem Mangel an therapeutischem Effekt reichen. Daher sind wohlüber-legte Kombinationsstrategien erforderlich, die diese Problembereiche elegant lösen können. Inhibitoren der Enzymgruppe der humanen Histon-Deacetylasen (HDACi) werden als Therapieoption für verschiedene Tumorentitäten in Betracht gezogen, da diese gezeigt haben, Krebszellen selbst zerstören zu können, diese an der Proliferation zu hindern und darüber hinaus zusätzliche immunmodulierende Eigenschaften besitzen. HDACi können dabei interessanterweise das angeborene zelluläre Immunsystem der Tumorzellen nach der Infektion mit onkolytischen Vektoren unterdrücken, sodass Histon-Deacetylase-Inhibitoren für die Kombination mit onkolytischen Viren hervorragend geeignet erscheinen. Ziel dieser Arbeit war, das Potenzial des epi-virotherapeutischen Kombinations-ansatzes des neuen HDAC-Inhibitor Resminostat (Res) zusammen mit dem onkolytischen Masernimpfvirus MeV-SCD (das für ein sog. Suizidgen kodiert) an einer Auswahl von drei humanen Hepatomzelllinien zu charakterisieren. Um zugrunde liegende Mechanismen aufzudecken, wurden Untersuchungen auf Ebene der Virusbiologie (wie primäre Infektionsraten oder auch Replikations-kompetenz) durchgeführt. Darüber hinaus wurden Einflüsse der Kombinations-therapie auf Signalwege des angeborenen Immunsystems der Tumorzellen, aber auch Mechanismen des programmierten Zelltodes beobachtet. Es konnte gezeigt werden, dass die epi-virotherapeutische Kombinations-behandlung (Res + MeV) einen verstärkten zytotoxischen/onkolytischen Effekt in den humanen Hepatomzelllinien erzielt, dies jeweils im Vergleich zu den entsprechenden Monotherapien, jedoch nicht in untransformierten, gesunden primären Hepatozyten (PHH). Dieser Effekt konnte zumindest partiell auf eine vermehrte Anzahl an apoptotischen Tumorzellen zurückgeführt werden. Primäre Infektionsraten der Hepatomzellen mit MeV konnten durch Zugabe von Resminostat gesteigert werden, ohne dabei die nachfolgende Virusreplikation und -ausbreitung negativ zu beeinflussen. Auf molekularer Ebene zeigte sich Resminostat als potenter Inhibitor einer durch Stimulation mit humanem IFN-β (Interferon beta) induzierten Hochregulation von IFIT-1 (interferon-induced protein with tetratricopeptide repeats). Durch diese Resminostat-vermittelte transiente Immunmodulation kann wiederum eine erfolgreiche onkolytische Virotherapie potenziell gefördert werden. Da sowohl Masern-Impfviren als auch Resminostat derzeit in zahlreichen klinischen Studien getestet werden, könnte dieser epi-virotherapeutische Kombinationsansatz als effektive Behandlungsmöglichkeit des fortgeschrittenen Leberkarzinoms zügig im klinischen Alltag zur Anwendung kommen.