DNA damage checkpoint signaling and cancer

Prosjektnummer: 2012028
Ansvarlig person: Randi Gussgard Syljuåsen
Institusjon: Oslo universitetssykehus HF
Prosjektkategori: Karrierestipend
Helsekategori: Cancer
Forskningsaktivitet: 1. Underpinning, 5. Treatment Developement

2016 - sluttrapport

Når cellenes DNA blir skadet, for eksempel via ioniserende stråling, aktiveres såkalte ”cellesyklus-sjekkpunkter” som forhindrer skadde celler fra å dele seg og hjelper cellene til å få repartert skaden. Å forstå de molekylære signalveiene som styrer cellesyklus-sjekkpunktene er viktig for å finne nye metoder til å forbedre framtidig kreftbehandling. Formålet med dette prosjektet var å oppnå en bedre forståelse av molekylære signalveier involvert i cellesyklus-sjekkpunkter, og å utforske potensielle kliniske anvendelser basert på kunnskap om slike signalveier. I løpet av perioden har vi oppnådd flere viktige resultater som bidrar til å økt forståelse av hvordan hemmere av sjekkpunktkinasene Chk1 og Wee1 kan benyttes i kreftbehandling.Vi har funnet at Chk1-hemmere er mer effektive når de tilsettes like etter at kreftcellene har vært utsatt for hypoksi (lavt oksygen), dvs i et tidsrom etter reoksygenering (Hasvold et al. Mol. Canc. Ther. 2013). Siden reoksygenering ofte forekommer i løpet av fraksjonert stråleterapibehandling, så er dette resultatet særlig relevant med tanke på å kombinere Chk1-hemmere med stråleterapi. Videre har vi undersøkt hvordan hypoksi kan føre til endringer sjekkpunk-signalering (G.Hasvold et al., Molecular Oncology 2016), som potensielt kan ha betydning for effektiviten av Chk1 og Wee1- hemmere i hypoksiske tumorer. Vi har også utført en screen å identifisere medikamenter/hemmere som gir økt DNA-skade når de kombineres med en hemmer av Wee1-kinasen (MK1775) (S. Hauge et al. Oncotarget 2016). I alt 1664 ulike stoffer ble testet sammen med MK1775 i en leukemia cellelinje, og DNA-skade ble målt i S-fase ved hjelp av flow cytometry. Vi fant bl.a. at Chk1-hemmere i kombinasjon med Wee1-hemmeren ga svært mye S-fase skade. Dette ble reprodusert i flere forskjellige kreftcellelinjer (osteosarcoma og lungekreftceller), og slik kombinasjonsbehandling førte også til kraftig redusert celle-overlevelse. Vi undersøkte i detalj hvordan disse synergieffektene mellom Chk1- og Wee1-hemmere oppstår, og fant at Wee1 og Chk1 regulerer to ulike trinn i DNA-replikasjon initieringsprosessen. Hvis cellene mangler både Wee1 og Chk1 starter replikasjonen på en svært ukontrollert måte, noe som fører til ekstra mye DNA-skade i S-fase. Disse resultatene gir ny kunnskap om sjekkpunkt-signalveiene, som kan være nyttig for å forstå hvordan Chk1- og Wee1-hemmere kan benyttes optimalt i framtidig kreftbehandling. (S. Hauge et al. Oncotarget 2016). Vi har også studert effekter av kombinasjonsbehandling med stråling og hemmere av en annen sjekkpunktkinase, Plk1.Vi fant at hemmere av Polo-like kinase 1 (Plk1) kan føre til økt sråle-følsomhet eller økt stråle-resistens for kreftceller, avhengig av om Plk1-hemmere tilsettes før eller etter bestrålingen. Hvis Plk1-hemmere tilsettes før bestråling, vil cellene akkumulere i M-fase, hvor cellene er ekstra strålefølsomme. Hvis Plk1-hemmere derimot tilsettes etter bestråling, forlenges G2-sjekkpunktet, og cellene får mer tid til å reparere stråleskaden og blir derfor mer resistente. (Lund-Andersen et. al, Radiotherapy and Oncology, 2014). Prosjektet bidrar på lang sikt til å utvikle nye kombinasjonsbehandlinger for kreftbehandling. Særlig forsøker vi å finne medikamenter/stoffer som er nyttige i kombinasjon med stråleterapi. Resultatene av prosjektet kan, sammen med videre forskning på området, potensielt lede fram mot nye kliniske utprøvingsstudier. Vårt fokus på å forstå mekanismene hvordan nye kombinasjonsbehandlinger virker, kan bidra til riktigere bruk av behandlingene i hver enkelt pasient, dvs mer optimal bruk av nye kombinasjonsbehandlinger i persontilpasset kreftbehandling.

2015

"DNA damage checkpoint signaling and cancer”Når cellenes DNA blir skadet, aktiveres såkalte ”cellesyklus-sjekkpunkter” som forhindrer skadde celler fra å dele seg. Å forstå de molekylære signalveiene som styrer cellesyklus-sjekkpunktene er viktig, både fordi de kan beskytte mot kreftutvikling, og for å finne nye metoder til å forbedre framtidig kreftbehandling.Formålet med dette prosjektet er å oppnå en bedre forståelse av molekylære signalveier involvert i cellesyklus-sjekkpunkter, og å utforske potensielle kliniske anvendelser basert på kunnskap om slike signalveier. I 2015 har vi hatt fortsatt framgang i våre studier angående hemmere av cellesyklus-sjekkpunktkinaser. Vi har utført en screen for å identifisere medikamenter/hemmere som gir økt DNA-skade når de kombineres med en hemmer av Wee1-kinasen (MK1775). I alt 1664 ulike stoffer ble testet sammen med MK1775 i en leukemia cellelinje, og DNA-skade ble målt i S-fase ved hjelp av flow cytometry. Det viktigste resultatet var at hemmere av en annen sjekkpunktkinase, Chk1, ga svært mye S-fase skade i kombinasjon med Wee1-hemmeren. Dette ble reprodusert i flere forskjellige kreftcellelinjer (osteosarcoma og lungekreftceller), og slik kombinasjonsbehandling førte også til kraftig redusert celle-overlevelse. Videre undersøkte vi i mer detalj hvordan synergieffektene mellom Chk1- og Wee1-hemmere oppstår. Vi har funnet at Wee1 og Chk1 regulerer to ulike trinn i DNA-replikasjon initieringsprosessen. Hvis cellene mangler både Wee1 og Chk1 starter replikasjonen på en svært ukontrollert måte, noe som fører til ekstra mye DNA-skade i S-fase. Disse resultatene gir ny kunnskap om sjekkpunkt-signalveiene, og kan dessuten være nyttige for å forstå hvordan Chk1- og Wee1-hemmere kan benyttes optimalt i framtidig kreftbehandling. Et manuskript som presenterer disse resultatene er veldig snart klart for innsendelse (S. Hauge et.al). I tillegg har vi fullført arbeidet med hvordan hypoksi (lave oksygennivåer) fører til endringer i sjekkpunkt-signalveier (Hasvold et.al, artikkel akseptert i desember 2015). Vi har funnet at hypoksi kan føre til endret mengde av flere sjekkpunkt-regulatorer i G2-fase celler. Vi har også observert et noe sterkere G2-sjekkpunkt i kreftceller når de utsettes for hypoksi før bestråling. Disse resultatene er viktige fordi G2-sjekkpunktet er med til å beskytte cellene mot DNA-skade ved å gi dem bedre tid til å reparere skaden før de deler seg. Våre resultater tyder dermed på at hypoksi-induserte endringer i G2-sjekkpunktet kan bidra til å beskytte kreftceller mot DNA-skade. Innsendte artikler: 1)Combined inhibition of Wee1 and Chk1 gives synergistic S-phase damage due to distinct regulation of CDK activity and CDC45 loading. Hauge S, Naucke C, Hasvold G, Joel M, Rødland GE, Juzenas P, Stokke T, Syljuåsen RG. Submittes Feb 2016. 2)Hypoxia-induced alterations of G2 checkpoint regulators. Hasvold G, Lund-Andersen C, Lando M, Patzke S, Hauge S, Suo Z, Lyng H, Syljuåsen RG. Akseptert, Mol Oncol. Dec 2015.

2014

DNA damage checkpoint signaling and cancerNår cellenes DNA blir skadet, f.eks via radioaktiv stråling, aktiveres såkalte ”cellesyklus-sjekkpunkter”, som hindrer skadde celler i å dele seg. Å forstå de molekylære signalveiene som styrer cellesyklus-sjekkpunktene er viktig, både fordi de kan beskytte mot kreftutvikling, og for å finne nye metoder til å forbedre framtidig kreftbehandling.Formålet med dette prosjektet er å oppnå en bedre forståelse av molekylære signalveier involvert i cellesyklus-sjekkpunkter, og å utforske potensielle kliniske anvendelser basert på kunnskap om slike signalveier. I 2014 har vi hatt framgang i våre studier som undersøker effekter av å hemme sjekkpunkt-kinasene Wee1 og Chk1. Våre nye resultater viser at proteinet p21 (et kjent target av tumor suppressor p53) kan beskytte cellene mot Wee1- og Chk1- hemmere. Proteinet p21 motvirker induksjon av DNA-skade i S-fase i celler behandlet med slike hemmere. Denne rollen i S-fase har ikke vært tidligere kjent for p21, og dette undersøkes nå nærmere for å forstå mekanismene i detalj. Resultatene fra disse studiene gir ny kunnskap om sjekkpunkt-signalveiene, og kan dessuten føre til en bedre forståelse av hvordan Chk1- og Wee1-hemmere kan utnyttes optimalt i kreftbehandling i framtiden. I tillegg har vi fortsatt arbeidet med å undersøke hvordan hypoksi (lave oksygennivåer) fører til endringer i sjekkpunkt-signalveier. Våre resultater har vist at hypoksi kan føre til endret mengde av flere sjekkpunkt-proteiner i G2-fase celler, og vi har observert et lengre G2-sjekkpunkt når cellene deretter blir bestrålt. Vi har nå brukt flere forskjellige metoder til å måle mengden DNA-skade i cellene i det de unnslipper G2-sjekkpunktet. Våre nye resultater tyder på at mengden DNA-skade i cellene, i det de unnslipper G2-sjekkpunktet, er omtrent lik for celler behandlet med hypoksi og dyrket under normale oksygennivåer. Hypoksi ser dermed ikke ut til å endre G2-sjekkpunktets evne til å hindre skadde celler fra å dele seg. Disse resultatene er viktige for å forstå hvordan G2-sjekkpunktet bidrar til å beskytte hypoksiske celler mot utvikling av genomisk ustabilitet. Innsendte artikler: Targeting lung cancer cells through inhibition of checkpoint kinases. R.G. Syljuåsen, G.Hasvold, S.Hauge, Å.Helland. Innsendt Januar 2015. H.B. Landsverk, L. Ellefsen Sandquist, D. Chamousset, O.J.B. Landsverk, L.Trinkle-Mulcahy, R.G. Syljuåsen. TOPBP1-independent ATR activity is continuously suppressed by the PP1 nuclear targeting subunit PNUTS. (artikkelen ble innsendt i 2014, men en forbedret versjon med nye resultater er planlagt innsendt våren 2015)

2013

"DNA damage checkpoint signaling and cancer”DNA-skade kan oppstå i humane celler pga interne prosesser som DNA-replikasjon, og ytre faktorer som ioniserende stråling. De molekylære signalveiene som styrer cellesyklus-sjekkpunktene hindrer skadde celler i å dele seg. Å forstå disse signalveiene er viktig både fordi de kan beskytte mot kreftutvikling, og for å finne nye metoder til å forbedre framtidig kreftbehandling.I dette prosjektet ønsker vi å oppnå en bedre forståelse av molekylære signalveier involvert i DNA-skade-sjekkpunkter, og å utforske potensielle kliniske anvendelser basert på kunnskap om slike signalveier. I løpet av 2013 har vi bl. a. oppnådd en økt forståelse for hvordan fosfatasen Protein Phospatase 1 (PP1) regulerer DNA-skade–signalveier. Våre nye resultater viser at PP1 sammen med bindingspartnerer ”Pnuts” (PP1 nuclear targeting subunit) spesifikt hemmer aktiveringen av en av de aller mest sentrale sjekkpunk-kinasene: Atr kinasen. Disse resultatene har avdekket en helt ukjent reguleringsmekanisme som hindrer at aktiveringen av Atr blir for sterk (Landsverk et.al, innsendt 2014). I tillegg har vi undersøkt nærmere hvordan hypoksi (lave oksygennivåer) fører til endringer i sjekkpunkt-signalveier. Vi har vist at hypoksi fører til endret mengde av flere sjekkpunktregulatorer i G2-fase celler, som kan resultere i at G2-sjekkpunktet etter bestråling av cellene blir for kort til å reparere all skaden. Vår hypotese er at dette kan bidra til økt genomisk ustabilitet i hypoksiske tumorer. Et manuskript som presenterer disse resultatene er under utarbeidelse og planlegges for innsendelse i første halvdel av 2014. For å utforske potensielle kliniske anvendelser, har vi undersøkt hvorvidt hemming av DNA-skade-signalveier kan brukes til å drepe kreftceller. Vi har vist at hemmere av Polo-like kinase 1 (Plk1) kan føre til økt sråle-følsomhet eller økt stråle-resistens for kreftceller, avhengig av om Plk1-hemmere tilsettes før eller etter bestrålingen. Hvis Plk1-hemmere tilsettes før bestråling, vil cellene akkumulere i M-fase, hvor cellene er ekstra strålefølsomme. Hvis Plk1-hemmere derimot tilsettes etter bestråling, forlenges G2-sjekkpunktet, og cellene får mer tid til å reparere stråleskaden og blir derfor mer resistente. En artikkel som publiserer disse resultatene er akseptert (Lund-Andersen et. al, In press 2014). Innsendte og aksepterte manuskripter: C. Lund-Andersen, S. Patzke, V. Nähse-Kumpf, R.G. Syljuåsen. Plk1-inhibition can cause radiosensitization or radioresistance dependent on the treatment schedule. In Press, Radiation Therapy and Oncology, 2014. H.B. Landsverk, L. Ellefsen Sandquist, D. Chamousset, O.J.B. Landsverk, L.Trinkle-Mulcahy, R.G. Syljuåsen. The PNUTS/TOX4/WDR82- PP1 phosphatase complex keeps ATR in check. Submitted, January 2014.

2012

”DNA damage checkpoint signaling and cancer”DNA-skade kan oppstå i humane celler pga interne prosesser som DNA-replikasjon, og ytre faktorer som ioniserende stråling. Cellesyklus-sjekkpunkt-signalering hindrer skadde celler i å dele seg. Å forstå denne signaleringen er viktig både fordi den kan beskytte mot kreftutvikling, og for å finne nye metoder til å forbedre framtidig kreftbehandling.Prosjektet startet 1.september 2012. Midlene brukes til lønn til gruppeleder og forsker Randi Syljuåsen, lønn til postdoc Grete Hasvold, samt driftsmidler til gruppas forskningsprosjekter. I løpet av de fire første månedene har vi arbeidet med å utforske molekylære mekanismer involvert i DNA-skade sjekkpunkt-signalering, og studert effekter av å hemme sjekkpunktkinaser. Spesielt har vi fokus på sjekkpunkt-signalering i hypoksiske kreftceller, dvs kreftceller eksponert for tilsvarende lave oksygennivåer som de nivåene som ofte oppstår i kreftsvulster. Et hypoksikammer brukes til å utsette kreftceller for ulike nivåer og varierende lenge hypoksi. Våre nye resultater viser at hypoksi fører til endringer i flere av de signaleringsfaktorene som regulerer G2-sjekkpunktet etter bestråling. Vi har også målt en sterkere sjekkpunkt-aktivering i celler som har vært utsatt for hypoksi, og disse resultatene undersøkes nå nærmere. To manuskripter er innsendt i løpet av perioden, hvor vi har studert effekter av to ulike hemmere av sjekkpunkt-signalering, med tanke på benyttelse av slike hemmere i kreftbehandling: C. Lund-Andersen and R.G. Syljuåsen. Dependent on the treatment schedule, PLK1-inhibition combined with radiation can lead to either increased death, or increased survival, of cancer cells. Submitted manuscript. G.Hasvold, V.Nähse-Kumpf, K. Tkacz-Stachowska, E.K.Rofstad, R.G. Syljuåsen. The efficacy of CHK1-inhibitors is not altered by hypoxia, but is enhanced after reoxygenation. Submitted manuscript (Revised version submitted Jan 31st 2013)

Vitenskapelige artikler

Hauge S, Naucke C, Hasvold G, Joel M, Rødland GE, Juzenas P, Stokke T, Syljuåsen RG

Combined inhibition of Wee1 and Chk1 gives synergistic DNA damage in S-phase due to distinct regulation of CDK activity and CDC45 loading.

Oncotarget 2017 Feb 14;8(7):10966-10979.

PMID: 28030798

Li X, Zhong Y, Lu J, Axcrona K, Eide L, Syljuåsen RG, Peng Q, Wang J, Zhang H, Goscinski MA, Kvalheim G, Nesland JM, Suo Z

MtDNA depleted PC3 cells exhibit Warburg effect and cancer stem cell features.

Oncotarget 2016 Jun 28;7(26):40297-40313.

PMID: 27248169

Hasvold G, Lund-Andersen C, Lando M, Patzke S, Hauge S, Suo Z, Lyng H, Syljuåsen RG

Hypoxia-induced alterations of G2 checkpoint regulators.

Mol Oncol 2016 May;10(5):764-73. Epub 2016 jan 8

PMID: 26791779

Håland TW, Boye E, Stokke T, Grallert B, Syljuåsen RG

Simultaneous measurement of passage through the restriction point and MCM loading in single cells.

Nucleic Acids Res 2015 Dec 15;43(22):e150. Epub 2015 aug 6

PMID: 26250117

Syljuåsen RG, Hasvold G, Hauge S, Helland Å

Targeting lung cancer through inhibition of checkpoint kinases.

Front Genet 2015;6():70. Epub 2015 feb 27

PMID: 25774168

Lund-Andersen C, Patzke S, Nähse-Kumpf V, Syljuåsen RG

PLK1-inhibition can cause radiosensitization or radioresistance dependent on the treatment schedule.

Radiother Oncol 2014 Feb;110(2):355-61. Epub 2014 feb 4

PMID: 24502970

Halvorsen Ann Rita, Helland Aslaug, Fleischer Thomas, Haug Karen Marie, Grenaker Alnaes Grethe Irene, Nebdal Daniel, Syljuåsen Randi G, Touleimat Nizar, Busato Florence, Tost Jörg, Saetersdal Anna B, Børresen-Dale Anne-Lise, Kristensen Vessela, Edvardsen Hege

Differential DNA methylation analysis of breast cancer reveals the impact of immune signaling in radiation therapy.

Int J Cancer 2014 Nov 1;135(9):2085-95. Epub 2014 apr 5

PMID: 24658971

Hasvold Grete, Nähse-Kumpf Viola, Tkacz-Stachowska Kinga, Rofstad Einar K, Syljuåsen Randi G

The efficacy of CHK1 inhibitors is not altered by hypoxia, but is enhanced after reoxygenation.

Mol Cancer Ther 2013 May;12(5):705-16. Epub 2013 mai 1

PMID: 23635654

Doktorgrader

Christin Lund-Andersen

The radiation-induced G2 checkpoint: impact on genome stability and cancer treatment

Disputert:: august 2014
Hovedveileder:: Randi G. Syljuåsen

Viola Nahse-Kumpf

Novel regulators of genomic stability

Disputert:: oktober 2013
Hovedveileder:: Randi G. Syljuåsen

Deltagere

Christian Naucke Prosjektdeltaker
Grete Hasvold Postdoktorstipendiat (finansiert av denne bevilgning)
Randi G. Syljuåsen Prosjektleder
Viola Nahse-Kumpf Postdoktorstipendiat

eRapport er utarbeidet av Sølvi Lerfald og Reidar Thorstensen, Regionalt kompetansesenter for klinisk forskning, Helse Vest RHF, og videreutvikles av de fire RHF-ene i fellesskap, med støtte fra Helse Vest IKT

Alle henvendelser rettes til eRapport

Personvern - Informasjonskapsler