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Functional characterizations of BRAF mutations in multiple myeloma

Figueroa Vazquez, Vianihuini

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Abstract

Activating BRAF mutations are frequently found in diverse types of cancer, including multiple myeloma. Moreover, current targeted therapy can abrogate mutant BRAF kinase activity although drug resistance mechanisms are still a challenge. However, this mutation has not been functionally characterized in multiple myeloma and biological consequences along BRAF inhibitor resistance mechanisms are unknown.

Here we show that BRAF V600E expression in multiple myeloma leads to an active MAPK/ERK pathway and eventual DNA damage. This mutation can be targeted with BRAF inhibitors (BRAFi). Nevertheless, we demonstrate that BRAF wild type under BRAFi leads to paradoxical activation. To overcome this effect a MEK inhibitor was employed for an effective pathway abrogation in multiple myeloma.

Furthermore, to identify mechanisms that contribute to BRAFiresistance, whole exome sequencing of a BRAFi-resistance model of MM was performed. We identified a novel mutation in the transcription factor EGR-1 followed by its protein functional characterization. This showed that the mutant protein (p. 332fs) along the wild type protein is overexpressed in our in vitro model and mutant EGR-1 influences its own subcellular localization. Overexpression of the mutant EGR-1 conferred complete resistance to BRAF inhibition.

Translation of abstract (German)

Aktivierende Mutationen in der BRAF Kinase werden in verschiedenen Krebsarten mit unterschiedlicher Häufigkeit nachgewiesen, unter anderem auch im Multiplen Myelom. Ferner sind die derzeitigen zielgerichteten Therapien in der Lage, die Kinaseaktivität des mutierten BRAFs zu unterbinden, wobei jedoch auftretende Medikamentenresistenzen eine Herausforderung darstellen. Diese Mutation wurde jedoch beim Multiplen Myelom noch nicht funktionell charakterisiert und die biologischen Folgen von Resistenzmechanismen gegen BRAF-Inhibitoren sind unbekannt.

In dieser Arbeit zeigen wir, dass die Expression von BRAF V600E im Multiplen Myelom zu einer Aktivierung des MAPK/ERK Signalwegs führt und schließlich in DNA-Schäden resultiert. Diese Mutation kann mit BRAF Inhibitoren (BRAFi) gezielt spezifisch gehemmt werden. Dennoch zeigten wir wie es unter BRAFi-Exposition des BRAF-Wildtyps zu einer paradoxen Aktivierung kommt. Um diese Wirkung zu umgehen wurde ein MEK-Inhibitor für eine effektive Signalwegblockade im Multiplen Myelom eingesetzt .

Außerdem wurde eine vollständige Exomsequenzierung eines BRAFi-Resistenzmodells durchgeführt, um Mechanismen zu identifizieren, die zur BRAFi-Resistenz beitragen. Wir identifizierten eine neue Mutation im Transkriptionsfaktor EGR-1, woraufhin eine funktionelle Charakterisierung dieses Proteins erfolgte. Diese zeigte, dass das mutierte Protein (p. 332fs) zusammen mit dem Wildtyp-Protein in unserem in vitro Modell überexprimiert wird und die EGR-1 Mutation die subzelluläre Lokalisation des Proteins beeinflusst. Zusätzlich führt die fehlerhafte Proteinexpression alleine zu einer Dabrafenib-Resistenz im Multiplen Myelom.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Raab, PD Dr. med. Marc-Steffen
Place of Publication: Heidelberg
Date of thesis defense: 24 October 2017
Date Deposited: 09 Nov 2017 10:27
Date: 2017
Faculties / Institutes: The Faculty of Bio Sciences > Dean's Office of the Faculty of Bio Sciences
Subjects: 500 Natural sciences and mathematics
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