Directly to content
  1. Publishing |
  2. Search |
  3. Browse |
  4. Recent items rss |
  5. Open Access |
  6. Jur. Issues |
  7. DeutschClear Cookie - decide language by browser settings

KDM6A is an epigenetic gatekeeper of mTORC1 signaling in cancer

Revia, Steffie

[thumbnail of REVIA_Dissertation.pdf]
Preview
PDF, English
Download (290MB) | Terms of use

Citation of documents: Please do not cite the URL that is displayed in your browser location input, instead use the DOI, URN or the persistent URL below, as we can guarantee their long-time accessibility.

Abstract

Kdm6a is a histone H3K27-specific demethylase and a component of the highly conserved MLL3/4-COMPASS-like complex. Genomic sequencing studies of human tumor samples revealed frequent deletions and/or loss-of-function mutations of Kdm6a in various human cancer types, suggesting an important role in tumorigenesis. Yet, despite its frequent alterations in human cancer, biological functions mediated by Kdm6a during malignant transformation and progression remain poorly understood. To gain further insights to these questions, we generated mouse models with liver-specific deletion or downregulation of Kdm6a by CRISPR/Cas9 or inducible RNA-interference, respectively. Disruption of Kdm6a by both approaches led to formation of aggressive hepatocellular carcinomas (HCC) in a short time frame. Conversely, endogenous re-expression of Kdm6a in Kdm6a-deficient tumors significantly reduced tumor progression and prolonged survival in vivo. Transcriptional profiling linked the apparent Kdm6a tumor suppressor activity to regulation of mTOR signaling and epigenetic profiling using Cut&Run analyses revealed control of Deptor and Tsc2, two known negative regulators of mTOR signaling, by Kdm6a. Interestingly, the observed expression changes occurred in the absence of changes in H3K27me3 deposition. Immediate biochemical validation reaffirmed aberrant up-regulation of mTORC1 signaling upon Kdm6a loss. mTOR activation appeared to be critical to suppress cell death as blunting mTOR signaling by Kdm6a re-expression promoted caspases-3/7 activation in vitro and in vivo. Notably, CRISPR-mediated Deptor deletion rescued the Kdm6a phenotype, while Deptor overexpression abrogated Kdm6a-induced liver tumorigenesis. Moreover, we also found a strong sensitivity of Kdm6a-deficent tumors to mTOR inhibitors. Finally, analyses of human HCCs showed a strong positive correlation between KDM6A and DEPTOR expression, further suggesting a direct relationship in human tumorigenesis. In addition, utilizing a pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) mouse model we could demonstrate that shRNA-mediated silencing of Kdm6a synergizes with oncogenic KrasG12D to drive pancreatic tumor formation and we could recapitulate the tumor-suppressive function of Kdm6a via mTOR regulation this tumor model and tumor type. Hence, our results link KDM6A-dependent epigenetic remodeling to mTOR signaling and provide a potential therapeutic strategy for KDM6A-deficient tumors.

Translation of abstract (German)

Kdm6a ist eine Histon-H3K27-spezifische Demethylase und Teil des hoch konservierten MLL3/4-COMPASS-like Komplexes. Jüngste Sequenzierungsdaten humaner Tumorproben verschiedener Krebsarten zeigten häufige Deletionen und Loss-of-Function-Mutationen von Kdm6a. Dies lässt auf eine wichtige Rolle von Kdm6a in der Tumorgenese schließen. Trotz der häufigen genomischen Veränderungen von Kdm6a in humanen Krebsarten ist seine biologische Funktion während der malignen Transformation und Progression noch immer unzureichend geklärt. Zur genaueren Untersuchung wurden Mausmodelle generiert, um mittels CRISPR/Cas9 oder induzierbarer RNA-Interferenz leberspezifische Deletionen und Knockdowns von Kdm6a zu erzeugen. Beide Ansätze führten in relativ kurzer Zeit zur Entstehung aggressiver hepatozellulärer Karzinome (HCC). Wohingegen die endogene Re-Expression von Kdm6a in etablierten Kdm6a-defizienten Tumoren zu einem signifikanten Rückgang der Tumorprogression und längerem Überleben in vivo führte. Durch die Untersuchung des transkriptionellen Profils konnte die tumorsuppressive Funktion von Kdm6a mit einer Suppression des mTOR Signalweges in Verbindung gebracht werden. Eine genauere Untersuchung des epigenetischen Profils durch Cut&Run-Analysen offenbarte eine Regulation von Deptor und Tsc2, zweier negativer Regulatoren des mTOR-Signalweges, durch Kdm6a. Interessanterweise fand die Kdm6a-vermittelte Regulation ohne Änderungen der H3K27me3-Einlagerung statt. Die sofortige biochemische Validierung bestätigte eine verstärkte Hochregulierung des mTOC1-Signalweges nach Verlust von Kdm6a. Die Aktivierung von mTOR scheint entscheiden zu sein, um den Zelltod zu unterdrücken, da die Herabregulierung von mTOR als Folge der Re-Expression von Kdm6a in vitro und in vivo die Aktivierung von Caspase-3/7 zur Folge hatte. Die CRISPR-vermittelte Deletion von Deptor führte zur Wiederherstellung des Kdm6a vermittelten Phänotyps, während die Überexpression von Deptor eine von Kdm6a verursachte Tumorgenese in der Leber verhinderte. Darüber hinaus konnten wir eine starke Anfälligkeit von KDM6A-defizienten Tumoren gegenüber mTOR-Inhibitoren feststellen. Letztlich zeigten Auswertungen von humanen HCCs eine starke positive Korrelation zwischen der Expression von KDM6A und DEPTOR, was einen direkten Zusammenhang zur humanen Tumorgenese nahelegt. Zusätzlich konnte in einem Mausmodell für Pankreaskarzinome gezeigt werden, dass eine shRNA-vermittelte Suppression von Kdm6a zusammen mit onkogenem KrasG12D zur Bildung von Pankreastumoren führt, und dadurch die tumor-suppressive Funktion von Kdm6a via mTOR-Regulation in einem unabhängigen Tumormodell und -typ rekapitulieren. Somit stellen unsere Ergebnisse einen neuen Zusammenhang zwischen KDM6A-abhängiger epigenetischer Remodellierung und dem mTOR-Signalweg da und zeigen neue Therapiemöglichkeiten für KDM6A-defiziente Tumoren auf.

Document type: Dissertation
Supervisor: Bartenschlager, Prof. Dr. Ralf
Place of Publication: Heidelberg
Date of thesis defense: 24 June 2020
Date Deposited: 16 Nov 2020 07:12
Date: 2021
Faculties / Institutes: The Faculty of Bio Sciences > Dean's Office of the Faculty of Bio Sciences
DDC-classification: 570 Life sciences
About | FAQ | Contact | Imprint |
OA-LogoDINI certificate 2013Logo der Open-Archives-Initiative