English Title: The transcription factor SOX11 is a potential oncogene in malignant peripheral nerve sheath tumors and Ewing sarcomas

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Abstract

Weichgewebe- und Knochensarkome sind hoch aggressive, histologisch und genetisch heterogene maligne Tumoren mesenchymalen Ursprungs. Trotz multimodaler Therapieoptionen ist die tumorbedingte Letalität weiterhin eine große Herausforderung. Maligne periphere Nervenscheidentumore (MPNSTs) machen etwa 2 % aller Weichgewebesarkome (WGS) aus und die Hälfte der Fälle sind mit Neurofibromatose 1 assoziiert. Das Ewing-Sarkom (ES) ist der zweithäufigste Knochentumor in Kindern und jungen Erwachsenen und ist charakterisiert durch das Fusionsonkoprotein EWSR1-FLI1. SOX11 ist ein neuronaler Transkriptionsfaktor, der vor allem während der frühen Embryogenese jedoch im adulten Gewebe weitestgehend nicht mehr exprimiert wird. In verschiedenen Tumorentitäten wird SOX11 überexprimiert und übt je nach Tumorentität eine tumorsuppressive oder onkogene Funktion aus. Die immunhistochemische Analyse in MPNST zeigte in 61,5 % (8/13) der Fälle eine nukleäre Expression von SOX11. Der Knockout von SOX11 in der SOX11-positiven MPNST-Zelllinie S462 führte zu einer verminderten Zellmigration und Kolonienbildung sowie zu einer erhöhten Apoptoserate. Mittels RNASequenzierung konnte ich zahlreiche potenzielle SOX11-Zielgene und KDR, CD24, NKX2-2 und SYK durch ChIP-qPCR als direkte SOX11-Zielgene identifizieren. Ebenfalls zeigte sich in der RNASequenzierung, dass Prozesse mit Bezug zur Angiogenese nach SOX11-Knockout runterreguliert waren. In einem VEGF-Phospho-Array zeigte sich nach SOX11-Knockout in den S462-Zellen eine vorhergesagte Inhibition des VEGF-Signalweges. In den S462-Zellen führte die Expression von SOX11 zu einer leicht erhöhten Sensitivität gegenüber den antiangiogenetischen Multikinase-Inhibitoren Sunitinib und Pazopanib. In ES konnte ich immunhistochemisch in 81 % (62/77) der Fälle eine nukleäre Expression von SOX11 detektieren. In einem Genexpressionsdatensatz von 196 ES-Patienten korrelierten hohe SOX11-Expressionslevel mit einem schlechteren Überleben. Der Knockout von SOX11 in der SOX11- exprimierenden ES-Zelllinie POE führte zu einer Verminderung der Viabilität, der Proliferation und der Kolonienbildung. Ebenfalls zeigten die POE-Zellen nach SOX11-Knockout eine verminderte Fähigkeit zur Zelladhäsion. In der RNA-Sequenzierung konnte ich zahlreiche potenzielle SOX11-Zielgene detektieren, die in Prozesse der Zelladhäsion involviert sind. Hierbei fand ich unter anderen das Zelladhäsionsmolekül-Gen CD24 nach SOX11-Knockout in den POE-Zellen stark runterreguliert. Zusammenfassend sind meine Ergebnisse starke Hinweise auf eine onkogene Funktion von SOX11 in MPNSTs und ES. Meine Daten zeigen, dass SOX11 überwiegend Sarkomtyp-spezifische und nur wenige überlappende Zielgene und folglich unterschiedliche biologische Prozesse beeinflusst. Ferner konnte ich zeigen, dass SOX11 in MPNSTs als potenzieller Biomarker einer MKI-Therapie und in ES als prognostischer Marker in Betracht kommt. Zur Verifizierung bieten sich Untersuchungen weiterer unabhängiger Patientenkollektive und in vivo-Modelle an.

Translation of abstract (English)

Soft tissue and bone sarcomas are highly aggressive, histological and genetic heterogeneous malignant tumors of mesenchymal origin. Despite multimodal therapy options, tumor-related lethality remains a major challenge. Malignant peripheral nerve sheath tumors (MPNSTs) account for about 2 % of all soft tissue sarcomas (STS) and half of the cases are associated with neurofibromatosis 1. Ewing Sarcoma (ES) is the second common bone tumor in children and young adults and is characterized by the fusion oncoprotein EWSR1-FLI1. SOX11 is a neural transcription factor that is mainly expressed during early embryogenesis but largely not expressed in adult tissues. In various tumor entities SOX11 is overexpressed and exerts a tumor-suppressive or oncogenic function depending on tumor entity. Immunohistochemical analysis in MPNST showed nuclear expression of SOX11 in 61.5 % (8/13) of cases. Knockout of SOX11 in the SOX11-positive cell line S462 resulted in decreased cell migration and colony formation and increased apoptosis rate. Using RNA sequencing I could identify numerous potential SOX11 target genes and KDR, CD24, NKX2-2 and SYK as direct SOX11 target genes by ChIPqPCR. RNA sequencing also showed that processes related to angiogenesis were downregulated after SOX11 knockout. In a VEGF phospho array, SOX11 knockout in S462 cells showed a predicted inhibition of VEGF signaling. In the S462 cells, the expression of SOX11 led to a slightly increased sensitivity to the anti-angiogenic multikinase inhibitors sunitinib and pazopanib. In ES, I detected nuclear expression of SOX11 by immunohistochemistry in 81 % (62/77) of cases. In a gene expression dataset of 196 patients with ES, high SOX11 expression levels correlated with poorer survival. Knockout of SOX11 in the SOX11-expressing ES cell line POE resulted in decreased viability, proliferation and colony formation. Similarly, POE cells showed a reduced ability to adhere after SOX11 knockout. Using RNA sequencing I could detect numerous potential SOX11 target genes that are involved in processes of cell adhesion. Among others, I found that the cell adhesion molecule gene CD24 was strongly downregulated in POE cells after SOX11 knockout. In summary, my results are strong evidence for an oncogenic function of SOX11 in MPNST and ES. My data show that SOX11 predominantly affects sarcoma subtype-specific and only a few overlapping target genes and consequently different biological processes. Furthermore, I could show that SOX11 could be considered as a potential biomarker of MKI therapy in MPNSTs and as a prognostic marker in ES. For verification, studies of further independent patient collectives and in vivo models are appropriate.