Dissertation - University of Veterinary Medicine Vienna - 2022

Cyclin-dependent kinases (CDKs) are serine/threonine kinases that are frequently deregulated in cancer and represent promising therapeutic targets. CDK8 and its close homolog CDK19 were initially reported to exert transcriptional functions, relying on binding of cyclin C for kinase activity and subsequent binding to the mediator complex. Over the last decades we learned that CDK8 has a lot more functions. The CDK8 submodule can directly phosphorylate signaling molecules including members of the JAK-STAT pathway, TGF-ß and BMP receptor signaling. In tumorigenesis, CDK8 has been identified as an oncogenic driver in various cancer types, including colorectal cancer, melanoma, breast cancer and hematological malignancies. In contrast, tumor suppressing roles were identified, so its functions seem to be divergent and highly context-dependent. In this thesis, novel functions of CDK8 in the tumorigenesis of triple-negative breast cancer and BCR-ABL-positive leukemia have been studied and identified. We demonstrate an essential role for CDK8 in regulating the invasiveness and metastatic capacity of highly aggressive and metastatic triple-negative breast cancer cells, as observed in in vivo experiments and differential gene expression analysis. Our in vitro and in vivo experiments further uncovered an essential function of CDK8 in tumor immune surveillance. In TNBC cells, we found that CDK8 is a crucial regulator of natural killer (NK)-cell-mediated immune evasion by regulating crucial immune checkpoints including the expression of PD-L1. We pioneered and uncovered a CDK8-PD-L1 axis. In the second part, we could assign a critical role to CDK8 in BCR-ABL-positive leukemia and provide a potential therapeutic point of attack for acute lymphoblastic leukemia (ALL). Our findings identify CDK8 as a key mediator of leukemia maintenance. Transcriptomic and correlation analyses in human datasets identified a connection of CDK8 and the mTOR signaling pathway and led us to apply a small molecule, which inhibits mTOR and simultaneously degrades the CDK8 protein. We showed successful reduction of viability of human leukemic cell lines and primary patient cells upon treatment with this small molecule, suggesting a new promising treatment avenue. In summary, my studies add novel and highly relevant pieces to the big puzzle on finding candidates for targeted therapies and allow us to closer understand functions and mechanisms of CDK8-driven tumorigenesis and tumor immune surveillance. The studies further demonstrate CDK8 as a new promising drug target, which might in future help us to cure fatal diseases.

Dissertation - Veterinärmedizinische Universität Wien - 2022

Cyclin-abhängige Kinasen (CDKs) sind Serin/Threonin-Proteinkinasen, die häufig in Krebserkrankungen dereguliert sind und vielversprechende therapeutische Ansatzpunkte darstellen. CDK8 wurde als erkrankungsinduzierendes Onkogen in einer Reihe von Tumorarten beschrieben (u.a. Kolorektalkrebs, Melanom, Brustkrebs und hämatologischen Krebserkrankungen). Konträr dazu, wurden auch Funktionen als Tumorsuppressor identifiziert. Die Funktionen von CDK8 scheinen somit divergent und stark kontextabhängig zu sein. CDK8 und ihr Homolog CDK19 wurden ursprünglich in der Regulation der Transkription beschrieben. Sie benötigen die Bindung von Cyclin C um ihre Funktion als Kinase auszuüben und in einem weiteren Schritt den Mediator Komplex zu binden. In den letzten Jahren wurde zunehmend bekannt, dass CDK8 jedoch deutlich vielfältigere Funktionen besitzt. Das CDK8-Untermodul kann direkt Signalmoleküle phosphorylieren, unter anderem im JAK-STAT, TGF-ß und BMP Rezeptor Signalweg. Diese Dissertation fokussiert auf triple-negativen Brustkrebs und BCR-ABL positive Leukämie und analysiert, identifiziert und bewertet neue Funktionen von CDK8 in der Tumorentstehung. Anhand von in vivo Experimenten und differentieller Genexpressionsanalyse zeigen wir eine essenzielle Rolle von CDK8 in der Regulation der Invasivität und der metastatischen Fähigkeit von hoch-aggressivem und metastatischem triple-negativem Brustkrebs auf. Unsere Ergebnisse aus in vitro und in vivo Experimenten enthüllen kritische Funktionen von CDK8 in der Immunüberwachung des Tumors. In triple-negativem Brustkrebs erweist sich CDK8 als Modulator der Immunevasion vor natürlichen Killerzellen (NK-Zellen). Diese Evasion erfolgt, indem CDK8 wesentliche Immuncheckpoints reguliert, unter anderem PD-L1. Wir konnten somit erstmals eine CDK8-PD-L1 Achse identifizieren. In dem zweiten Teil dieser Dissertation finden wir eine essentielle Rolle für CDK8 in BCR-ABL positiven Leukämien und zeigen einen neuen therapeutischen Ansatz für die Behandlung von ALL Patienten auf. Unsere Ergebnisse ordnen CDK8 eine Schlüsselrolle in der Aufrechterhaltung der Leukämien zu. Analysen des Transkriptoms und Korrelationen mit humanen Datensätzen zeigen einen Zusammenhang zwischen CDK8 und dem mTOR Signalweg auf. Basierend auf dieser Erkenntnis, bedienen wir uns eines „small molecules“, welches mTOR hemmt und gleichzeitig den Abbau des CDK8 Proteins induziert. Wir beweisen, dass die Behandlung von humanen Leukämie Zelllinien und primären Patientenproben zur Reduktion der Viabilität führt. Zusammenfassend stellen meine Ergebnisse neue und wesentliche Teile eines größeren Puzzles dar, welches darauf abzielt passende Kandidaten für zielgerichtete Therapieansätze aufzuzeigen. Sie helfen uns Funktionen und Mechanismen zu verstehen, wie CDK8 zur Krebsentstehung und Immunüberwachung des Tumors beiträgt. Wir demonstrieren, dass es sich bei CDK8 um einen vielversprechenden Ansatzpunkt handelt, der uns eventuell in der Zukunft helfen kann, fatale Erkrankungen zu heilen.

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XV, 113 Blätter