Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) is an extremely aggressive disease. Despite enormous advances in understanding molecular tumor biology, the overall survival of PDAC patients has remained unchanged for the last 20 years. This may be partially attributed to the fact that PDAC is a histopathologically-defined tumor entity with great heterogeneity – both on the clinical, the histological and the genetic levels. Here, a variety of molecular subtypes with distinctive tumor biologies seem to exist, but current therapies are applied without taking into account these putative differences. Hence, there is, firstly, a necessity to classify PDACs into clinically-relevant subtypes and, secondly, to make use of this knowledge by applying more personalized therapies. To this end, molecular subtypes with a clinical relevance were identified by the current study. The HNF1 homeobox A (HNF1A) region is a novel PDAC susceptibility locus and melanoma inhibitory activity 2 (MIA2), a protein facilitating protein secretion, is an HNF1A target. In this study, a common germline variant of MIA2, MIA2I141M, that is associated with a secretory defect of the MIA2 protein was identified in PDAC cells. Components of the endoplasmic reticulum (ER) stress and unfolded protein response (UPR) system, which are crucial for the secretory function of the pancreas, were widely expressed by pancreatic cancer cells. The interaction between the MIA2I141M variant and the ER stress/UPR system specified a molecular subtype of PDAC, which was associated with high expression of ER stress/UPR genes and cancer cell sensitivity to gemcitabine. Using a genetically engineered mouse model (GEMM) of pancreatic cancer (determined by pancreas-specific expression of oncogenic Kras), the Tsc1-Tsc2 complex was defined as the common gate-keeper of pancreatic exocrine malignancies. Over-activity of the mammalian target of rapamycin (mTOR) caused by pancreas-specific ablation of tuberous sclerosis 1 (Tsc1) resulted in pancreatic degeneration and concomitant induction of two negative feedback regulators: p53 and phosphatase and tensin homolog (Pten). Inactivation of Pten in the context of Tsc1 haploinsufficiency promoted the formation of pancreatic cystic lesions that rarely progressed into invasive tumors – most likely due to antitumor T cell immunity. Interestingly, inactivation of p53 in the context of Tsc1 haploinsufficiency did not significantly impact on pancreatic morphology; but isolated pancreatic epithelial cells from these animals unanimously displayed epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) features and were surprisingly tumorigenic in nude mice. Furthermore, Tsc1 haploinsufficiency and KrasG12D expression induced aggressive PDACs characterized by anaplastic growth, large areas of tumor necrosis and wide-spread metastasis. Molecular characterization of isolated cancer cells uncovered that they released high amounts of Vegfa (vascular endothelial growth factor A), a potent angiogenic factor, however, they were not able to further boast their Vegfa secretion under hypoxic conditions due to hypoxia-induced ER stress. By combining the comprehensive phenotypic characterizations of the different mouse models and the expression analysis of isolated cell lines, an ALDH1A3-positive PDAC subtype was identified. Patients positive for this subtype lived significantly shorter than their negative counterparts and were less likely to benefit from the adjuvant/additive standard chemotherapy. Thus, alternative therapies should be specifically exploited for this particular PDAC subtype. In conclusion, two major novel subtypes of PDAC were identified. Though both subtypes are associated with different tumor biologies, the underlying mechanisms are completely different.      «

Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) is an extremely aggressive disease. Despite enormous advances in understanding molecular tumor biology, the overall survival of PDAC patients has remained unchanged for the last 20 years. This may be partially attributed to the fact that PDAC is a histopathologically-defined tumor entity with great heterogeneity – both on the clinical, the histological and the genetic levels. Here, a variety of molecular subtypes with distinctive tumor biologies seem to ex...     »

Das pankreatisch duktale Adenokarzinom (PDAC) ist eine extrem aggressive Erkrankung. Jedoch konnten auch neuste Erkenntnisse in der molekularen Tumorbiologie keinen Einfluss auf die Gesamtüberlebensrate der PDAC Patienten nehmen und diese verbessern. Somit gab es in der Überlebensrate kaum eine Veränderung in den letzten 20 Jahren. Die schlechte Prognose der PDAC Patienten kann dabei teilweise auf pathologische Heterogenitäten zurückgeführt werden, welche sich sowohl auf klinisch, histologischer Ebene als auch auf genetischer Ebene wiederspiegeln. Bisherige angewandte Therapien berücksichtigen jedoch nicht die Vielzahl der molekularen Unterschiede bei den Pankreaskarzinom Patienten. Die Klassifizierung der Pankreaskarzinome in klinisch-relevante Subtypen ist daher dringend erforderlich um die Entwicklung von personalisierten Therapien voranzutreiben und um das Therapieansprechen damit zu verbessern. Dieser Anspruch soll in der vorliegenden Arbeit durch die Identifizierung klinisch-relevanter Subtypen umgesetzt werden. Die Region des HNF1A (HNF1 Homeobox A) Genes ist ein häufig veränderter Lokus im PDAC, während MIA2 (melanoma inhibitory activity 2) ein Zielgen von HNF1A darstellt. Beide Proteine sind involviert in die Regulation der Proteinsekretion und unterstützen diese. In der vorliegenden Arbeit konnte eine Keimbahnmutations-variante von MIA2, MIA2I141M, identifiziert werden. Diese Variante ist assoziiert mit einem Defekt der MIA2 Sekretion in Pankreaskarzinomzellen. Ebenso konnten Komponenten der ER (Endoplasmatischen Retikulum) -Stressantwort und der UPR (unfolded protein response) induziert durch das Auftreten von nicht gefalteter Proteine, in erhöhtem Maße nachgewiesen werden. Beide Mechanismen sind für die sekretorische Funktion des Pankreas notwendig. Die Interaktion der Genvariante MIA2I141M mit dem ER-Stress/UPR System kann zur Bestimmung eines spezifischen PDAC Subtypen herangezogen werden, wobei sich dieser durch die hohe Expression von ER-Stress und UPR Genen und die Sensitivität gegenüber Gemcitabin auszeichnet. In weiteren Analysen zur Identifizierung von Pankreaskarzinom Subtypen wurden verschiedene genetisch veränderte PDAC Mausmodelle (GEMM) verwendet. Dabei konnte zunächst der Tsc1-Tsc2 Komplex als Dreh- und Angelpunkt von exokrinen malignen Veränderungen, in einem Mausmodell mit pankreas-spezifischer Expression von onkogenem Kras, bestimmt werden. Weiterführende Untersuchungen zeigten, dass durch den pankreas-spezifischen Verlust von Tsc1 (tuberous sclerosis 1) der mTOR (mammalian target of rapamycin) Signalweg aktiviert wird und es zu einer Degeneration des Pankreasgewebes kommt. Gleichzeitig werden dabei zwei negative Feedback Regulatoren p53 und Pten (phosphatase and tensin homolog) aktiviert. Die Inaktivierung von Pten bei vorliegender Tsc1 Haploinsuffizienz fördert die Entstehung von pankreatischen zystischen Läsionen, welche selten zu invasiven Karzinomen progressieren können. Dies wird wahrscheinlich durch eine veränderte antitumorale Wirkung der T-Zell Immunität begünstigt. Ein weiterer interessanter Aspekt ist, dass bei Tsc1 Haploinsuffizienz und zusätzlicher Inaktivierung von p53 die Pankreasmorphologie weitgehend unverändert bleibt. Jedoch übernehmen isolierte Pankreasepithelzellen aus diesem Mausmodell mesenchymale Eigenschaften (EMT, epithelial-to-mesenchymal transition) und sind überraschender Weise tumorgen in athymischen Nacktmäusen. In einem dritten Mausmodell mit Tsc1 Haploinsuffizienz bewirkt die zusätzliche Expression von onkogenem Kras hingegen die Entstehung von aggressiven PDACs, welche durch ein anaplastisches Wachstum charakterisiert sind. Die Tumoren zeigen ebenfalls Regionen mit vermehrter Nekrose und das Mausmodell besitzt ein erhöhtes Metastasierungspotential. Die molekulare Charakterisierung dieser Tumorzellen verdeutlicht deren hohe Sekretion von Vegfa (vascular endothelial growth factor A), einem potentiellen Angiogenesefaktor. Jedoch sind die Zellen unter hypoxischen Bedingungen und dem damit induzierten ER Stress nicht mehr in der Lage das Vegfa zu sekretieren. Letztendlich konnte durch die Charakterisierung der Phänotypen und den Daten der Expressionsanalysen der isolierten Tumorzellen aus den verschiedenen Mausmodellen ein ALDH1A3-positiver Subtyp identifiziert werden. Die weiterführende Analyse von PDAC Patienten, welche positiv für ALDH1A3 sind, zeigt dabei deutlich das signifikant kürzere Überleben der positiven Patienten gegenüber den Negativen. Folglich profitieren die positiv-detektierten Patienten weniger von adjuvanten/additiven Standard-Chemotherapien und alternative Therapien für diesen speziellen PDAC Subtypen müssen daher in Zukunft gefunden werden. In der vorliegenden Arbeit konnten zwei neue PDAC Subtypen identifiziert werden, wobei diese generell mit unterschiedlichen Mechanismen assoziiert sind. Die Klassifizierung von PDAC Subtypen anhand neuer Marker soll dazu beitragen geeignete Therapieoptionen zu wählen.      «

Das pankreatisch duktale Adenokarzinom (PDAC) ist eine extrem aggressive Erkrankung. Jedoch konnten auch neuste Erkenntnisse in der molekularen Tumorbiologie keinen Einfluss auf die Gesamtüberlebensrate der PDAC Patienten nehmen und diese verbessern. Somit gab es in der Überlebensrate kaum eine Veränderung in den letzten 20 Jahren. Die schlechte Prognose der PDAC Patienten kann dabei teilweise auf pathologische Heterogenitäten zurückgeführt werden, welche sich sowohl auf klinisch, histologischer...     »