Targeting the PI3K- and MAPK pathway in leiomyosarcoma

Leiomyosarkome (LMS) sind eine der am häufigsten auftretenden, mesenchymalen Tumoren des Menschen. Sie weisen eine glattmuskuläre Differenzierung auf und können prinzipiell im gesamten menschlichen Körper entstehen. Gehäuft werden sie jedoch im Retroperitoneum, den Extremitäten oder dem Uterus diagnostiziert. Leiomyosarkome zeichnen sich durch aggressives Wachstum aus und haben in einer Vielzahl der Fälle bei der Erstdiagnose dieser Erkrankung bereits Metastasen in anderen Organen wie Lunge, Leber oder den Knochen gebildet. Trotz intensiver multimodaler Therapien verstirbt ein Großteil der Patienten aufgrund von metastatischen Veränderungen. Bisher ist es nicht möglich, diese Erkrankung auf Grundlage von Therapien, basierend auf konkreten genetischen Veränderungen, zu behandeln. Diverse Studien weisen darauf hin, dass es in Leiomyosarkomen gehäuft zu Dysregulationen im PI3K-Signalweg kommt und die gebildeten Tumoren eine biologische Abhängigkeit von diesem Signalweg zeigen. Mit diesem Wissen wäre es möglich, neue Therapiekonzepte für betroffene Patienten zu etablieren. In dieser Arbeit sollte die Inhibition des PI3-Kinase-Signalweges auf die Proliferationsaktivität von Leiomyosarkom-Zelllinien untersucht werden. Wir konnten zeigen, dass sich mit dem Einsatz eines dualen PI3K/mTOR-Inhibitors in vitro deutlich stärkere Effekte erzielen lassen, als es bei der alleinigen Inhibition von PI3K oder mTOR möglich ist. Zusätzlich konnten wir mithilfe von Proteinanalysen Kompensationsmechanismen der Zelle aufdecken, welche es ermöglichen, einer Hemmung des PI3K-Signalweges entgegen zu wirken. Durch Feedbackmechanismen kommt es zur verstärkten Aktivierung des MAPK-Signalweges bei dem Einsatz von Inhibitoren des PI3K-Signalweges in Leiomyosarkomen. Dieser Kompensation konnte mit dem MEK-Inhibitor Trametinib entgegengewirkt werden. Die kombinierte Anwendung des dualen PI3K/mTOR-Inhibitors Gedatolisib mit dem MEK-Inhibitor Trametinib zeigte in der Zelllinie SK-LMS 01 einen synergistischen Effekt. Durch in-vivo-Untersuchungen konnten die positiven Wirkungen der kombinierten Anwendungen beider Inhibitoren bestätigt werden. Es zeigte sich im subkutanen Xenograftversuch mit SK-LMS 01 eine signifikant reduzierte Tumormasse gegenüber der Kontrollgruppe. Diese vielversprechenden Ergebnisse sollten bei der Planung neuer Therapiekonzepte für Leiomyosarkom-Patienten berücksichtigt werden und könnten helfen, nicht nur eine bessere Therapie zu gewährleisten, sondern auch möglichen Resistenzen vorzubeugen.Leiomyosarcomas (LMS) are one of the most common soft tissue tumors in humans and typically show smooth-muscle differentiation. While these tumors can arise anywhere in the body, most LMS are found in the retroperitoneum, the extremities and the uterus. LMS are characterized by their aggressive growth and in many patients, at first diagnosis, metastases have already spread to other sites like lung, liver or bones. Despite intense, multimodal therapies the majority of patients die because of metastatic events. As of yet, no targeted therapies, exploiting concrete genetic aberrations have been approved for LMS treatment. Various studies have shown a dysregulation and oncogenic addiction of the PI3K signaling pathway in LMS tumors, which could be exploited to establish new therapy concepts for patients. In the current study we evaluated the inhibition of the PI3K signaling pathway in LMS cell lines in vitro and in vivo. We show that dual PI3K/mTOR inhibitors are superior to inhibitors of PI3K or mTOR alone. In addition we identified a compensatory feedback mechanism by which induction of MAPK signaling counteracts PI3K/mTOR inhibition. This effect could be successfully abrogated using the MEK inhibitor trametinib. Dose-combination experiments with the PI3K/mTOR inhibitor gedatolisib and trametinib revealed synergistic effects in one LMS cell line. In vivo experiments with a nude mouse LMS xenograft model confirmed the superior efficacy of combined treatment with these inhibitors, as observed by a significantly reduced tumor volume in combined treatment vs. control group. These promising preclinical results could serve as a basis for new therapeutical concepts for LMS patients