High-Throughput Screening for Novel Prostate Cancer Drug Targets –Getting Personal

Prostate cancers form a heterogeneous group of diseases and there is a need for novel biomarkers, and for more efficient and targeted methods of treatment. In this thesis, the potential of microarray data, RNA interference (RNAi) and compound screens were utilized in order to identify novel biomarkers, drug targets and drugs for future personalized prostate cancer therapeutics. First, a bioinformatic mRNA expression analysis covering 9873 human tissue and cell samples, including 349 prostate cancer and 147 normal prostate samples, was used to distinguish <i>in silico</i> prevalidated putative prostate cancer biomarkers and drug targets. Second, RNAi based high-throughput (HT) functional profiling of 295 prostate and prostate cancer tissue specific genes was performed in cultured prostate cancer cells. Third, a HT compound screen approach using a library of 4910 drugs and drug-like molecules was exploited to identify potential drugs inhibiting prostate cancer cell growth. Nine candidate drug targets, with biomarker potential, and one cancer selective compound were validated <i>in vitro</i> and <i>in vivo</i>. In addition to androgen receptor (AR) signaling, endoplasmic reticulum (ER) function, arachidonic acid (AA) pathway, redox homeostasis and mitosis were identified as vital processes in prostate cancer cells. ERG oncogene positive cancer cells exhibited sensitivity to induction of oxidative and ER stress, whereas advanced and castrate-resistant prostate cancer (CRPC) could be potentially targeted through AR signaling and mitosis. In conclusion, this thesis illustrates the power of systems biological data analysis in the discovery of potential vulnerabilities present in prostate cancer cells, as well as novel options for personalized cancer management.

<b>Uusien eturauhassyövän hoitokohteiden identifiointi tehoseulontamenetelmiä hyväksi käyttäen – kohti täsmähoitoa</b> Eturauhassyöpä on monimuotoinen ja epäyhtenäinen joukko sairauksia, joiden hoitamiseksi tarvitaan uusia tehokkaampia merkkiaineita, sekä kohdennettuja hoitovaihtoehtoja. Tässä väitöstutkimuksessa yhdistettiin tieto geenien ilmentymisestä geenin hiljentämisen mahdollistavaan RNA-interferenssi (RNAi) -tekniikkaan sekä lääketehoseulontoihin uusien merkkiaineiden, lääkehoidon kohteiden sekä lääkeaineiden löytämiseksi, ja kohdennettujen eturauhassyöpähoitojen mahdollistamiseksi. Aluksi hyödynsimme tietoja geenien ilmentymisestä 9873:ssa ihmiskudos- ja solunäytteessä erityisesti eturauhas- (n = 147) ja eturauhassyöpäkudoksessa (n = 349) ilmentyvien geenien havaitsemiseen. Seuraavaksi 295:n eturauhassyöpäkudokselle ominaisen geenin vaikutusta viljeltyjen eturauhassyöpäsolujen kasvuun tutkittiin RNAi–tehoseulontatekniikkaa hyödyntäen. Samanaikaisesti 4910:n eri lääkeaineen tehoa eturauhassyöpäsolujen kasvun estossa tutkittiin lääketehoseulontoja hyväksi käyttäen. Yhdeksän uuden lupaavan lääkehoidon kohteen sekä yhden syöpäsolujen kasvua estävän lääkeaineen toiminta varmennettiin jatkotutkimuksissa. Tulokset osoittivat, että androgeenireseptorin (AR) signaloinnin lisäksi solulimakalvoston toiminta, arakidonihappoaineenvaihdunta, hapetus-pelkistys –tasapainotila ja tuman jakautuminen, mitoosi, ovat tärkeitä eturauhassyöpäsolujen kasvulle. Uudet lääkehoidon kohdegeenit ilmentyivät eri eturauhassyövissä ja osoittivat, että ERG syöpägeeniä ilmentävät syöpäsolut olivat herkkiä oksidatiiviselle stressille ja solulimakalvoston toiminnan häiriölle, kun taas mitoosin estoa voitaisiin mahdollisesti hyödyntää pitkälle edenneiden ja hormonihoidoille vastustuskykyisten eturauhassyöpien hoidossa. Yhteenvetona voidaan todeta, että tämän väitöstutkimuksen tulokset havainnollistavat systeemibiologisen tutkimuksen mahdollisuudet uusien syöpähoitojen kehityksessä.