TFEB-mediated lysosomal biogenesis and lysosomal drug sequestration confer resistance to MEK inhibition in pancreatic cancer

Genomic analyses have revealed more than 90% KRAS mutations in patients with pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC). Despite this, targeting downstream molecules such as MEK has failed to procure any clinical benefits. Lysosomal drug sequestration has been proposed as a potential resistance mechanism. This study aims to investigate the role of lysosomal biogenesis and drug sequestration in acquired resistance to MEK inhibition by using in vitro and in vivo murine and human PDAC models. Evidence for MEK-inhibitors (MEKi)-induced lysosomal biogenesis and subsequent drug sequestration and exocytosis both in vivo and in vitro in PDAC was demonstrated. Upon stimulation by MEK inhibitors, the master regulator transcription factor EB (TFEB) translocates into the nucleus and mediates lysosomal biogenesis. The newly generated lysosomes sequester the source molecule, trametinib thereby reducing its bioavailability at the target site and later expulse it into the extracellular medium via exocytosis. This was further convinced by the presence of trapped trametinib within lysosomes and in the extracellular milieu. Lastly the study demonstrated that loss of TFEB function by mean of siRNA abolishes MEKi-induced lysosomal biogenesis and sensitizes PDAC cell lines to MEK inhibition. Interestingly, PDAC subtype-specific exploration showed that quasi-mesenchymal or basal-like PDAC cells are more dependent on TFEB for modulation of MEKi sensitivity compared with classical or epithelial PDAC cells.Taken together, these data indicate that MEK inhibition enhance TFEB-mediated lysosomal biogenesis and lysosomal drug sequestration, which lead to drug resistance in PDAC. Thus, functional disruption of TFEB may be a potential strategy to overcome this resistance.

Beim duktalen Adenokarzinom des Pankreas (PDAC) treten in mehr als 90% der Fälle onkogene KRAS-Mutationen auf. Für solche RAS-abhängige Tumorentitäten bieten am RAS-Signalweg ansetzende Inhibitoren (z.B. MEK-Inhibitoren) eine vielversprechende Therapiestrategie. Aufgrund von primären und erworbenen Resistenzen ist die klinische Anwendung von MEK-Inhibitoren auf eine kleine Anzahl RAS-mutierter Tumore beschränkt. In der vorliegenden Studie wurde die Rolle der lysosomalen Biogenese sowie
der Medikamenten-Sequestration für die erworbene Resistenz gegen MEK-Inhibitoren mittels murinen und humanen PDAC Modellen in vitro und in vivo untersucht.  Zunächst wurde in vitro und in vivo gezeigt, dass MEK-Inhibitoren die lysosomale Biogenese induzieren und dadurch die Sequestration sowie Exozytose des Inhibitors unterstützen. Unter MEKi-Behandlung transloziert der Transkriptionsfaktor EB (TFEB) in den Zellkern und aktiviert die lysosomale Biogenese. Die neu gebildeten Lysosomen sequestrieren den Inhibitor, reduzieren dadurch die Bioverfügbarkeit und sezernieren ihn mittels Exocytose in das extrazelluläre Medium. Diese Hypothese wurde durch den Nachweis von in Lysosomen eingeschlossenen Trametinib-Molekülen sowie deren
Vorkommen im Extrazellularraum unterstützt. Weiterhin wurde gezeigt, dass ein siRNAvermittelter Verlust der TFEB-Funktion die MEKi-induzierte lysosomale Biogenese verhindert und die PDAC Zelllinien gegenüber MEK-Inhibitoren sensibilisiert. Eine Subtyp-spezifische Analyse zeigte, dass quasi-mesenchymale/basal-ähnliche PDACZelllinien verglichen mit klassischen/epithelialen PDAC-Zelllinien eine stärkere
Abhängigkeit von TFEB für die Regulation der MEKi-Sensitivität aufweisen.
Zusammengenommen deuten diese Daten darauf hin, dass eine MEK-Inhibition zu einer TFEB-vermittelten lysosomalen Biogenese sowie anschließender Sequestration des Inhibitors durch Lysosomen führt. Dieser Mechanismus hat eine Resistenz von PDACZellen gegen entsprechende Inhibitoren zur Folge. Aus diesem Grund stellt die Störung der TFEB-Funktion eine mögliche Strategie zur Überwindung dieser Resistenz dar.

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