Generation and characterization of new breast cancer mouse models expressing "PIK3CA" mutants

Zusammenfassung:
Komplex Herstellung. Zwei neue Ligandenklassen wurden hergestellt und in der Iridium-katalysierten asymmetrischen Hydrierung getestet. Ausgehend von R,R- und S,S-Diphenylethylendiamin verbunden mit verschiedenen chiralen Pyridinylalkoholen wurden zwölf verschiedene Diazaphospholidin-Liganden hergestellt und zu Iridium-Komplexen umgesetzt. Diese Komplexe wurden in der Hydrierung von verschiedenen unfunktionalisierten und funktionalisierten Alkenen, besonders aber für alpha, beta-ungesättigte Carbonsäureester, getestet. Die Hydrierungen der verschiedenen Alkene waren sehr erfolgreich, sie lieferten Enantiomerenüberschüsse von bis zu 99%. Bei alpha-methylierten alpha, beta-ungesättigten Carbonsäureestern mit verschiedenen Substituenten in der beta-Position ergaben die Hydrierungen über 90% ee. Für die beta-methylierten Carbonsäureester lieferten die neuen Iridium-Komplexe bis zu 97% ee.
Die Entwicklung und Herstellung von neuen P,N-Liganden, welche auf Imidazolinen basieren, wurde als nächstes untersucht. Strukturell ähnliche Oxazolin-Liganden wurden durch Imidazoline ersetzt. Durch das zusätzliche Stickstoffatom kännen die elektronischen und sterischen Eigenschaften der Liganden modifiziert werden. Eine erfolgreiche Syntheseroute zur Herstellung der Imidazolin-Iridium-Komplexe wurde entwickelt. Allerdings waren die Hydrierungen mit den neuen Imidazolin-Iridium-Komplexen eher unbefriedigend.
Eine Verbesserung der Imidazolin-Liganden gelang, indem man den aromatischen Ring am Stickstoffatom durch eine Sulfonyl-Gruppe ersetzte. Es wurde eine neue Syntheseroute für diese Ligandenklasse entwickelt und es konnten somit vier neue Sulfonyl-Imidazolin-Iridium-Komplexe hergestellt und in der asymmetrischen Hydrierung getestet werden. Die Hydrierungen von verschiedenen unfunktionalisierten und funktionalisierten Alkenen lieferten Enantiomerenüberschüsse von über 90%.
Anwendung in Naturstoff- und Wirkstoffsynthesen. Der zweite Teil dieser Arbeit war die Anwendung der Iridium-katalysierten asymmetrischen Hydrierung zur Herstellung von biologisch wichtigen Naturstoffen. Bei einer Zusammenarbeit mit Prof. J. Mulzer (Universität Wien, …sterreich) wurde eine asymmetrische Synthese für Platensimycin entwickelt. Die geplante Syntheseroute beinhaltete die asymmetrische Hydrierungen von zwei Zwischenstufen, welche erfolgreich mit exzellenten Umsätzen und Enantioselektivitäten erreicht wurden. Dabei lieferte der Iridium-Komplex 67c die besten Ergebnisse. Die Zwischenstufe konnte mit einer geringen Katalysatorbeladung und im Gramm-Ma§stab umgesetzt werden.
Das nächste Projekt war die Synthese von Aliskiren. Dabei wurden verschiedene Ester hergestellt und in der Iridium-katalysierten asymmetrischen Hydrierung getestet. Nach einer ausgiebigen Suche für einen geeigneten Katalysator lieferte der PHOX-Komplex 28a und der PHIM-Komplex 134a für den tert-Butylester vollständigen Umsatz und 99% ee. ---------- Abstract: Generation and characterization of new breast cancer mouse models expressing PIK3CA mutants
The PI3K signaling cascade, a key mediator of cellular survival, growth and metabolism, is frequently altered in human cancer. Activating mutations in PIK3CA, which encodes the alpha catalytic subunit of PI3K, occur in ~30% of breast cancers. These mutations result in constitutive activity of the enzyme and are oncogenic but it was not known whether they are sufficient to induce mammary carcinomas in mice. In this work, we generated mice conditionally expressing mutant PIK3CA H1047R in the luminal mammary epithelium targeted by either an MMTV or a WAP promoter. We demonstrated that expression of PIK3CA H1047R evokes heterogeneous tumors that express luminal and basal markers and are positive for the estrogen receptor. Additionally, we showed that such PIK3CA H1047R expression leads to a dramatic delay in mammary gland involution and that parity accelerates PIK3CA H1047R-induced carcinogenesis. Our results suggest that the PIK3CA H1047R oncogene targets a multipotent progenitor cell and show that this model recapitulates features of human breast tumors with PIK3CA H1047R.
We further showed that WAP targeted expression of another PIK3CA mutant, E545K, also induces mammary tumors, albeit with a longer tumor latency. Interestingly, luminal expression of wild type PIK3CA does not result in tumor formation, demonstrating that the in vivo tumorigenicity of mutant PIK3CA is caused by the mutation rather than overexpression.
Expression of PIK3CA mutations in all cells of the mouse leads to premature death. The mice develop multiple hematomas underneath the skin once they express mutant PIK3CA, however, no defect in the blood coagulation cascade or platelets was discovered and the exact cause of death remains unknown.
Mammary epithelial cells (MEC) from PIK3CA mutant mice had enhanced sphere-forming capacity with respect to both, size and frequency. In addition, when transplanted into a cleared fat pad, H1047R mutant epithelial cells partially reconstitute the gland and form hyperplasias that progress to carcinomas.