A CRISPR activation screen identifies ABCC1 as a potential therapeutic target in actinomycin D-resistant high-risk pediatric rhabdomyosarcoma

Abstract

Rhabdomyosarcomas (RMS) are the most common childhood soft tissue tumors. Despite multimodal treatment regimen, around 20% of pediatric sarcoma patients still suffer from local relapses, indicating underlying resistance to common therapy. Translocation of PAX3 and FOXO1, and the expression of the respective fusion protein, is known to predict adverse prognosis, but no significant improvement in patient outcome of these high-risk patients has been achieved in the last three decades. Here, we performed a genome-wide CRISPR activation screen in the fusion-positive cell line Rh4 to search for genes associated with resistance to actinomycin D (ActD), a drug commonly used in the treatment of RMS and other pediatric cancers such as nephroblastoma and Ewing’s sarcoma. The top-ranking hit was the gene ABCC1, encoding for a drug efflux-pump. The expression of ATP-binding cassette (ABC) transporters like ABCC1 has long been suspected to play a role in multidrug resistance, however small molecule inhibitors targeting them are still not approved for clinical use. In this study, we were able to observe a synergistic relationship between ActD and the ABCC1 inhibitor tetrandrine, implying a possible benefit of the inhibition of ABCC1 in ActD-resistant RMS and highlighting the necessity of further preclinical and clinical investigations into the role of ABCC1 in RMS in response to treatment.

Rhabdomyosarkome (RMS) sind die häufigsten pädiatrischen Weichteilsarkome. Trotz eines multimodalen Behandlungsansatzes leiden 20% aller pädiatrischen Sarkompatient*innen unter lokalen Rezidiven, was auf zugrundeliegende Resistenzmechanismen schließen lässt. Die Translokation von PAX3 und FOXO1 und die Expression des entsprechenden Fusionsproteins sind bekannte negative Prädiktoren für die Prognose von RMS. In den letzten 30 Jahren konnte jedoch keine Verbesserung des Therapieerfolges von Hochrisikopatienten erzielt werden. In dieser Studie nutzten wir einen genomweiten CRISPR-Aktivationsscreen in der fusionspositiven RMS-Zelllinie Rh4, um nach Genen zu suchen, die mit einer Resistenz gegenüber Actinomycin D (ActD) assoziiert sind. Dieses Chemotherapeutikum findet nicht nur bei RMS-Patient*innen, sondern auch in der Behandlung anderer pädiatrischer Tumoren wie dem Nephroblastom und dem Ewing-Sarkom Verwendung. Das Gen mit dem höchsten Rang war die Effluxpumpe ABCC1. Obwohl die Expression von ATP-binding cassette (ABC)-Transportern wie ABCC1 schon lange unter dem Verdacht steht, zu Multiresistenzen von Tumoren beizutragen, sind gezielte small molecule-Therapien noch nicht für den klinischen Gebrauch zugelassen. In dieser Studie konnten wir eine synergistische Beziehung zwischen ActD und dem ABCC1-Inhibitor Tetrandrine nachweisen, welches auf einen möglichen Vorteil einer Kombinationstherapie in ActD-resistenten RMS hinweist. Zudem unterstreicht unsere Studie die Notwendigkeit, die Rolle von ABCC1 in RMS in präklinischen und klinischen Studien weiter zu erforschen.