Bewilligte Förderprojekte
ab 2016
Ihre Ansprechpartner:innen
Maximilian Habersetzer
Förderantragswesen
Telefon: +49 89 544187-0 E-Mail: stiftungsbuero@sanst.de
Volltextsuche
Universität
Organ
2024
Gastrointestinaltrakt, Mundhöhle + Speicheldrüsen
Prof. Dr. Bodo Grimbacher
Der Autophagie Regulator LRBA reguliert die Expression von CTLA-4 auf der Zelloberfläche; darüber hinaus bindet LRBA auch an PIK3R4 und FYCO1
Checkpointinhibitoren wie z.B. anti-CTLA-4, oder Medikamente, die die Autophagie hemmen, wie z.B. Hydroxychloroquin, werden bei einer Vielzahl von Tumorerkrankungen erfolgreich eingesetzt. Als Adapterprotein stellt LRBA ein interessantes Bindeglied zwischen den beiden zellulären Mechanismen (Hemmung der Immunregulation mittels CTLA-4 und Autophagie) dar. Die Regulierung des CTLA-4- Turnover durch LRBA findet hierbei an der Zelloberfläche regulatorischer T-Zellen statt, während die Autophagie durch die Bindung von LRBA an PIK3R4 im Zytoplasma reguliert wird. Wir stellen hier die Hypothese auf, dass das Blockieren von LRBA einen direkten Einfluss auf beide zelluläre Prozesse hat, wodurch eine wirksame und potente anti-Tumor-Immunreaktion ermöglicht würde (1B). Um unsere Hypothese zu belegen, möchten wir i) die Rolle von LRBA bei verschiedenen Krebsarten besser verstehen, und ii) die krebshemmende Wirkung genetischer CTLA4/LRBA-Inhibition sowohl in vivo als auch in vitro bestimmen.
Prof. Dr. rer. nat. Andreas Hecht
Tumor cell-autonomous orchestration of Tgfβ1-induced pEMT and collective invasion by Pdgf signaling in an intestinal organoid model for colorectal cancer
Solide Tumore infiltrieren umgebendes Gewebe meist als kohäsive Zellverbünde. Diese kollektive Invasion ist mit einer partiellen epithelialen-mesenchymalen Transition (pEMT) von Krebszellen verbunden. Molekulare Mechanismen, die pEMT in verschiedenen Tumorentitäten auslösen, sind weitgehend unbekannt, aber für therapeutische Zwecke wichtig zu verstehen. Wir vermuten, dass im besonders aggressiven Subtyp CMS4 von Darmkrebs nach TGFβ Stimulation der Transkriptionsfaktor Sox11 den Pdgf Signalweg aktiviert um pEMT voranzutreiben. Daher werden wir in einem Maus Organoidmodell für Darmkrebs die zellautonome Aktivierung des Pdgf Signalwegs stromabwärts von TGFβ und Sox11 analysieren. Inhibitorversuche und Gen-Knockout werden die Notwendigkeit des Pdgf Signalwegs für pEMT aufzeigen, und die relevanten Liganden und Rezeptoren identifizieren. Verschiedene Kombinationen von Funktionsgewinn und -verlust von Pdgf Signalen und Sox11 werden die Aktivierung des Pdgf Signalwegs stromabwärts von Sox11 belegen. Die Ergebnisse des Vorhabens werden zeigen, ob sich der Pdgf Signalweg als Ansatzpunkt zur Hemmung von pEMT und kollektiver Invasion bei Darmkrebs eignet.
Prof. Dr. Dr. Albrecht Neeße
Uncovering microbiome associated signatures of dysplasia in intraductal papillary mucinous neoplasms (IPMN) of the pancreas
Intraduktal papilläre muzinöse Neoplasien (IPMN) sind die häufigsten epithelialen Pankreaszysten, die sich von niedriggradigen zu höhergradigen Dysplasien bis hin zum invasiven Pankreaskarzinom entwickeln. Die diagnostische Genauigkeit der verfügbaren Bildgebung ist für höhergradige Dysplasien und Malignität unzureichend, so dass sowohl Patienten mit gutartigen IPMNs unnötig operiert werden, als auch bereits maligne transformierte Zysten lediglich bildgebend kontrolliert werden. Kürzlich veröffentlichte Daten im Pankreaskarzinom haben gezeigt, dass sowohl das orointestinale Mikrobiom, als auch das intratumorale Mikrobiom entscheidenden Einfluss auf die Entstehung, Progression und das Therapieansprechen hat. Die Rolle des Mikrobioms bei IPMNs ist derzeit nicht gut untersucht. In diesem Projekt möchten wir sowohl das orointestinale als auch intrazystische Mikrobiom von IPMN Patienten umfassend mittels full-length 16S rRNA und metagenomischer Sequenzierung, Metabolomics und funktioneller Assays untersuchen. Dieses Projekt verspricht daher die Identifikation neuer Mikrobiom-assoziierter Metabolite und Mechanismen, die mit der malignen Transformation von IPMNs assoziiert sind.
Genitaltrakt, männlich
Prof. Dr. med. Christoph Kuppe
Decoding the Antibody-Drug Conjugate Surfaceome in Metastatic Urothelial Cancer – DECODE-ADC
Antibody-Drug Conjugate (ADC) therapies are revolutionizing cancer treatment. A key example is the anti-NECTIN-4 ADC Enfortumab Vedotin (EV) approved for metastatic urothelial cancer. Despite its effectiveness, only a minority of patients benefit long-term. Currently, EV is widely used in an all-comer setting, but a shift towards more targeted, tumor-specific ADC treatment is expected, and necessary given the toxicity and costs of ADCs. This shift can only be facilitated through deeper molecular understanding of the spatial distribution of the different ADC targets in the patient tissue. ADCs targeting other tumor antigens like TROP2, Her2neu, and B7-H3, are in late-stage clinical development and may prove to be more effective for distinct patient subgroups. In DECODE-ADC we will analyze the interaction of different ADC targets using a cutting-edge spatial profiling approach. Thus DECODE-ADC will enhance our knowledge about regulators of the ADC target surfaceome and link it to tissue factors to identify predictive molecular signatures of therapeutic response/resistance to EV in a unique cohort of metastatic urothelial cancer patients.
Genitaltrakt, weiblich
Dr. rer. nat. Ricardo Bouça-Nova Coelho
Erzwingen des programmierten Zelltods zur Überwindung der Chemotherapieresistenz bei Eierstockkrebs
Trotz personalisierter Medizin und zielgerichteter Therapie werden Frauen mit Eierstockkrebs noch immer mit den Chemotherapeutika Carboplatin/ Paclitaxel behandelt. Neben der Erhaltungstherapie, ist ein weiterer Ansatz den Effekt von Chemotherapie zu verstärken. Unsere in vitro- und ex vivo- Daten legen nahe, dass SMAC-Mimetika Krebszellen über die MSLN-TMEM100-TNFɑ Achse für die heute angewandte Chemotherapie sensibilisieren und eine Resistenz unterdrücken. Wir beabsichtigen nun, diese neuartige therapeutische Kombination zu validieren und den detaillierten zu Grunde liegenden Mechanismus mittels Einzelzellanalyse weiter zu entschlüsseln. Hierbei werden Patientenproben nach ex vivo Behandlung in die CITEseq überführt. Die einzigartige Kombination aus markierten Antikörpern und Genexpressionsmustern erlaubt es uns den Mechanismus besser zu verstehen. Das Ergebnis des Projektes soll direkt in einer klinischen Studie umgesetzt werden, da wir vermuten, dass die Verwendung von SMAC-Mimetika Chemotherapieresistenz überwinden kann.
Haut + malignes Melanom
Prof. Dr. Monika Brunner-Weinzierl
Neue Wege zur Differenzierung und Expansion von zytotoxischen T-Zellen zur gezielten Tumorabwehr von soliden Tumoren am Beispiel Melanom
Bei der antitumoralen Immunität sind CD8 zytotoxische T-Zellen die stärksten Effektoren zur Elimination von Tumorzellen. Durch phosphoproteomische Analysen zytotoxischer CD8 T-Zellen konnten wir den Oberflächenrezeptor SLAMF7 identifizieren, der auf CD8 Effektor-T-Zellen exprimiert wird und die Effektivität der Immunantwort insbesondere gegen niedrigaffine Antigene stark verbessert. Durch einen neuartigen, von uns entwickelten T-Zell-Aktivierungsansatz, der SLAMF7-Signale in Verbindung mit Antigen-beladenen MHC I-Komplexen auslöst, soll ein immunbasierter Ansatz zur therapeutischen Tumorabstoßung entwickelt werden. Über SLAMF7-Signale sollen Effektor-CD8 T-Zellen in verschiedenen Subtypen, einschließlich regulatorischer und „exhausted“ Phänotypen, generiert und expandiert werden. Das Verständnis der Expansion und Differenzierung tumorspezifischer CD8 T-Zellen wird anschließend in einem therapeutischen Tumormodell für solide Tumore in vivo ausgenutzt werden. Am Ende des Vorhabens soll ein neuartiger Wirkmechanismus zur Verfügung stehen, der neben der ex vivo Aktivierung und Expansion antitumoraler T-Zellen auch für in vivo Behandlungen weiterentwickelt werden kann.
Immunsystem + Hämatopoese
Prof. Dr. med. Carsten Müller-Tidow
Mechanisms of response to proteasome inhibitor- based therapy in relapsed/refractory Acute Myeloid Leukemia (AML)
Despite improvements in therapy, resistance and subsequent relapse are still the most challenging aspects in Acute Myeloid Leukemia (AML). Previously, we identified loss of EZH2 as an epigenetic resistance mechanism in AML. Proteasome inhibition restored EZH2 levels and therapy response. Based on these preclinical data, we recently conducted an investigator- initiated clinical trial (TEAM trial) treating relapsed/refractory (r/r) AML patients with Bortezomib, Gemtuzumab-Ozogamicin and Cytarabin (B-GA). Using the biobanked patients` samples, we now aim to determine mechanisms of therapy response and specific biomarkers with regard to the EZH2- based epigenetic mechanism. First, we will identify surface markers, DNA mutations and proteome changes associated with patients` response. Second, we will apply multiomics sc-seq to determine mechanisms which shape the landscape of individual genetic and epigenetic clones to relapse therapy. Eventually, identified mechanisms and biomarkers will be functionally validated in cell lines, PDX samples and primary blasts. Taken together, these analyses are going to reveal mechanisms of susceptibility and resistance in r/r AML treated with B-GA.
Dr. sc. hum. Nicole Naumann
Untersuchungen zur komplexen Genetik seltener myeloischer Neoplasien und deren Auswirkungen auf Therapie und Prognose
Seit über 10 Jahren führen wir an unserem Exzellenzzentrum für myeloproliferative Neoplasien ein (Bio-)Register für Patienten mit seltenen myeloproliferativen Erkrankungen. Die Relevanz der heterogenen molekulargenetischen Architektur hinsichtlich Prognose und Therapie bleibt bis heute in vielen Fällen ungeklärt. Patienten mit fortgeschrittener systemischer Mastozytose haben in >60-70% prognostisch ungünstige Mutationen in verschiedenen Genen. Der Einfluss der genauen Lokalisation dieser Mutationen, die Genexpression in verschiedenen Zellpopulationen sowie die Veränderung der Mutationslast/Expressionslast unter Therapie soll in Hinblick auf Prognose und Therapieansprechen erforscht werden. Weiterführende Untersuchungen sollen zudem eine sehr seltene Patientenpopulation mit vorliegender BCR::ABL1 und JAK2 V617F Co-Mutation hinsichtlich der Mutationshierarchie analysieren. Die Quantifikation und sequentielle Bestimmung der Allellasten von PDGFRB-Fusionsgenen ist bisher nicht etabliert und soll mittels digitaler PCR Assays erfolgen. Die Ergebnisse sollen individuelle Therapieoptionen aufzeigen, um die Prognose der Patienten mit seltenen myeloischen Neoplasien zu verbessern.
Dr. med. vet. Julika Pitsch
Autoimmunenzephalitiden als krankheitsverlaufs- und lebensqualitätsprägende Tumorkomorbidität: Ursachenanalytik und Entwicklung experimenteller Therapiekonzepte
Paraneoplastische neurologische Syndrome (PNS) sind schwerwiegende autoimmun-vermittelte neurologische Erkrankungen, die typischerweise im Zusammenhang mit bösartigen Tumorerkrankungen auftreten. Die Autoimmun-Enzephalitis (AE) ist eine häufige Erscheinungsform der PNS, die oftmals mit therapieresistenten Anfallsleiden vergesellschaftet ist. AE führt vielfach zu lebensbedrohlichen Situationen und stellt somit eine klinische Herausforderung dar. Lediglich ein Teil relevanter Autoantikörper (AK) sowie der Pathomechanismen sind entschlüsselt, so dass bisher kaum zielgerichtete Therapien entwickelt werden konnten. Ziel dieses Projektes ist es, die Rolle von AK und deren Kombinationen im enzephalitisch-onkologischen Kontext zu entschlüsseln. Dazu werden wir in neuronalen Zellkulturen sowie in Gehirnschnittkulturen Pathogenesemechanismen analysieren und maßgeschneiderte Therapieansätze untersuchen. Weiterhin beabsichtigen wir, neue relevante, bisher unbekannte koexistierende und solitäre AK und deren Zielstrukturen zu identifizieren. Wir erwarten, dass dieses Projekt die diagnostischen und therapeutischen Perspektiven für AE onkologischer PatientInnen erheblich verbessern wird.
Knochen, Muskulatur + Bindegewebe
Dr. rer. nat. Ilka Isfort
Analyse des β-catenin Aktivierungsmechanismus im Synovialsarkom zur Etablierung innovativer, molekular gerichteter Therapieansätze
Synovialsarkome (SySa) sind maligne Weichgewebstumore, welche ein hohes Potential zur Metastasierung aufweisen. Patienten mit fortgeschrittener Erkrankung haben eine schlechte Prognose, was nicht zuletzt auf einen Mangel effektiver Therapieansätze zurückzuführen ist. SySa sind molekularbiologisch charakterisiert durch eine spezifische chromosomale Translokation t(X;18). Das hieraus resultierende Fusionsprotein SS18::SSX ist der onkogene Treiber der Erkrankung, allerdings therapeutisch nicht direkt adressierbar. Deshalb ist es essenziell, die Fusionsprotein-abhängige Pathogenese des SySa zu entschlüsseln und somit neue, innovative Zielstrukturen zu identifizieren. Eigene Vorarbeiten haben gezeigt, dass das SS18::SSX Fusionsprotein die transkriptionelle Aktivität von β-catenin induziert, dass β-catenin für das Wachstum von SySa Zellen essenziell ist und dass in über 60% der SySa Tumorgewebeproben eine starke nukleäre β-catenin Positivität vorliegt. Bislang ist allerdings der SS18::SSX-vermittelte Aktivierungsmechanismus von β-catenin nicht bekannt. Diesen zu entschlüsseln ist Ziel des aktuellen Forschungsvorhabens mit dem Fokus therapeutisch nutzbare Zielstrukturen zu identifizieren.
Prof. Dr. med. Chantal Pauli
RESIST-SARC: Ex vivo modelling of acquired chemotherapy resistance in high-grade soft tissue and bone sarcoma combned with molecular and pharmacologic target discovery
Sarkome sind sehr seltene und heterogene mesenchymale Tumore, für welche es nur wenig Behandlungsmöglichkeiten gibt und bei systemischer Erkrankung, Chemotherapie eingesetzt wird. Sarkome weisen sehr oft eine Chemotherapie-Resistenz auf und die Prognose ist schlecht. Unser Ziel ist es, die zellulären und molekularen Mechanismen der erworbenen Resistenz bei Sarkomen besser zu verstehen, um neue Therapieansätze zu finden. Zellautonome und Mikroenvironment-Signale, welche die Plastizität von Krebszellen steuern, werden mit Therapieansprechen oder Resistenz, dem Fortschreiten von Tumoren und der Metastasierung in Verbindung gebracht. Aufgrund der Seltenheit und dem Fehlen von repräsentativen Zellmodellen, sind solche Mechanismen bei Sarkomen bislang nicht untersucht. Mittels molekularen und funktonalen Analysen werden wir die Mechanismen der erworbenen Resistenz untersuchen und besser verstehen. Wir werden die Plastizitätsmechanismen der erworbenen Resistenz in ex vivo behandelten Sarkomzellen und ihren jeweiligen Tumorgewebeproben untersuchen und neue Arzneimittel-Kombinationen in resistenten Zellmodellen testen. Damit werden wir lernen wie man Resistenzen therapeutisch überwindet.
Leber, Gallenwege + Pankreas (exokrin)
Dr. rer. physiol. Shiv Singh
Zielgerichtete Beeinflussung des AXL-Signalhubs zur therapeutischen Beeinflussung der Tumorstroma-Plastizität im Pankreaskarzinom
Insgesamt bleibt die Prognose des duktalen Pankreaskarzinoms (PDAC) schlecht, mit einer 5-Jahres-Überlebensrate unter 10%. Insbesondere für fortgeschrittene Patienten im Stadium III/IV verschlechtert sich die Prognose weiter, mit einer Überlebensrate von weniger als 3% in 5 Jahren. Das PDAC zeigt eine komplexe molekulare Heterogenität innerhalb neoplastischer und stromaler Kompartimente. Zwei klinisch relevante PDAC-Subtypen, der metastatische und chemo-resistente basalartige sowie der besser behandelbare klassische Subtyp, weisen unterschiedliche transkriptionelle Profile auf. In der vorherigen Förderung identifizierten wir ein neues ROBO3-AXL-Signal, das den basalartige Phänotyp bestimmt. Während die AXL-Expression mit neoplastischem WNT10A und IL-6-exprimierenden krebsassoziierten Fibroblasten (CAF) in den FACS-sortierten PDAC-Patientenproben assoziiert war. AXL-defiziente Zellen zeigten eine deutliche Reduktion der inflammatorischen Reaktion, der Chemotaxis und der Kollagenbildung. Es bleibt jedoch unklar, die AXL die parakrine Signalgebung reguliert, um die programmatische Veränderung stromaler Zellen zu modulieren, die zu metastatischem Fortschreiten und Therapieansprechen führt. Daher schlagen wir vor, zu untersuchen (i) wie neoplastisches AXL inflammatorische CAFs/Immunzellen rekrutiert; (ii) die Expression von neoplastischem IL1α/β, WNT10A, IL-6 und Subtyp-spezifischen Markern; (iii) die Plastizität des Tumorstromas durch gezielte Beeinflussung neoplastischer und stromaler Faktoren zu untersuchen; und (iv) kombinierte therapeutische Strategien gegen das mit AXL assoziierte regulatorische Netzwerk zu testen. Unser Ziel ist es, die Mechanismen und therapeutischen Möglichkeiten des AXL-vermittelten Signalhubs im PDAC vollständig zu erfassen.
2023
Brustdrüse
Prof. Dr. rer. nat. Kerstin Borgmann
Modulation der Immunantwort durch BRCA1 beeinflusst die Strahlenempfindlichkeit in Brustkrebszellen.
Die Immuntherapie ermöglicht die Erweiterung bestehender Therapien für Patientinnen mit einem Triple-negativen Brustkrebs. Aktuelle Biomarker berücksichtigen Mutationslast und PD-L1-Status des Tumors. Mutationen in Genen des DNA-Reparaturweges Homologe Rekombination haben das Potential zu einer erhöhten Mutationslast zu führen. Wir zeigten, dass Mutationen in BRCA1 Exon-spezifisch zu Strahlensensibilisierung oder -resistenz führen. Die Resistenz war mit geringerem DNA-Replikationsstress und geringer Aktivierung der intrazellulären Immunantwort assoziiert. Unklar ist, welche differentiell regulierten Proteine des cGAS/STING Signalweges, in Abhängigkeit des BRCA1-Status und der Strahlenresistenz, zur Verstärkung der intrazellulären Immunantwort führen können. Ob die extrazelluläre Immunantwort durch Veränderung der intrazellulären beeinflusst werden kann und die Strahlensensibilität beeinflusst, ist ebenfalls nicht bekannt. Daher ist das Ziel des Projektes, ein besseres Verständnis der Wechselwirkung von DNA-Reparatur und Immunantwort nach Bestrahlung herzustellen, um die Therapieoptionen für Patientinnen mit einem strahlenresistenten Tumor zu erweitern.
Prof. Dr. med. habil. Dr. rer. nat. Gero Brockhoff
Verifizierung des HER4-Rezeptors als prädiktiven Biomarker für die Behandlung des Östrogenrezeptor-positiven Mammakarzinoms mit Tamoxifen und Abemaciclib
Die Tamoxifen- und Abemaciclibtherapie sind tragende Säulen für die Therapie des Östrogenrezeptor-positiven Mammakarzinoms, jedoch sind de-novo und akquirierte Resistenzen sowie Tumorprogressionen unter diesen Behandlungen häufig. Ziel dieser Projektarbeit ist die Verifizierung des HER4-Rezeptors als prädiktiven Marker für beide Behandlungsmodalitäten. Nach umfangreichen in-vitro Untersuchungen in der vorangegangenen Projektlaufzeit soll dies nun vertieft auf Basies Humanisierten-Tumormaus-Modells (HTM) geschehen. Dazu werden die begonnenen und derzeit noch durchgeführten, tierexperimentellen Ansätze mit HER4/ER doppelt positiven Zellen finalisiert und ergänzt durch die Verwendung von CRISPR/Cas9 generierten HER4 Gen knock-out Zellen. HTM mit HER4-positiven und –negativen Tumoren werden mit Tamoxifen und Abemaciclib therapiert. Umfangreiche Analysen des Tumorwachstums, der Tumorzellstreuung, Metastasierung und Phänotypisierungen der humanen Tumor- und Immunzellen werden in Abhängigkeit der Behandlung und der HER4 Expression durchgeführt. Die Arbeiten werden zur Optimierung und Präzisierung der Behandlungsmodalitäten des luminalen Mammakarzinoms beitragen.
Dr. rer. nat. Roman Hennel
Evaluierung von subtypspezifischen, zelltodmechanismus-basierten Kombinationstherapie-Ansätzen für die Radiotherapie des Mammakarzinoms in vitro und in vivo.
Im vorliegenden Antrag werden wir translationale Strategien zur subtypenspezifischen Behandlung des Mammakarzinoms entwickeln. Dies geschieht durch die gezielte Eskalation des strahlungsinduzierten Tumorzelltods sowie der Radiosensibilisierung in Abhängigkeit des transkriptomischen Mammakarzinomsubtyps. Grundlage hierfür bilden die Erkenntnisse des Vorgängerprojekts 2020.026.1. In diesem Projekt konnten wir zeigen, dass strahlungsinduzierte Zellschicksalsentscheidungen wie Zelltod und Seneszenz vom transkriptomischen Subtyp des Mammakarzinoms abhängig sind. Dabei konnten wir die beteiligten subtypspezifischen Zelltodmechanismen aufklären und die Bedeutung der Seneszenz für das klonogene Tumorzellüberleben in klinisch relevanten Fraktionierungsregimen darlegen. Im vorliegenden Fortsetzungsantrag haben wir daher zum Ziel, aus den bisherigen Erkenntnissen translationale Kombinationstherapie-Ansätze in Abhängigkeit des transkriptomischen Mammakarzinomsubtyps zu erarbeiten. Die Ergebnisse dieses Projekts werden dazu beitragen, neue Behandlungsmöglichkeiten vor allem für therapeutisch schwer zugängliche Mammakarzinomsubtypen zu entwickeln.
Dr. rer. nat. Kerstin Menck
Identifizierung von neuen Regulatoren der Biogenese von großen extrazellulären Vesikeln mit Implikationen für die Tumorprogression
Extracellular vesicles (EVs) transport biomolecules between cells. In cancer, tumor cells misuse EVs to create a microenvironment favoring tumor progression. The malignant phenotype of tumor EVs depends on their cargo, which comprises a plethora of tumor-stimulatory factors. However, how these factors end up on tumor EVs is still unclear and thus, approaches to target EV secretion are lacking. By profiling the cargo of large EVs (lEVs) from breast cancer cells, we have identified three novel marker proteins for tumor lEVs. Knockdown experiments revealed that all three proteins furthermore regulate lEV protein cargo. The first aims of this proposal are thus to elucidate their mode of action for lEV biogenesis and malignant phenotype. Using cell biological and biochemical assays, we will identify their interaction partners and investigate their influence on lEV-induced tumor cell migration and adhesion. The second aim is to use our lEV biobank to develop a flow cytometry-based tumor lEV signature and correlate it with patient data. Thus, this project will not only pave the way for understanding lEV secretion, but also for exploiting tumor lEV-specific cargo as novel cancer biomarker.
Dr. Leonhard Möckl
Unraveling the interplay between oncogenic events, glycocalyx state and cellular behavior
Every cell in the human body is decorated with a complex array of glycoconjugates, collectively termed “glycocalyx”. Biochemical and clinical observations have tied this ubiquitous component to processes of vital importance to human health – from embryogenesis to cancer progression. However, the glycocalyx has remained outside mainstream models of cellular behavior, thus, its potential as a therapeutic target is largely untapped. The research outlined here will fill this critical knowledge gap in the context of cancer progression. The glycocalyx presents two key challenges: (i) it cannot be predictably modulated with genetics, and (ii) its fine structure cannot be resolved with conventional light microscopy. This proposal will overcome these challenges. By combining dataset mining and CRISPR screens with cutting-edge super-resolution localization microscopy and phenotypical assays, nanometer-scale glycocalyx organization will be linked to functional effects at the cellular behavior. By the conclusion of the funding period, the proposed project will bring the glycocalyx into textbook models of cancer biology and pave the way to gene-inspired glycocalyx-targeting therapeutics.
Endokrines System
Prof. Dr. rer. nat. Natalia S. Pellegata
Bekämpfung maligner Paragangliome mit einzigartigen humanen und murinen Tumormodellen
No effective therapy currently exists for aggressive/metastatic paraganglioma (PPGL), which results in poor patient outcomes. These tumors are categorized into three molecular subtypes—pseudohypoxic, kinase signaling, and Wnt-activated cluster—based on genetic mutations and gene expression. Among these, the pseudohypoxic (P)-PPGL subtype exhibits the highest aggressiveness. The absence of suitable models for malignant PPGLs has impeded the discovery of predictive biomarkers and therapeutic targets. Our team has dedicated years to establishing and characterizing relevant models. Our unique rat model, MENX, mimics all P-PPGL features and enabled the identification of an overexpressed G-protein coupled receptor with potential as an imaging and therapeutic target. Additionally, we successfully generated the first human patient-derived xenograft (PDX) model for metastatic PPGLs. This PDX model bridges a crucial gap in the quest for a representative human PPGL model. Once extensively characterized for tumor stability, progression, and pathway activation, this PDX model will serve as a platform for innovative therapeutic strategies.
Gastrointestinaltrakt, Mundhöhle + Speicheldrüsen
Dr. Aysel Ahadova
INDICATE – Individuelles HLA-abhängiges Tumorrisiko beim Lynch-Syndrom
Lynch-Syndrom (LS) ist das häufigste erbliche Tumorsyndrom mit >300.000 Betroffenen in Deutschland. LS-Anlageträger haben ein erhöhtes Krebsrisiko, das jedoch zwischen Anlageträgern und LS-Familien stark variiert. Es besteht ein hoher medizinischer Bedarf an präziseren Risikoabschätzungen, die eine maßgeschneiderte Krebsprävention ermöglichen. Unsere Vorarbeiten (2016.056.1) haben das Verständnis des Zusammenspiels zwischen Immunzellen und Tumorzellklonen bei LS wesentlich verbessert und den HLA-Genotyp als einen der entscheidenden Faktoren bei der Tumor-Immunüberwachung identifiziert. Um die Rolle des HLA-Genotyps bei Tumorentstehung in LS systematisch zu analysieren, haben wir ein internationales Netzwerk aufgebaut (INDICATE, indicate-lynch.org). Aufgrund der entscheidenden Rolle des Immunsystems, vorhersagbarer Tumorantigene und einer genetisch definierten Risikopopulation stellt das LS ein ideales Modell dar, um den Einfluss des HLA-Genotyps auf das Krebsrisiko zu untersuchen. Das Projekt wird zu risikoadaptierten Krebspräventionsstrategien für LS-Träger beitragen und einen universellen wissenschaftlichen Ansatz zur Analyse des HLA-Genotyp-abhängigen Krebsrisikos etablieren.
Prof. Dr. med. Heike Allgayer
Spezifische genomische Läsionen in Metastasen des kolorektalen Karzinoms und ihre Relevanz für Tumorbiologie, Metastasierungskaskade und Therapieantwort
Trotz personalisierter Krebstherapie sind Metastasen unverändert das größte ungelöste Problem. Mit der 2018 größten Gesamtgenomstudie zu Metastasen des kolorektalen Karzinoms (CRC) stellten wir neue genomische/molekulare Komponenten vor, die ggf. für eine metastasenspezifischere Therapie relevant sind 1. Hierzu gehören Mutationen in Rho-Guanin-Nukleotid-Austauschfaktor (ARHGEF)-Genen mit ggf. Einfluss auf durch epidermalen Wachstumsfaktor-Rezeptor (EGFR)/RAS initiierte, aber auch Src-vermittelte Signalwege, sowie Mutationen in BRCA2 bzw. BRCA-artige Mutationsmuster während der CRC-Metastasierung. CRC-Patienten sprechen z.T. nicht auf EGFR-Therapie an, obwohl sie nach KRAS-Mutationen stratifiziert sind. Auch für neue Therapeutika wie Src- oder PARP-Inhibitoren beim CRC fehlt es an suffizienten Biomarkern, die eine Therapieantwort ausreichend vorhersagen. Unser Ziel ist es, 1. zu analysieren, wie spezifische neue ARHGEF- und BRCA2-Mutationen die Proteinfunktion und spezifische Schritte der Metastasierungskaskade (Migration, Invasion, Intravasation, Metastasierung) modifizieren und 2. inwiefern sie das Therapieansprechen auf EGFR-, Src- und PARP-Inhibitoren beim CRC beeinflussen.
Dr. rer. nat. Nadia El Khawanky
Modulation angeborener Immun-Mechanismen im Tumor Mikromilieu zur Verbesserung der CAR T-Zell Therapie in soliden Tumoren (AURORA)
Chimäre Antigen-Rezeptor (CAR) T-Zellen sind eine erfolgsversprechende Form der Krebs- Immuntherapie. Resistenzmechanismen in Tumorzellen sowie das immunsuppressive Mikromilieu besonders in soliden Tumoren bleiben eine große Herausforderung in deren Anwendung. Gemeinsam mit weiteren Arbeiten legen unsere Vordaten nahe, dass unzureichende Aktivierung von Nukleinsäure-Rezeptoren und damit verbundene Defekte in Zelltod-Signalwegen ein Tumorresistenzmechanismus gegen CAR T-Zellen darstellen könnten. Wir vermuten, dass therapeutische Aktivierung des RNA-Rezeptorsystems RIG- I/MAVS bzw. des DNA-Sensors cGAS/STING die Funktion von CAR T-Zellen gerade in soliden Tumoren verbessern kann. Wir werden daher mittels immunkompetenter Turiner Tumormodelle sowie humaner Tumororganoid-Kulturen systematisch die Rolle dieser Nukleinsaure-Rezeptoren fur die CAR T-Zell Therapie untersuchen. Durch Einsatz genetischer Mausmodelle sowie CRISPR-Mutagenese werden wir deren Funktion sowohl in Tumor als auch Immun-Zellen analysieren. Diese Untersuchungen werden zu einem besseren Verständnis von Resistenzmechanismen führen,
Dr. med. Julius C. Fischer
Pathogenese und experimentelle Strategien zur Behandlung von intestinalen Gewebeschäden nach Strahlentherapie in Kombination mit Immun-Checkpoint-Inhibitoren
Die Immun-Checkpoint-Blockade (ICB) hat die Krebstherapie revolutioniert. Aber auch die ICB hat eine Schattenseite. Etwa 90 % der Patienten entwickeln immunvermittelte Nebenwirkungen (irAEs). Gleichwohl intestinale Nebenwirkungen zu den häufigsten irAEs gehören, sind die Mechanismen unzureichend verstanden. Unabhängig davon gibt es ein starkes Wachstum klinischer Studien, die ICB mit konventionellen Therapien wie einer Strahlentherapie (RT) kombinieren. Intestinale Toxizität ist auch eine häufige Komplikation nach RT. Bisher ist erst wenig über das Risiko und mögliche Mechanismen von Nebenwirkungen nach kombinierter Radioimmuntherapie (RIT) bekannt. Unsere vorläufigen Daten zeigen deutlich, dass die simultane RIT bei Mäusen starke Darmschäden induzieren kann. Von großer klinischer Bedeutung ist außerdem unsere Beobachtung, dass eine Vorbehandlung mit ICB, gefolgt von einer RT, die Darmtoxizität nicht verstärkt, wohingegen eine RT, gefolgt von einer sequentiellen ICB, zu starken intestinalen Schäden führen kann. Unser Ziel ist es die biologischen Mechanismen schwerer intestinaler Gewebeschäden nach RIT zu analysieren und Strategien für die Prävention und Therapie zu erforschen.
Prof. Dr. med. Georg Häcker
Die Caspasen-aktivierte DNAse (CAD) bei Tumorentstehung und Tumorevolution
hronische Entzündungen und Infektionen sind häufig mit menschlichen Tumoren assoziiert. Wir haben die Hypothese untersucht, dass die endogene DNAse CAD, die durch mitochondriale Signale aktiviert werden kann, durch die Einführung von genomischen Mutationen zur Tumorentstehung beitragen kann. Mitochondriale Signale entstehen im Signalweg der Apoptose, jedoch ohne Zelltod zu induzieren („subletale Signale“). Wir haben diese Signale bei allen untersuchten Infektionen und mit allen Entzündungsstimuli identifiziert und gefunden, dass CAD in diesen Situationen tatsächlich mutagen sein kann. Wir wollen hier dieses Konzept durch weitere Analysen und bioinformatische Auswertungen vervollständigen. Auf Basis unserer neueren Daten formulieren wir weiter die Hypothese, dass CAD auch an der Mutagenese durch unmittelbar DNA-schädigende Agentien wie Sauerstoffradikale, Chemikalien und bakterielle Toxine beteiligt ist; diese Hypothese wollen wir weiterhin testen. Letztlich weisen unsere Daten darauf hin, dass CAD nicht nur durch Mutationen, sondern auch bei chromosomaler Instabilität in Tumoren eine Rolle spielt, und wir wollen diese mögliche Rolle von CAD bei der Tumorevolution verstehen.
Prof. Dr. Andrew Janowczyk
CDxTRG+: ein automatisiertes, auf Deep Learning basierendes Tumor-Regressionsgrading-Tool zur Prognosevorhersage bei Speiseröhrenkrebs.
Schemata für die histomorphologische Graduierung der Tumorregression (TRG) neoadjuvant behandelter gastrointestinaler (GI) Tumore liefern wichtige prognostische Informationen. International gibt es noch keinen Konsens für ein spezifisches Graduierungssystem, was u. a. an einer relevanten Interobserver-Variabilität der befundenden Patholog*innen bei der Anwendung der verfügbaren Systeme liegt. Hypothese: Eine präzisere Charakterisierung, die auf bestehenden TRG-Systemen aufbaut und durch computergestützte digitale Pathologie auf digitalisierten Schnittpräparaten ausgeführt wird, verbessert die prognostische Stratifizierung von Patient*innen mit GI Tumoren. Unser Ziel ist, einen einzigartigen Multi-Reader-Datensatz mit unserer etablierten Deep-Learning-Technologie zu nutzen, um gängige TRG-Systeme deterministisch zu überprüfen und durch ein computergestütztes Diagnosewerkzeug (CDx) zu erweitern. TRG-Systeme quantifizieren primär die therapiebedingte Fibrose oder den Resttumor, Parameter, deren visuelle Schätzung mit Ungenauigkeiten einhergeht. Im Gegensatz dazu haben eigene Vorarbeiten gezeigt, dass CDx in der Lage ist, derartige Aufgaben mit besonders hoher Präzision durchzuführen.
Prof. Dr. med. Ulrich Keller
Synthetische Letalität – Ein Konzept zur Therapie eines aggressiven Pankreaskarzinom Subtyps
In unseren initialen pharmakologischen und genetischen Screeningexperimenten konnten wir einen synergistischen Effekt zwischen dem SUMOylierungsinhibitor TAK-981 und Inhibitoren des PI3K/AKT Signalwegs identifizieren. Auf Basis dieser Erkenntnisse planen wir in der dritten und letzten Förderperiode dieses Projektes Biomarker zu identifizieren, die prädiktiv für die Effektivität dieser Kombinationsbehandlung sind. Dazu werden wir gezielte genetische „gain-/ und loss-of-function“ Experimente durchführen um solche prädiktiven Biomarker zu ermitteln. Prädiktive Biomarker für die Vorhersage der Wirksamkeit von PI3Ki/AKTi plus TAK-981 Kombinationstherapie werden in relevanten präklinischen Patienten-abgeleiteten Organoid (PDO) Modellen in vitro validiert. Diese Experimente sollen einen direkte klinische Tranlation in eine Phase-1/2 Studie ermöglichen.
Prof. Dr. rer. nat. Maik Luu
LactoCAR – Enforcing Cellular Cancer Immunotherapy with microbiome-derived lactate stereoisomers
In the context of adoptive immunotherapy for cancer, T cells from patients or healthy donors are equipped with e.g. synthetic, chimeric antigen receptors (CARs) to confer tumor antigen specificity and other attributes that enhance potency and longevity. However, the immunosuppressive microenvironment of solid tumors inhibits infiltration and functionality of CAR T cells significantly. Patient-specific factors such as the microbiome have been shown to boost the efficiency of immunotherapies like checkpoint blockade. Recently, we have shown that microbial metabolites from commensal bacteria are capable of increasing the antitumor activitiy of TCR and CAR T cells in a model of solid pancreatic tumors. The goal of the LactoCAR is to investigate the impact of the Lactobacillus metabolites L- and D-lactate on T cell differentiation as an example for the microbiome-immunotherapy-axis. Thereby, cytotoxic effector programs and their underlying mechanisms will be identified in order to guide the improvement of antitumor capacity using modified CAR T cells.
Dr. med. Elisabeth Meedt
Intestinale IgA positive Zellen als Prädiktoren eines Rezidivs nach allogener Stammzelltransplantation – Analyse der Pathomechanismen
Die allogene Stammzelltransplantation ist ein kurativer Therapieansatz für hämatologische Neoplasien. Für die langfristige Kontrolle der Grunderkrankung ist der Graft-versus-Leukämie Effekt der Spenderimmunzellen (GvL) verantwortlich. Unsere Gruppe konnte erstmals zeigen, dass das Persistieren intestinaler IgA positiver (IgA+) Plasmazellen ein starker Prädiktor von Leukämie-Rezidiven ist. Die diesem neuen Befund zugrundliegenden Pathomechanismen sollen nun untersucht werden: Chimärismusanalysen der Plasmazellen im Darm sollen klären, ob persistierende IgA+ Zellen des Empfängers einen unzureichenden GvL Effekt der alloreaktiven Spenderzellen signalisieren und ein Rezidiv der Grundkrankheit vorhersagen. Mit immunologischen Analysen soll die alternative Hypothese überprüft werden, dass es sich bei diesen Zellen um regulatorische B Zellen handelt, die aktiv Spenderimmunzellen an der GvL Reaktion hindern. Mikrobiom-Analysen (16S rRNA) aus Stuhl- und Gewebeproben sollen klären, ob Mikrobiota die Treiber einer klonalen Expansion dieser Zellen sind. Aufbauend auf den Ergebnissen könnten in Zukunft prognostische Tests zur Steuerung des GvL Effekts entwickelt werden.
PD Dr. rer. physiol. Dirk M. Nettelbeck
Immunvirotherapie Gastrointestinaler Tumore basierend auf neuen Adenovirus Serotypen mit höherer onkolytischer und immunstimulierender Wirksamkeit
Onkolytische Adenoviren (OAds) sind Krebstherapeutika, die Tumorzellen durch selektive Infektion zerstören und antitumorale Immunantworten auslösen. Ziel des Projektes ist es, eine neue Generation Effizienz-verbesserter OAds zu entwickeln, die für effektive Therapien, besonders auch bei häufigeren Tumoren, benötigt werden. Die OAd-Forschung hat sich bisher fast ausschließlich auf einen der >100 Ad-Serotypen konzentriert. In umfassenden Screens und Analysen von Ad-Serotyp-Bibliotheken in Patienten-abgeleiteten Pankreaskarzinom Zellkulturen und primären Immunzellen konnten wir bereits unsere Arbeitshypothese bestätigen: die meisten Ad-Serotypen zeigten eine z.T. erheblich stärkere Tumorzelllyse als der prototypische Ad-Serotyp. Dabei wiesen die Kulturen, je nach molekularem Tumor-Subtyp, distinkte Spektren an Sensitivitäten für Ad-Serotypen auf. Ein Ad-Serotyp zeigte einzigartige Immuneigenschaften. In einer Projektfortsetzung möchten wir aus den potentesten Ad-Serotypen tumorspezifische OAds entwickeln, deren Immuneigenschaften vertieft charakterisieren und personalisierte Virotherapieansätze etablieren. Perspektivisch ist die Translation dieser OAds neuer Generation geplant.
PD Dr. Christian Reinert
Prospektive Evaluation einer späten PET/CT-Akquisition zur Verbesserung der diagnostischen Differenzierung von vitalem Tumorgewebe und entzündlichen Veränderungen bei klinisch indizierten Untersuchungen mit [18F]-Fluordesoxyglukose.
Die PET/CT ist fester Standard in der Onkologie, hat jedoch relevante Limitationen bei Tumoren mit niedriger Stoffwechselaktivität und der Differenzierung zwischen inflammatorischen Prozessen und therapieassoziierten Gewebsveränderungen. Der Zeitpunkt der Datenakquisition ist durch die kurze Halbwertszeit der Radionuklide vorgegeben. Eine Messung zu einem späteren Zeitpunkt geht i.d.R. mit einer besseren Aufnahme des Radionuklids in die Zielstruktur einher, mit dem Potenzial eines höheren Tumor-zu-Hintergrund-Kontrastes. Der neu entwickelte Biograph Vision Quadra®-PET/CT-Scanner von Siemens Healthineers weist im Vergleich zu den bisherigen Scannern eine 10-fach höhere Sensitivität auf, weshalb mit [18F]FDG auch nach zusätzlichen Halbwertszeiten noch adäquat gemessen werden kann. Ziel unserer prospektiven Studie ist es zu evaluieren, ob mithilfe des verbesserten Signal-zu-Rausch Verhältnisses durch späte PET/CT-Messungen zwischen therapieassoziierten Veränderungen, Entzündungen und Tumorgeschehen mit größerer Spezifität unterschieden werden kann. Es werden bildgebende Stoffwechselmarker erhoben, analysiert und mit histopathologischen Daten sowie dem Krankheitsverlauf korreliert.
Prof. Dr. rer. biol. hum. habil. Christoph Reinhardt
Mikrobiom-abhängige Regulation des Hedgehog-Signalwegs über Toll-like Rezeptor-2 in der entzündungsabhängigen Entstehung kolorektaler Karzinome
Mittels Gnotobiotik konnte ein kausaler Zusammenhang zwischen der Besiedlung mit Mikrobiom und der Entstehung von kolorektalen Tumoren im DSS/AOM-Modell nachgewiesen werden. Interessanterweise wurde im konditionalen Knockout-Mausmodell eine protektive Wirkung von epithelial exprimiertem Toll-like Rezeptor-2 (TLR2) identifiziert. Im Rahmen des Fortsetzungsantrags soll die Zelltyp-spezifische Rolle des epithelialen TLR2 genau definiert werden. Die Wirkung des Darmmikrobioms auf den Hedgehog-Signalweg, welcher an der Entstehung des kolorektalen Karzinoms beteiligt ist, ist bislang unerforscht. Mittels Spatial Transcriptomics-Analysen soll der Einfluss der zelltyp-spezifischen TLR2-Defizienz auf den Hedgehog-Signalweg untersucht werden. Zudem soll die identifizierte Wirkung des epithelialen Hedgehog-Liganden Indian Hedgehog (IHH) untersucht werden, indem induzierbare Enterozyten-spezifische Ihh-defiziente Mäuse den AOM-DSS-induzierten kolorektalen Karzinogenese-Modell unterzogen werden. Ziel des Projektes ist die Erforschung der funktionellen Regulation des Hh-Signalwegs durch den epithelialen TLR2-Signalweg als Zelltyp-spezifisches Target zur Entwicklung neuer Immuntherapien.
Prof. Dr. med. Gernot Stuhler
Identifizierung und immuntherapeutische Eliminierung des Tumor-Stammzell-Kompartiments beim kolorektaler Karzinom
Krebsstammzellen (CSCs) zeichnen für die Initiierung, Metastasierung und das Wiederauftreten von kolorektalen Karzinomen (CRC) nach zytostatischer Therapie verantwortlich. Um die Plastizität von CSC zu charakterisieren, werden wir verschiedene Subpopulationen mittels Hemibodies aus heterogenem CRC-Gewebe eliminieren und die Fähigkeit der verbleibenden Zellen untersuchen, Tumore und Metastasen zu regenerieren. Hemibodies sind Antikörperfragmente, die nach Bindung an eine zwei distinkte Antigene T-Zellen zur Lyse exklusiv der CSC-Zielzellen rekrutieren. Unter Verwendung eines etablierten Satzes validierter Hemibodies werden wir die Größe und das Marker-Profil des CSC-Kompartiments identifizieren, das für eine definitive Tumorkontrolle adressiert werden muss. Wir setzten scRNA-Sequenzierungen, Durchflusszytometrie und immun-histologische Techniken ein, um Gene und Signalwege zu charakterisieren, die mit (De)-Differenzierung-Prozesse und -Plastizität assoziiert sind. Wir werden die molekularen Signaturen mit funktionellen Analysen in Organoiden und PDX-Modellen zusammenführen, um eine immuntherapeutische Intervention des CRC mittels kombinatorischer Hemibodies zu etablieren.
Dr. med. Joseph Tintelnot
Testing the role of immune cell-derived TIMP1 in promoting therapy resistance in pancreatic cancer
Patients with metastatic pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) have a devastating prognosis since 50% of patients die within 4 months after diagnosis. Chemotherapy with FOLFIRINOX (oxaliplatin, 5-FU, irinotecan and leucovorin) extends the mean survival to almost a year, however, only some patients respond to the applied chemotherapy and the reasons for this remain unclear. Immunotherapies that have substantially increased the survival of many cancer patients, e.g. melanoma or lung cancer, do not yet work in PDAC. Thus, there is a strong unmet clinical need to understand mechanisms of resistance to standard of care chemotherapeutic combinations and immunotherapies in order to extend the survival of patients. My preliminary data shows that tissue inhibitor of metalloproteases-1 (TIMP1) is especially increased in macrophages infiltrating human PDAC after FOLFIRINOX treatment. Considering that TIMP1 can directly affect cancer cells or indirectly increase the density and stiffness of the PDAC stroma which can limit the efficacy of chemotherapies, I hypothesize that immune-cell and specifically macrophage-derived TIMP1 mediates resistance to FOLFIRINOX in PDAC.
Genitaltrakt, männlich
Dr. rer. nat. Steffi Herold
ProstatakarzinomInduction of transcription-replication conflicts as a new therapeutic approach for patients with advanced prostate cancer
This project aims to determine whether the induction of transcription-replication conflicts (TRCs) is a therapeutic approach for patients with advanced prostate cancer (PCa). PCa is a transcription-driven tumor that arises as an androgen-dependent primary tumor and progresses to androgen-independent forms termed castration-resistant prostate cancer (CRPC) or neuroendocrine prostate cancer (NEPC). The expression of different MYC paralogues is closely linked to the biology of PCa, as CRPC expresses MYC and NEPC expresses MYCN. The high rate of transcription leads to collisions of the polymerase complexes that control transcription and replication, resulting in TRCs. If TRCs are not resolved, DNA breaks occur, triggering apoptosis. Tumors rely on specific mechanisms to prevent TRCs. We have shown that a key oncogenic function of MYCN is to resolve TRCs, identified the mechanism and demonstrated that its inhibition has a major therapeutic effect. In preliminary work, we found that MYC and MYCN rely on different mechanisms to resolve TCRs in PCa and hypothesize that the mechanisms that resolve TRCs are targets for therapy in PCa that have not yet been explored as a treatment strategy.
Prof. Dr. rer. nat. Daniel Nettersheim
Die molekularen und epigenetischen Mechanismen der Aktivierung von krebsassoziierten Fibroblasten durch die Interaktion mit Keimzelltumoren
Germ cell tumors (GCT) are the most common solid tumors of young men (14-44 years). A cisplatin-based chemotherapy is highly efficient, but 15% of patients acquire therapy resistance despite adequate multimodal treatments. Such patients are usually incurable and face an awful prognosis with a life expectancy of a few months. The molecular and epigenetic mechanisms leading to cisplatin resistance are still enigmatic and therapeutic concepts are lacking. In this study, we aim at deciphering the mechanisms of cisplatin resistance on DNA methylation, histone modification and proteome level in a unique longitudinal cohort of refractory GCT, allowing to study the temporal dynamics and kinetics of cisplatin resistance and deduce novel therapeutic targets. Therefore, modern methods, like DNA methylation arrays, phospho-antibody-arrays and liquid-chromatography coupled to mass spectrometry will be used. In summary, this study will considerably increase knowledge on cisplatin resistance mechanisms on several molecular and epigenetic levels in a temporally resolved manner in a unique cohort of matched longitudinal refractory GCT samples.
Haut + malignes Melanom
Dr. rer. nat. Stephanie Arndt
Kombinationstherapie von kaltem atmosphärischem Plasma (KAP) und photodynamischer Therapie (PDT) zur Verbesserung der Behandlung aktinischer Keratosen
Unter aktinischer Keratose (AK) werden rötliche, manchmal auch hautfarbene, Rauigkeiten in lichtgeschädigter Haut verstanden, die als Vorstufe des Plattenepithelkarzinoms (PEK) gelten. Die photodynamische Therapie (PDT) mit dem Photosensibilisator 5-Aminolävulinsäure (ALA) oder ihrem Methylester Methylaminolävulinat (MAL) in Kombination mit rotem Licht ist eine für die Behandlung von AK etablierte Therapie, welche durch die Penetrationstiefe der Photosensibilisatoren in die Haut limitiert ist. Durch die Entwicklung wirksamer penetrationsfördernder Maßnahmen kann die Effektivität der AK-Behandlung gesteigert werden. Kaltes atmosphärisches Plasma (KAP) ist ein teilweise ionisiertes Gas, mit penetrationsfördernder und krebshemmender Fähigkeit. Durch eine Kombinationstherapie von KAP und PDT könnte die Aufnahme und die Penetration des Photosensibilisators erhöht und durch die antitumorigene Wirkung von KAP der Behandlungserfolg von AK in dualer Weise verbessert werden. Diese Hypothese soll im Rahmen des beantragten Forschungsvorhabens überprüft werden.
Dr. Luís Miguel Ferreira de Almeida
Imunosuppression-resistant, tumor-specific T cells as a therapeutic strategy against established tumors – a preclinical study
Tumor-infiltrating regulatory T cells (Tregs) express T-cell receptors (TCRs) that are specific for tumor antigens. Because Tregs suppress immune responses, their specificity towards tumor antigens contributes to the prevention of anti-tumor immunity. To date, no tool exists to to prevent Treg-dependent immunosuppression of effector cells. We hypothesize that the tumor-specific TCR repertoire of Tregs can be redirected towards an anti-tumor, pro-inflammatory rather than anti-inflammatory role. If these Tregs can be isolated, expanded, and reprogrammed genetically, these cells can be turned into pro-inflammatory cells. Furthermore, techniques exist that allow for the de novo generation and expansion of antigen-specific T cells in vitro, from both naïve and memory T cell pools. Based on data from us and others, we will overexpress phosphodiesterases in tumor-specific Tregs and effector T cells. The former should lose their Treg identity and suppressive function, while the latter should become less susceptible to Treg-mediated suppression. Either strategy is feasible to be translated to human patients if the preclinical data is promising.
Prof. Dr. Birgit Schittek
Klinische Relevanz von RSK-Inhibitoren auf das Wachstum von Melanomzellen mit hyperaktiviertem MAPK-Signalweg
Der MAPK-Signalweg ist beim malignen Melanom häufig überaktiviert und spielt eine zentrale Rolle bei der Proliferation und dem Überleben von Tumorzellen. Dementsprechend hat sich seine Hemmung als effiziente Behandlungsoption bei Melanomen mit BRAF-Mutationen erwiesen. Es besteht jedoch weiterhin ein dringender Bedarf an wirksamen zielgerichteten Therapien für andere Melanom-Untergruppen mit konstitutiver MAPK-Aktivierung. Die ribosomalen p90-S6-Kinasen (RSKs) sind zentrale Effektoren der MAPK-Signalgebung. Wir konnten in unseren Vorarbeiten zeigen, dass Wachstum und Überleben nicht nur von BRAF-, sondern auch von RAS- und NF-1-mutierten Melanomzellen durch RSK-spezifische niedermolekulare Inhibitoren signifikant beeinträchtigt werden. Daneben verbessert die RSK-Hemmung auch die Differenzierung und Immunogenität der Tumorzellen. In dem beantragten Forschungsvorhaben möchten wir die Wirksamkeit eines neuartigen oral verfügbaren RSK-Inhibitors auf Melanomzellen mit hyperaktiviertem MAPK-Signalweg untersuchen. Zudem möchten wir dessen Wirksamkeit in der Verstärkung einer Anti-Tumorantwort evaluieren.
Immunsystem + Hämatopoese
Prof. Patrick Barth
CAR T Zellen mit designten chemotaktischen Rezeptoren für potente Migration und Tumorelimination
Zellen unseres Immunsystems (T Zellen) können außerhalb des Körpers mit einem Chimären Antigen Rezeptor (CAR) modifiziert werden und nach Rückinfusion Krebszellen im Patient abtöten. Diese Therapie ist gegen das Multiple Myelom (MM) im Einsatz. Leider ist die Dauer des Ansprechens kurz, weil die CAR T Zellen Mühe haben den Krebs zu finden und am Ort des Tumors langfristig aktiv zu bleiben. Beim MM sitzt der Krebs im Knochenmark in einer speziellen Umgebung, welche verschiedene Botenstoffe aussendet. Wir werden diese Botenstoffe ausnutzen, um die rasche Heimkehr und das Verbleiben der CAR T Zellen im Knochenmark zu verbessern. Mit einer neuen computergestützten Methode und biochemischen Veränderungen der Heimkehrrezeptoren, welche diese Botenstoffe erkennen, werden wir neue hochsensible Biosensoren generieren, welche wir zusammen mit dem CAR in die T Zellen bringen. Wir werden in Zellkultur und Mausmodellen evaluieren, ob die Biosensoren das Auffinden der Krebszellen verbessern, und ob dies zu einer langfristigen Tumorkontrolle führt. Falls wir erfolgreich sind, könnte diese Technologie auch für andere Krebsarten verwendet werden.
Prof. Dr. rer. nat. Burkhard Becher
Analyse von krankheitsassoziierten Immunzellpopulationen im Thymom
Thymome sind seltene Tumore, zählen bei Erwachsenen aber zu den häufigsten Neoplasien des Mediastinums. Das Vorliegen spezifischer Thymom-assoziierter Immunzellalterationen sind im Detail weitgehend unerforscht, aber für die Entwicklung gezielter Immuntherapien relevant. In unserem Forschungsprojekt beabsichtigen wir daher, mittels Einzelzell-Analysen, einschliesslich hochdimensionaler Durchflusszytometrie, und Zytokin-Multiplex-Techniken Thymus- und gepaarte serielle Blutproben von Patienten mit Thymom versus nicht-tumorösem Thymus zu untersuchen. In Kombination mit neuen automatisierten Analysemethoden unter Einbeziehung künstlicher Intelligenz wollen wir so einen Einblick in die den Thymuspathologien zugrundeliegende Dysregulation des Immunsystems gewinnen. Unser Ziel ist es, eine umfassende Studie der Immunlandschaft des Thymoms auch im Kontext von begleitenden Autoimmunerkrankungen zu generieren. Wir beabsichtigen hierfür, zelluläre und lösliche Krankheits-Immunmarker in einem “Multi-Omics” Ansatz zu studieren. Dieses Forschungsprojekt soll Einsicht in die Pathophysiologie des Thymoms geben und könnte helfen, potenzielle Zielstrukturen für zukünftige Therapien zu ermitteln.
Dr. med. Anjali Cremer
Proteogenomic characterization of B-cell precursor ALL to identify novel molecular subgroups for risk stratification, therapy allocation and target discovery
B-cell precursor acute lymphoblastic leukemia (B-ALL) is the second most common acute leukemia with poor prognosis upon relapse. Patients are preferably treated in clinical trials conducted by multi-center trial groups such as the German Multicenter Study Group for Adult ALL (GMALL), located at the University Hospital Frankfurt. The current molecular classification of B-ALL is based on genetics, which gives a detailed understanding of deregulated cellular programs but misses to predict the complex variation at the protein level (1). Mass spectrometry (MS)-based proteomics can characterize disease features directly correlated to the cellular phenotype and thus refine current classifications and provide novel insights into underlying disease biology. In this project, we will use our proteogenomic pipeline (2) to deeply quantify the global protein expression in B-ALL samples and to integrate it with gene mutation and expression data. This proteogenomic characterization will enable us to refine and extend the genetic classification, identify shared alterations that drive B-ALL biology, therapy response and resistance and to develop proteomic classifiers for translational application.
PD Dr. Laurent Derré
Untersuchung und therapeutisches Targeting von myeloide Suppressorzellen bei Blasenkrebs
Die intravesikale BCG-Therapie ist der Goldstandard in der Therapie des oberflächlichen Blasenkrebs (BK). Ein Therapieversagen ist jedoch nicht selten, was die Entwicklung von neuartigen Therapiekonzepten notwendig macht. In früheren Studien konnte unser Labor eine immunregulatorische Achse bei BK-Patienten aufzeigen, an welcher monozytäre myeloide Suppressorzellen (MDSC) beteiligt sind. Diese sind eng assoziiert mit dem BCG-Versagen. Um die MDSC bei BK-Patienten genauer zu charakterisieren, haben wir eine mRNA-Sequenzierung durchgeführt. Erste Ergebnisse zeigen, dass CLEC4D und MINCLE, zwei Zelloberflächenproteine, die zur Superfamilie der C-Typ-Lektinrezeptoren (CLR) gehören, auf MDSC überexprimiert sind und eine wichtige Rolle bei der MDSC-Bildung spielen. Parallel dazu haben wir in unserem orthotopen Blasentumormausmodell verschiedene Behandlungen getestet, die bekanntermaßen auf die suppressiven myeloischen Zellen abzielen. Dabei zeigt sich, dass die Verabreichung von Carboplatin und Paclitaxel sehr effizient ist, um Mäuse von BK zu heilen. Unser Ziel ist es daher, die Rolle und Funktion dieser CLR in MDSC zu entschlüsseln, und somit eine neue Therapie für BK zu entwickeln.
PD Dr. med. Laura Hinze
Die Bedeutung des Wnt/STOP Signalwegs in der molekularen Regulation von Asparaginase Resistenz in akuten Leukämien
Bestimmte Krebszellen bedürfen der GSK3a-abhängigen Proteindegradation, um durch die hieraus freigesetzten Aminosäuren ihr Überleben unter zellulären Stressbedingen zu sichern. So kann eine Inhibition von GSK3a resistente Leukämiezellen gegenüber einer Therapie mit Asparaginase sensitivieren. Die Wnt-abhängige Stabilisierung von Proteinen (Wnt/STOP) ist eib-Catenin unabhängiger Zweig des Wnt Signalweges, der den GSK3a-abhängigen Proteinabbau hemmt. Allerdings sind die molekularen Mechanismen dieser Signalwege größtenteils unverstanden. Wir konnten zeigen, dass i) der N-Terminus von GSK3a mittels Phasenseparierung die proteasomale Degradation stimuliert, ii) GSK3 bestimmte ribosomale Proteine steuert und iii) spezifische mitochondriale Proteine den GSK3a-abhängigen Proteinabbau regulieren. Auf Grundlage dessen soll die Funktion der mitochondrialen Proteine in der Regulation von Wnt/STOP entschlüsselt werden. Zum anderen soll durch CRISPR/Cas9-mediierte Sättigungsmutagenese der Teil des N-Terminus identifiziert werden, der die Phasenseparierung von GSK3a reguliert, um die Grundlage für eine zielgerichtete therapeutische Inhibition von GSK3a in resistenten Leukämiezellen zu legen.
Prof. Dr. Markus Hoth
Calcium channels and calcium signals as target for lymphoma therapy
The first-line therapy of diffuse large B-cell lymphoma (DLBCL) is a combined administration of different antibodies and poly-chemotherapy (R-CHOP, Pola-R-CHP). Natural killer (NK) cells play a key role as major mediators of rituximab (R)-mediated cytotoxicity. NK cytotoxic efficiency depends on intracellular calcium signals mediated by Orai/CRAC calcium channels. We have uncovered a calcium optimum for cytotoxicity, with lower and interestingly also higher calcium signals being less efficient. To analyze calcium signals and cytotoxic efficiency of single NK-cells during apoptotic or necrotic killing of single lymphoma cells in parallel, we have developed single cell cytotoxicity assays with high resolution and automated analysis. Our project aims to analyze whether and how calcium signaling in NK-cells affects the serial killing efficiency of lymphoma cells in the presence of R-CHOP or Pola-R-CHP. We want to understand whether targeted modulation of calcium signaling in NK-cells, e.g., by Orai channel blockers, could have a therapeutic advantage for the treatment of DLBCL, and whether calcium channels and calcium signaling could represent a target for lymphoma therapy.
Prof. Dr. rer. nat. Albert Jeltsch
Investigation of the mechanistic effects of somatic cancer mutations in DNMT3A with a novel semi-in vitro chromatin methylation assay
DNMT3A somatic missense mutations are frequently observed in AML, but their precise role in tumorigenesis is unclear. DNMT3A interacts with DNA sequence-specifically, binds nucleosomes and 3 different histone PTMs. These multivalent chromatin interactions make it difficult to identify the specific molecular effect of DNMT3A cancer mutations. Current methods allow to determine in vitro and cellular activity of DNMT3A mutants and to study methylomes of cancer cells, but all these approaches have limitations. To investigate DNMT3A activity on a physiological substrate with all human genomic DNA sequences, nucleosomes and histone PTMs, we plan to use demethylated chromatin isolated from human U-937 or THP-1 cells after treatment with a DNMT1 inhibitor as substrate for semi-in vitro DNA methylation assays. These assays will fill in the gap between pure in vitro and in cellulo approaches and allow us to investigate the effects of DNMT3A somatic cancer mutants on the methylation of human chromatin. Our data will uncover how DNMT3A mutants could generate aberrant DNA methylation patterns in cells, identify regions with altered methylation and novel downstream target gene candidates.
Dr. rer. nat. Klein-Heßling
NFAT Transcription Factors as Tools for the Immune Therapy of Solid Tumors
The transcription factors NFATc1 and NFATc2 orchestrate the activity of adaptive immune system. It was reported previously that the two transcription factors NFATc1 and NFATc2 support the ‘exhaustion’ of cytotoxic CD8+T cells to dysfunctional cells in chronic immune reactions during cancerogenesis. Using an ex vivo system for T cell ‘exhaustion’, our data showed that NFATc2 controls 3-4 more genes than NFATc1 in chronically stimulated cytotoxic T cells, whereas 10 fold more genes are controlled by NFATc1 in acute immune reactions. NFATc2 supports the expression of markers of exhausted CD8+TEX cells, as Tim-3 (encoded by the Havcr2 gene), and inhibits markers of progenitor CD8+TPEX cells, as Tcf1 (encoded by Tcf7), whereas the activity of NFATc1 appears to be ‘frozen’ during chronic activation. While NFATc1 induction seems to play a minor role in chronic immune reactions, it orchestrates acute immune reactions. These data are supported by in vivo data showing that ablation of NFATc2 supports the killing of tumor cells. In the new grant application, we want to extend these findings by studying pre-clinical models of solid tumors and explore whether – as we assume – components of calcineurin/NFAT network can be exploited to improve the therapy of solid human tumors.
Dr. rer. nat. Elisabeth Littwitz-Salomon
Trainierte NK-Zellen und deren Effekt auf Krebs
Natural Killer (NK) cells are cytotoxic immune cells known to eliminate tumor and virus-infected cells. Although they are classified as innate immune cells, recent studies indicate that NK cells can develop a long-lived adaptive, memory-like phenotype. We have shown that memory-like NK cells develop in spleen and liver after Friend retrovirus (FV) infection and that these cells have an increased ability to eliminate tumor target cells expressing FV-derived antigens. Other researchers have shown that NK cells can mount an increased secondary response after challenge with unrelated antigens. We therefore hypothesize that virus-trained NK cells can influence tumor immune surveillance toward non–virus-related tumor cells. The functional maturation of NK cells involve the reprogramming of their cellular metabolism to fuel increased demands for energy and biosynthetic processes. Increasing evidence suggests a direct link between metabolic adaptations in immune cells and specific epigenetic programs. This project pursues a novel approach in cancer research and proposes that metabolic and epigenetic pathways in virus-trained NK cells can be targeted to enhance their anti-cancer functions.
Prof. Dr. rer. nat. Jürgen Löffler
Funktionale Analysen humaner Natürlicher Killerzellen mit synthetischen Antigen-spezifischen Rezeptoren (CAR NK) zur Behandlung von Aspergillus fumigatus-Infektionen in einem NOD scid gamma Mausmodell
Schimmelpilz-Mykosen sind ein wichtiges Problem vor allem bei Patienten mit hämatologischen Neoplasien wie der akuten Leukämie und nach allogener Stammzelltransplantation. Die dabei auftretenden hohen Mortalitätsraten gehen u.a. auf die begrenzte Zahl wirksamer Antimykotika und zunehmende Azol-Resistenzen zurück. Aspergillus fumigatus ist der wichtigste Erreger, aber Infektionen durch Mucorales nehmen zu und zeigen aggressive Verläufe und eine ausgeprägte Resistenzproblematik. Immunologische Add-On-Behandlungen können diese Situation verbessern. T- und NK-Zellen, die mit chimeric antigen receptors (CARs) ausgestattet sind, werden durch Pilze CAR-abhängig aktiviert. Ausgehend vom monoklonalen Antikörper AB90 wurden bereits A. fumigatus spezifische T Zell CARs etabliert und charakterisiert. Dies soll nun auf AE183, NK-Zellen sowie weitere CAR-Konstrukte ausgedehnt werden, in denen zusätzliche Gene CAR-abhängig aktiviert werden. Die antifungalen Effekte von NK-Zell-CARs gegen A. fumigatus und Mucorales sollen untersucht werden und schließlich soll auch das Antigen, das der Antikörper AB90 erkennt, identifiziert und charakterisiert werden.
Dr. med. Natali Pflug
Translationale Evaluation der Rolle des B-Zell Kompartiments in der Pathogenese der T-Zell-Leukämie der großen granulierten Lymphozyten
Die T-LGLL ist eine reifzellige T-Zell Neoplasie, welche sich sich durch Zytopenien, Autoimmunerkrankungen und lediglich palliative Behandlungsoptionen auszeichnet. Derzeit liegt der Fokus des pathogenetischen Modells auf der zytotoxischen T-Zelle. In einer ersten systematischen Analyse unser LGLL Biobank mit korrespondierenden Registerdaten, einer der weltweit größten, konnten wir regelhaft ein alteriertes B-Zell Kompartiment beobachten. Des weiteren deuten erste erfolgreiche Therapieversuche mit dem B-Zell-gerichteten Antikörper Rituximab auf eine signifikante Rolle der B-Zellen in der T-LGLL hin. Zudem zeigten wir mittels Einzelzell-Sequenzierung erstmals eine klonale Beschränkung des B-Zell Repertoires sowie eine potentiell onkogene B-/T-Zell Interaktion. Wir stellen daher das derzeitige pathogenetische Konzept in Frage und postulieren eine Schlüsselrolle des B-Zell Kompartiments. Wir streben daher (i) die Charakterisierung des B-Zell Kompartiments, (ii) die in vitro sowie in silico Modellierung der reziproken T-LGLL- / B-Zell Interaktion, sowie (iii) die in vivo Evaluation der Rolle des B-Zell Kompartiments in der T-LGLL an, mit dem Ziel neue Therapieansätze zu identifizieren.
Prof. Dr. med. PhD Julia Skokowa
Identifizierung und gezielte Ausschaltung BAALC-spezifischer leukämogener Signalwege zur Behandlung akuter myeloischer Leukämie
Eine erhöhte Expression des BAALC-Proteins in den akuten myeloischen Leukämie (AML) Blasten ist ein schlechter prognostischer Faktor, der mit aggressiver AML und einer hohen Rückfallquote einhergeht. Wir haben vor kurzem über die essentielle Rolle von BAALC bei Patienten mit präleukämischem Knochenmarkversagenssyndrom, schwerer kongenitaler Neutropenie und Übergang zu AML berichtet (Dannenmann et al., Cell Stem Cell 2021). Um leukämogenen Signalwege, die spezifisch von hyperaktiviertem BAALC dereguliert werden zu identifizieren, verglichen wir RNA-seq-Daten von BAALChigh AML-Blasten mit oder ohne CRISPR/Cas-vermitteltem BAALC-Knockout. In diesem Antrag planen wir nun mit Hilfe von schon vorhandenen RNA-seq Daten, die BAALC-abhängige leukämogene Schlussel-Signaltransduktionwege besser zu charakterisieren. Unser ultimatives Ziel ist es, neue Medikamente zu entwickeln, die BAALC-abhängige leukämogene Prozesse (therapeutische Zielmolekule) hemmen, um effektiv BAALChigh AML-Blasten zu eliminieren oder die Leukämieentwicklung bei präleukämischen Syndromen zu verhindern.
Prof. Dr. med. Marion Subklewe
CRISPR/Cas9 loss-of-function Screening: Identifizierung von Schlüsselgenen der T-ZellDysfunktion unter kontinuierlicher bispezifischer Antikörperstimulation
T-Zell-basierte Immuntherapie hat die Behandlung von hämatologischen Erkrankungen in den letzten Jahren revolutioniert. Der erste zugelassene T-Zell-rekrutierende bispezifische Antikörper (BsAb) ist Blinatumomab für die Behandlung der B-Zell Vorläufer akuten lymphoblastischen Leukämie (BCP-ALL)1,2. Weitere BsAbs wurden in diesem Jahr zugelassen. T-Zell Dysfunktion durch kontinuierliche Antigen Stimulation wurde bereits als Resistenzmechanismus in chimärer Antigen Rezeptor (CAR) T Zelltherapie identifiziert6,7. Im Kontext der BsAb konnten wir kürzlich in einem in vitro Modellsystem die klinische Situation der kontinuierlichen Exposition simulieren und zeigen, dass kontinuierliche BsAb Exposition zu T-Zell Dysfunktion führt. Anhand von RNA Sequenzierung konnten wir außerdem Gen-Cluster identifizieren, die differenziell in dysfunktionalen T Zellen exprimiert werden29. Ziel dieses Projektes ist es, Schlüsselgene der evolvierenden T-Zell Dysfunktion unter BsAb Stimulation zu definieren. Dazu werden wir einen CRISPR/Cas9 loss-of-function Screen durchführen und anhand unseres in vitro Modellsystems Schlüsselgene für T-Zell Dysfunktion identifizieren und funktional charakterisieren.
PD Dr. rer. biol. hum. Meike Vogler
Die Funktion von NOXA für die durch BH3-Mimetics induzierte Apoptose in Lymphomzellen
Beim programmierten Zelltod spielt die B-Cell Lymphoma 2 (BCL2) Proteinfamilie eine wichtige Rolle, da sie die Auslösung der Apoptose kontrolliert. Daher stellen die anti-apoptotischen BCL2 Proteine wichtige Angriffsziele für neue Krebstherapeutika dar, und mit Venetoclax wird der erste Hemmstoff von BCL2 bereits erfolgreich zur Bekämpfung von Leukämien eingesetzt. Unsere bisherigen Studien zeigen auf, dass das pro-apoptotische Protein NOXA für den Venetoclax-induzierten Zelltod nötig ist, und ohne NOXA die Krebszellen nicht effektiv getötet werden können. Eine ähnlich wichtige Rolle spielt NOXA für Hemmstoffe von BCL-XL. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen der ersten Förderzeit wird hier die Idee verfolgt, NOXA gezielt zu induzieren, um so neuartige Therapieansätze zu entwickeln, die zu einer verbesserten Wirkung von Venetoclax führen. Dabei ist es essentiell, genauer zu verstehen, welche molekulare Funktion NOXA einnimmt und in welchem Organell der Zelle NOXA verstärkt gebildet werden muss, damit die Wirkung von Venetoclax positiv beeinflusst wird. Diese Studien werden dazu beitragen, BH3-mimetics gezielter und effektiver in Lymphompatienten einzusetzen.
Dr. Ali Önder Yildirim
Die Rolle von CD30 in B-Lymphozyten bei der Entstehung von B-Zell-Lymphomen in der Lunge
B-zellspezifische Expression eines konstitutiv aktiven CD30 führt in Mäusen zur Expansion von Plasmablasten und bei älteren Tieren zur Lymphomagenese. In initialen Untersuchungen dieser Mäuse zeigten sich induzierbare BALTs und COPD‐ähnliche Strukturen in der Lunge, wie sie sonst nur bei Berauchung von WT‐Mäusen (COPD‐Mausmodell) entstehen. Gealterte Mäuse wiesen noduläre bronchovaskuläre Infiltrationen von Lymphozyten auf, die MALT‐Lymphomen ähneln. Wir vermuten, dass B‐Lymphozyten, die in einer inflammatorischen Umgebung sind und dadurch kontinuierlich CD30-Signale erhalten, eine wesentliche Rolle bei der Entstehung von iBALTs spielen. Wir postulieren weiterhin, dass eine andauernde Aktivierung von CD30 in iBALTs schließlich auch zur Entwicklung von pulmonären B-Zell-Lymphomen führen kann. Um diese Annahmen zu überprüfen, wollen wir das klassische Berauchungsmodell - als Induktor einer chronischen Inflammation - in Kombination mit Mauslinien mit (i) konditionaler Aktivierung eines konstitutiv aktiven CD30 oder mit konditionaler (ii) Inaktivierung und (iii) Aktivierung von CD30 einsetzen. Diese Studien könnten zum besseren Verständnis der Entstehung pulmonärer Lymphome beitragen.
Leber, Gallenwege + Pankreas (exokrin)
PD Dr. med. Dr. rer. physiol. Peter Dietrich
Diagnostische, prognostische und therapeutische Rolle der Dipeptidylpeptidase 4 beim hepatozellulären Karzinom
Das hepatozelluläre Karzinom (HCC) zählt zu den tödlichsten Krebsarten. Durch den Antragsteller wurde aufgezeigt, dass die Dipeptidylpeptidase 4 (DPP4) eine entscheidende Rolle bei der Progression des HCC zukommen kann. DPP4-Hemmer werden bereits zur Behandlung von Diabetes mellitus eingesetzt. Daten aus der ersten Förderperiode zeigen, dass DPP4 einen Serummarker zur Erkennung von Rezidiven bei HCC Patienten darstellen kann. Zudem zeigt sich die DPP4 Expression bei männlichen Patienten im Vergleich zu weiblichen Patientinnen erhöht. Das HCC zeigt ein vermehrtes Vorkommen bei Männern. Der DPP4 könnte eine Schlüsselrolle zum Verständnis geschlechtsspezifischer Unterschiede beim HCC zukommen. Diese Hypothesen wurden in der ersten Förderungsperiode durch in vivo Analysen mittels DPP4-KO-Mäusen in einem Diabetes-assoziiertem HCC-Modell funktionell bestätigt. Mit der microRNA-622-DPP4-Achse wurde ein Regulationsmechanismus, der die Überexpression von DPP4 im HCC vermittelt, bereits näher untersucht. Weiterhin konnte mit Villin1 ein vielversprechendes, bisher unbekanntes neues Zielgen von DPP4 im HCC aufgezeigt werden, welches im Rahmen des Fortsetzungsantrages untersucht werden soll.
Dr. rer. nat. Irina Heid
Molecular phenotyping of therapy-induced changes in pancreatic cancer measurable by multiparametric magnetic resonance imaging (MRI)
Das duktale Adenokarzinom des Pankreas (PDAC) ist eine selten operable Krebsart mit schlechter Prognose. Nahezu 100% der betroffenen Patienten erhalten im Verlauf ihrer Erkrankung eine von zwei alternativen Erstlinien-Chemotherapien: 1.) Gemcitabine-Abraxane oder 2.) FOLFIRINOX. Während beide Behandlungen ein leicht verbessertes Überleben erzielen, variiert der Therapieerfolg aufgrund der individuellen molekularen Heterogenität des Tumors auf Patientenebene stark. In diesem Projekt wollen wir bildgebende Biomarker (imaging biomarkers, iB) für die nicht-invasive Früherkennung von Therapieansprechen auf die genannten Chemotherapien identifizieren indem wir das Verhalten der iB unter den Behandlungen untersuchen. Hierzu, werden prospektiv gesammelte, qualitätskontrollierte Datensätze (jeweils korrespondierende Bildgebung, Gewebeprobe und primäre Zelllinie) von murinen Pankreastumoren und humanen Xenograften vor/nach Chemotherapie verwendet. Durch die Analyse zugeordneter regionaler Transkriptome soll die molekulare Basis von Änderungen der iB (∆iB) erklärt werden. Die Erkenntnisse aus diesem Projekt sollen langfristig zur Etablierung von prädiktiven Bildgebungsbiomarkern beitragen.
PD. Dr. med. Dr. Bo Kong
The role of integrin-mediated tumor-stroma interfacial signaling in tumor microenvironment of pancreatic ductal adenocarcinoma
Das duktale Adenokarzinom der Bauchspeicheldrüse (PDAC) ist auf der Transkriptionsebene sehr heterogen und hängt von den Gegebenheiten der standortspezifischen Tumormikroumgebung (TME) ab. Anhand von Mausmodellen des PDAC mit ausgeprägtem Immunexlusion haben wir eine molekulare Signatur einer extrazellulären Matrix (ECM)-Rezeptoren identifiziert, die mit Subtypen der Integrin-Unterfamilie angereichert sind. Die räumliche Identitätszuordnung zeigt, dass Krebszellen, Lrrc15-positive Myofibroblasten (myCAFs) und Makrophagen an der Schnittstelle zwischen Tumor und Stroma zu dieser Integrinsignatur beitragen. Bemerkenswert ist, dass die ECM-Rezeptor-Signatur mit dem Immunausschluss und dem basalen Subtyp in menschlichen PDACs in Verbindung gebracht wird. Daher stellen wir die Hypothese auf, dass die Integrin-vermittelte Signalübertragung an der Tumor-Stroma-Grenzfläche entscheidend für die Bildung einer immun-exklusiven SubTME ist, die für basal-ähnliche PDAC-Zellen, LRRC15-positive myCAFs und Makrophagen nutzbar ist. In dieser Studie wollen wir die klinische Relevanz von immunexklusiven SubTMEs an der Tumor-Stroma-Grenzfläche mit Hilfe der neuesten Technologie der räumlichen Transkriptomanalyse (ST) erforschen und die SubTME mit patientenangepassten Biomaterialien in vitro modellieren.
Prof. Dr. rer. nat. Véronique Orian-Rousseau
Die Auswirkung der CD44v6-Inhibierung in Kombination mit Chemo-Radiotherapie in der lokoregionalen und systemischen Kontrolle in lokal fortgeschrittenem Pankreaskrebs.
Das Pankreaskarzinom (PDAC) gehört zu den tödlichsten Krebsarten mit einer fünf-Jahres Überlebensrate von weniger als 8%. Strahlentherapie (EBRT) ist Teil der Behandlung von Borderline- und lokal fortgeschrittenen PDAC-Patienten (LAPC). Derzeit wird der Nutzen der neoadjuvanten Strahlentherapie untersucht, um die lokale Kontrolle in frühen Stadien zu verbessern. Die durch EBRT hervorgerufene Steigerung der Rezeptortyrosinkinasenaktivität (RTK) unterstützt die Radioresistenz von Tumoren (Abdollahi & Folkman 2010). Die beiden Bewerber demonstrierten bereits, dass die Inhibierung der CD44-Isoform CD44v6, ein Co-Rezeptor für RTKs, welcher speziell in pathologischen Konditionen exprimiert wird, einen großen Einfluss in verschiedenen PDAC Modellen zeigt. Die CD44v6 Blockierung verhinderte die Neuformierung von Metastasen und führte sogar zur Regression von bereits etablierten Metastasen (Matzke-Ogi Gastroenterology 2016). Unsere Hypothese ist, dass die konkomitante Zugabe von CD44v6-Inhibitoren die therapeutische Wirksamkeit von Chemotherapie und EBRT bei der Downstaging- und lokoregionalen Langzeitkontrolle am primären Tumor sowie bei systemischen Erkrankungen erhöht.
PD Dr. rer. biol. hum. Ivonne Regel
Deciphering the role of Irf3/Irf7 signaling in pancreatitis-mediated epigenetic priming of acinar cells in pancreatic carcinogenesis.
Pankreaskrebs wird oft erst sehr spät diagnostiziert. Es werden dringend Biomarker benötigt um Risikopersonen zu erkennen. Obwohl Pankreatitis ein bekannter Krebsrisikofaktor ist, sind die Effekte, die über die Entzündungsreaktion hinausgehen, nicht geklärt. Pankreatitis löst über eine azinäre-duktale Metaplasie (ADM) die Regeneration von Azinuszellen aus und erhöht damit die Anfälligkeit für KRAS-vermittelte Tumorentstehung wahrscheinlich über epigenetische Mechanismen. Ob die epigenetischen Änderungen aus der Entzündung resultieren und ob sie nach der Regeneration bestehen bleiben und das Krebsrisiko erhöhen, ist nicht bekannt. Studien an Mäusen zeigten, dass Pankreatitis dauerhafte Chromatinveränderungen an Interferon-relevanten Gene auslöst. Unsere Arbeit brachte diese Gene mit Karzinogenese in Verbindung. Hier stellen wir die Hypothese auf, dass Pankreatitis über extrinsische Interferon-Signale von Immunzellen oder durch intrinsische Aktivierung des Irf3/Irf7-Signalwegs dauerhafte epigenetische Veränderungen hervorruft. Mit Mausmodellen und epigenetischen Analysen werden wir für die Risikobewertung von Pankreaskrebs epigenetische Modifikationen in Betracht ziehen.
Dr. med. Christian Teske
Spektroskopische Subtypisierung und Therapieresponse-Evaluation von humanen PDAC Primärtumoren und deren korrespondierenden Organoiden (SPECTOR 2.0)
Das duktale Pankreasadenokarzinom stellt die vierthäufigste zum Tode führende Krebserkrankung der westlichen Welt mit steigender Inzidenz dar, u.a aufgrund der hohen Resistenz gegenüber Chemotherapeutika. In der ersten Förderperiode konnte bereits basierend auf spektroskopischen Methoden eine molekularbasierte Differenzierung anhand spektraler Signaturen von Pankreasgewebe erzielt werden. Zudem wurde die spektrale Analyse von 3D-Organoidkulturen aus humanem Primärgewebe methodisch etabliert. Im aktuellen Folgeprojekt sollen diese Organoide anhand ihrer spektralen Signaturen subtypisiert, sowie zur Chemosensitivität korreliert werden. Darüber hinaus sollen mithilfe künstlicher Intelligenz-Modellen auf der Grundlage der spektralen Informationen des Pankreasgewebes das Outcome und die Morbidität der Patienten prädiktiert werden. Die Molekülspektroskopie konnte in einer Pilotstudie im laufenden Projekt bereits intraoperativ angewendet und mit der histologischen Schnellschnittdiagnostik verglichen werden. Nun soll diese Anwendung in einer prospektiven Studie weiterführend analysiert und somit die Ergebnisse der Grundlagenforschung translational in die Klinik überführt werden.
Prof. Sonia Tugues Solsona
Identifikation von Immunzellsignaturen bei kolorektalen Lebermetastasen mit prognostischem und therapeutischem Wert
Die Leber ist der Hauptmetastasenherd bei Patienten mit kolorektalem Karzinom (KRK), die zweittödlichste Krebsform weltweit darstellt. Etwa 50% der Patienten mit KRK entwickeln Lebermetastasen, von denen jedoch viele nicht von den derzeitigen Immuntherapieansätzen profitieren. Die Kombination einer neoadjuvanten Chemotherapie mit einer Leberresektion bringt einigen Patienten Überlebensvorteile, jedoch sind die Gründe für die unterschiedlichen Behandlungsergebnisse nicht bekannt. Das Verständnis der Immunmechanismen, die das Ansprechen auf eine neoadjuvante Behandlung bei Lebermetastasen steuern, wird daher eine frühzeitige Stratifizierung der Patienten für eine optimale klinische Behandlung ermöglichen. In Zusammenarbeit mit der Universität Spital Zürich haben wir eine Biobank mit Leberresektionen von Patienten mit KRK aufgebaut. Hier werden wir diese Patientenproben verwenden, um das komplexe Immunprofil von KRK-Lebermetastasen durch die Integration «Omics»-Technologien zu erfassen. Die anschliessende Korrelation von Immunmerkmalen in Bezug auf klinischen Daten wird zur Identifizierung neuer prognostischer Biomarker und therapeutischer Angriffsziele für Lebermetastasen führen.
Prof. Dr. med. Sebastian Zeißig
Die Rolle von Calcineurin und NFAT im hepatozellulären Karzinom
Das hepatozelluläre Karzinom (HCC) gehört zu den häufigsten Krebstodesursachen in Deutschland. Der nicht-alkoholischen Fettlebererkrankung (NAFLD) kommt aufgrund seiner steigenden Inzidenz dabei eine zunehmende Bedeutung als Risikofaktor für die HCC-Entwicklung zu. Die Mechanismen der NAFLD-assoziierten hepatozellulären Karzinogenese sind jedoch nur unzureichend verstanden. Wir konnten in der ersten Förderperiode des vorliegenden Antrages zeigen, dass mikrobielle Signale in NAFLD-HCC-Mausmodellen in MyD88-abhängiger Weise zu einer Aktivierung von Calcineurin und Transkriptionsfaktoren der nuclear factor of activated T cells (NFAT)-Familie in Lebertumorzellen führen und über eine gesteigerte Proliferation von Lebertumorzellen das Tumorwachstum fördern. Im hier beantragten Fortsetzungsantrag sollen nun die molekularen Mediatoren von Calcineurin und NFAT im Leberkrebs untersucht werden und präventive sowie therapeutische Effekte einer Antibiotika-vermittelten Blockade dieses Signalweges untersucht werden. Auf diese Weise sollen Zielstrukturen und Behandlungskonzepte für präventive und therapeutische Eingriffe in präklinischen NAFLD-HCC-Tiermodellen etabliert werden.
Lunge + Atemwege
Dr. rer. nat. Dr. med. Kim Melanie Kraus
Mikrostrahltherapie für Lungentumoren
Der Behandlungserfolg des Bronchialkarzinoms ist limitiert. Eine innovative Möglichkeit zur Optimierung des Verhältnisses zwischen Wirkung und Nebenwirkung in der lokoregionalen Behandlung ist die Mikrostrahltherapie (MRT). Die besondere räumlich fraktionierte Strahlgeometrie führte in präklinischen Studien zur besseren Schonung des Normalgewebes ohne Verlust an Effektivität. Bislang ist unklar, ob die MRT auch zeitlich fraktioniert appliziert zu einer besseren Gewebeschonung führt. In einem Mausmodell wollen wir die Toxizität jeweils nach zeitlich fraktionierter und nicht fraktionierter konventioneller thorakaler Strahlentherapie (RT) mit MRT vergleichen. Für die Translation von MRT in die klinische Anwendung ist eine Abschätzung der zu erwartenden Toxizität essentiell. Wir werden die Ergebnisse der in vivo Studie nutzen und in einer modellbasierten Risikoanalyse die Toxizität der pulmonalen MRT berechnen. Um diese Toxizitätsdaten zur Identifikation erster geeigneter klinischer Anwendungsszenarien für MRT nutzen zu können, werden wir einen Dosisberechnungsalgorithmus, der die Mikrostruktur der Lunge berücksichtigt, entwickeln und in einer Bestrahlungsplanungsstudie anwenden.
Prof. Dr. Maximilian Laffert, von
Identifikation prognostischer und prädiktiver morpho-molekularer Biomarker im Stadium I des nicht-kleinzelligen Lungenkarzinoms (NSCLC)
Lungenkrebs ist die häufigste zum Tode führende Krebserkrankung, das nicht-kleinzellige Lungenkarzinom der häufigste Vertreter. Im Stadium I-IIIA erfolgt in einem kurativen Ansatz die Operation. Ab Stadium IIA folgt eine adjuvante Systemtherapie. Im Stadium IA/B erfolgte bisher die reguläre Nachsorge, keine weitere Therapie (neuerdings ab IB: Chemotherapie, EGFR-Inhibition möglich). Eine Analyse eigener 5-Jahresüberlebensdaten von 363 operierten Patienten in den Stadien IA-IIB (primärer Endpunkt: tumorassoziiertes Versterben) zeigte Untergruppen von Kurz- und Langüberlebern: 33% (118/363) der Patienten verstarben innerhalb des ersten Jahres, 60% (217/363) innerhalb der ersten 2.5 Jahre. 55% der Patienten (199/363) waren im Stadium IA/B. Wir planen diese Kohorte vergleichend zu untersuchen. Die Analyse umfasst die Erhebung und Auswertung umfänglicher klinischer, histomorphologischer und molekularer Daten. Ziel ist es einen klinisch basierten morpho-molekularen Score zu etablieren, der künftig Patienten im Stadium I detektiert, die ein gewisses Risikoprofil aufweisen und von einer intensivierten Follow-up Strategie, ggf. mit zusätzlicher Therapie, profitieren könnten.
Prof. Dr. rer. nat. Alexander Schramm
Analyse von Resistenz und klonaler Evolution in ALK-positiven nicht-kleinzelligen Lungentumoren
Rearrangements des ALK-Protoonkogens (ALKpositiv), kommen in ca. 3 % aller nicht-kleinzelligen Lungentumore vor. ALKpositive Tumore sprechen auf Erstlinien-Therapie mit dem ALK-Inhibitor Crizotinib und den Tyrosin-Kinase Inhibitoren der nächsten Generationen, Alectinib, Brigatinib und Lorlatinib sehr gut an. Jedoch sind Mutationen in der Kinase-Domäne von ALK und die Aktivierung weiterer Onkogene ursächlich für Resistenzentwicklung in fast allen Patienten. Diese kann derzeit nur am Endpunkt beschrieben werden, so dass ihre Dynamik und Evolution weitgehend unerforscht sind. Wir haben aus ALKpositiven Tumoren Modelle etabliert (sog. „Patient-derived Xenografts“, PDX), die in vivo als Avatare für die Antwort auf gerichtete Therapien eingesetzt werden. In PDX-Kohorten simulieren wir Therapiestudien, um Resistenzmechanismen zu beleuchten und alternative Therapieformen vorzuschlagen. Mit Einzelzell- und Barcoding-Technologien adressieren wir inter- und intratumorale Heterogenität sowie Klonalität der Resistenzentwicklung, um neue rationale Strategien für therapeutische Kontrolle über ALKpositive Lungentumore vorzuschlagen.
Prof. Dr. med. Thorsten Stiewe
DREAM: ein Tumorsuppressor in kleinzelligen Bronchialkarzinomen?
Das kleinzellige Lungenkarzinom (SCLC) ist ein hochaggressiver neuroendokriner Tumor mit einer verheerend schlechten medianen Überlebenszeit von weniger als einem Jahr. Genetisch weisen mehr als 90% aller SCLCs kombinierte Mutationen in den Tumorsuppressorgenen TP53 und RB1 auf. Co-Mutationen in den RB1-Familienmitgliedern RBL1 und RBL2 fördern die SCLC-Entwicklung. RBL1/RBL2 fungieren im DREAM-Komplex als RB1-unabhängige transkriptionelle Repressoren für Zellzyklusgene. Unklar ist, ob DREAM für die Tumorsuppressorfunktion von RBL1/RBL2 im SCLC verantwortlich ist und wie der DREAM-Komplex das therapeutische Ansprechen von SCLC-Tumoren beeinflusst. Diese Fragen sollen in vivo durch systematische CRISPR-Mutagenese im SCLC-Mausmodell untersucht werden. Durch Einzelzell-Transkriptomanalysen von SCLC-Frühstadien soll die Rolle von DREAM bei der Zellzyklusregulation während der malignen Transformation mechanistisch aufgeklärt werden. Zusammen soll das Projekt zeigen, inwiefern DREAM als Tumorsuppressor fungiert und das therapeutische Ansprechen von SCLC-Tumoren beeinflusst.
Nervensystem + Sinnesorgane
Prof. Dr. med. habil. Nils Cordes
Pharmakologische α2 Integrin Hemmung im Glioblastom: Evaluation des radiochemosensibilisierenden Potenzials und zugrundeliegende Mechanismen in humanen primären Glioblastom-Zellmodellen in vitro und in vivo
Das Glioblastom kennzeichnet sich durch Radiochemoresistenz, welche u.a. durch Wechselwirkungen von GBM-Zellen mit der extrazellulären Matrix hervorgerufen wird. In Voruntersuchungen identifizierten wir das Zelladhäsionsmolekül α2 Integrin als potentes neues Target, dessen Hemmung in einer kleinen Gruppe an GBM-Zellmodellen Radiochemosensibilisierung vermittelte. Hierauf aufbauend sollen in diesem Projekt (i) die Effektivität eines oral verfügbaren α2 Integrin-Inhibitors (E7820) in ca. 20 primären GBM-Zellmodellen in Kombination mit Radiochemotherapie in vitro evaluiert, (ii) die zugrundliegenden Mechanismen dieser Radiochemosensibilisierung identifiziert und (iii) die Wirksamkeit von E7820 simultan zur Radiochemotherapie verabreicht im orthotopen GBM-Tumorxenograft bestimmt werden. Methodisch werden Zellviabilitäts- und sphere-Assays sowie RNA-Sequenzierung als auch weitere molekularbiologische Techniken verwendet. Die erwarteten Ergebnisse könnten wesentlich zu einem tieferen Verständnis des Ansprechverhaltens von Glioblastomzellen auf die Radiochemotherapie sowie zur Therapieoptimierung für multimodale Behandlungsstrategien beitragen.
Dr. med. Kornelius Kerl
Identifizierung von Mechanismen der zellulären Interaktion von Perizyten und ETMR Tumorzellen
Embryonale Tumoren mit Mehrreihigen Rosetten (ETMR) sind maligne Hirntumoren des frühen Kindesalters, die mit einer schlechten Prognose assoziiert sind. In Vorarbeiten konnten wir zeigen, dass ETMR-Tumorzellen heterogen sind und einer neuronalen Differenzierung folgen. In ETMR finden sich allerdings wesentlich mehr undifferenzierte Tumorzellen, als in gesunden Kontrollgehirnen. Wir konnten zeigen, dass diese undifferenzierten Tumorzellen eng mit Perizyten (Gefäßzellen) kommunizieren. In diesem Projekt wird die Hypothese verfolgt, dass Stammzelleigenschaften der Tumorzellen, welche durch Interaktion mit Perizyten vermittelt werden, in Therapieresistenzmechanismen involviert sind. Um diese Hypothese zu überprüfen, werden in diesem Projekt i.) Färbungen von Perizyten, undifferenzierten und differenzierten Tumorzellen durchgeführt und zur Prognose der Patient:innen korreliert; ii.) Kokulturen von Perizyten und ETMR-Tumorzellen durchgeführt und Schlüsselmoleküle dieser Kommunikation identifiziert; Iii.) Kommunikationswege zwischen Perizyten und ETMR-Tumorzellen in vitro und in vivo gehemmt, um Chemotherapieresistenzen entgegenzuwirken.
Niere + Harnwege
PD Dr. med. Keno Bressem
Über die Radiologie hinaus: Erstellung multimodaler Deep-Learning-Modelle
Anhand der aktuellen medizinischen Bildgebung kann weder zwischen gut- und bösartigen noch zwischen niedrig- und hochdifferenzierten Nierentumoren (NT) unterschieden werden. Etwa 15% der Nierentumorresektate erweisen sich in der Pathologie als gutartig. Methoden der Künstlichen Intelligenz (KI) bieten die Chance, mit Hilfe einer individuellen Patientenstratifikation Diagnostik, Prognose und Therapie zu verbessern. Erwartetes Ergebnis des vorgestellten Projekts, das sich auf eine große Datenbank annotierter CT- und MRT-Datensätze stützt, ist die Entwicklung eines vollautomatisierten multimodalen Decision Support-Systems. Dazu wird ein neuronales Netzwerk trainiert, das komplexe Gesundheitsdaten aus verschiedenen Quellen nutzt, wie radiologische Bilddaten, Textdaten aus elektronischen Krankenakten und Laboruntersuchungen. Die Grundhypothesen sind: (1) KI-Modelle ermöglichen eine nichtinvasive Charakterisierung von NT, (2) Sie können so programmiert werden, dass sie den multimodalen menschlichen Entscheidungsfindungsprozess modellieren, (3) durch die Integration von KI-Modellen in klinische Software wird die Grundlage für prospektive Validierungsstudien geschaffen.
Prof. Marianna Kruithof-de Julio
Identifizierung eines räumlichen Einzelzell-Proteom-Atlas des Blasenkrebs zur Charakterisierung der Krankheitsheterogenität durch bildgebende Massenzytometrie
We HYPOTHESIZE that understanding of the bladder cancer (BLCa) ecosystem, aka the tumor and its microenvironment, through combination of genomic, proteomic and functional response to therapy analyses is key to generating a more precise view of the disease, which will result in improved ability to diagnose, monitor and treat BLCa. We PREDICT that the improved understanding of patient-specific BLCa ecosystem might offer clinically actionable predictions and ultimately result in an AI- and data-driven personalized therapy selection process with improved patient outcomes.
PD Dr. med. Dr. rer. nat. Christoph Schell
Molekulare Definition und funktionelle Analyse des tumorassoziierten Matrisomes in muskelinvasiven Harnblasenkarzinomen („UR-Matricode“)
Muskelinvasive Harnblasenkarzinome sind trotz signifikanter Verbesserungen in der Behandlung weiterhin mit erheblicher Morbidität und Mortalität assoziiert. Durch den Einsatz von Immuncheckpoint-Inhibitoren nimmt das Tumormikromilieu (TME) eine immer wichtigere Rolle ein. Neben den rein zellulären Bestandteilen setzt sich dieses auch aus dem Matrisome zusammen (Gesamtheit aller löslichen und nicht-löslichen Bestandteile der extrazellulären Matrix). Bislang ist jedoch nur unzureichend verstanden, welchen Beitrag das Matrisome im Kontext von Harnblasenkarzinomen auf die Tumorbiologie und Zusammensetzung des TME hat. Wir streben eine umfassende räumliche und funktionelle Charakterisierung des Blasenkarzinom-assoziierten Matrisomes an. Hierzu werden wir proteomische Analysen einer annotierten Patientenkohorte nutzen und mittels Multiplex-Imaging räumliche Signaturen visualisieren. Diese Ansätze werden um funktionelle in vitro Untersuchungen an Zelllinien, Organoiden wie auch akuten Schnittkulturen ergänzt.
2022
Brustdrüse
Dr. Marc Zapatka
Identifikation von tumorrelevanten Mikrobiomkomponenten aus Gesamtgenom- und Transkriptomsequenzierung zur Vorhersage des Ansprechens auf Chemo- und Immuntherapie
Das humane Mikrobiom setzt sich aus Viren, Bakterien und eukaryotischen Spezies zusammen. Im Zusammenhang mit Tumorerkrankungen wurden einige Viren und Bakterien beschrieben, die ursächlich mit der Krebsentwicklung zusammenhängen aber auch das Ansprechen auf eine Krebstherapie beeinflussen. Durch Daten aus der Gesamtgenom- und Transkriptomsequenzierung bietet sich die Möglichkeit, das Mikrobiom im Gewebe jenseits von der gezielten Analyse von bakteriellen 16S rRNA Signaturen im Detail zu charakterisieren. Im CanBiom Projekt werden wir die Zusammenhänge zwischen dem Mikrobiom und der Entstehung und dem Therapieansprechen bei Tumorerkrankungen in zwei Richtungen genauer analysieren. Einerseits werden wir auf Grundlage von neuen großen Kohorten von Gesamtgenom- und Transkriptomsequenzierung das tumorspezifische Mikrobiom im Detail analysieren und Assoziationen mit den genomischen Veränderungen in den Tumoren untersuchen, um Mikrobiom-basierte Biomarker zu identifizieren. Zweitens werden wir in einer großen Brustkrebskohorte die Assoziation zwischen Chemo- und Immuntherapie und der Mikrobiomkomposition im Brustgewebe analysieren, um therapierelevante Biomarker zu identifizieren.
Endokrines System
Dr. rer. nat. Nils Hartmann
Die Rolle von mitochondrialen DNA-Veränderungen und des mTOR-Signalweges in neuroendokrinen Tumoren des Pankreas
Neuroendokrine Tumoren sind seltene Krebserkrankungen, die schwer zu behandeln sind. Wir haben in der ersten Phase dieses Forschungsprojekts eine außergewöhnlich große Kohorte von neuroendokrinen Tumoren des Pankreas (pNETs) etabliert und charakterisiert. Unter anderem haben wir herausgefunden, dass in 34 der 157 pNETs (22 %) der mTOR-Singalweg aktiviert ist und dass überraschenderweise die Menge an mitochondrialer DNA in den mTOR-aktivierten pNETs reduziert ist. Mittels RNA-Sequenzierung konnten wir in neuroendokrinen Zellen Gene identifizieren, die je nach Aktivierung des mTOR-Signalweges unterschiedlich exprimiert werden. Nachdem wir nahezu alle Ziele der ersten Förderperiode erreicht haben, möchten wir in der zweiten Phase die Genexpression aller pNETs dieser Kohorte mittels RNA-Sequenzierung analysieren, um u. a. die Auswirkungen der mTOR-Aktivierung auf die Mitochondrien im Tumorgewebe zu bestimmen. Außerdem wollen wir die Funktion der neu entdeckten mTOR-Zielgene in pNET-Zellen durch Manipulation der Expression untersuchen. In Zukunft könnte die Kombination von mTOR- und Mitochondrien-Inhibitoren eine neue und vielversprechende Strategie zur Behandlung von pNETs darstellen.
Gastrointestinaltrakt, Mundhöhle + Speicheldrüsen
PD Dr. med. Florian Bömmel, von
Investigation of circulating markers of intermediate/advanced hepatocellular carcinoma for predicting the response to trans-arterial or systemic therapies
Das hepatozelluläre Karzinom (HCC) ist weltweit die dritthäufigste krebsbedingte Todesursache mit steigender Inzidenz. HCCs im intermediären Stadium werden vorzugsweise mittels transarteriellen Verfahren und im fortgeschrittenen Stadium mittels systemischer Therapien behandelt. Das Ansprechen auf diese Therapien ist jedoch sehr variabel und schwer vorhersagbar. Ein frühzeitiges Erkennen des Nichtansprechens mit der Möglichkeit der raschen Therapieumstellung stellt somit einen hohen medizinischen Bedarf dar. Die Verfügbarkeit von zirkulierenden Biomarkern würde eine bedeutsame Verbesserung der aktuellen Behandlungssituation bedeuten. Im Blut zirkulierende Tumorbestandteile wie freie Tumor-DNA, zirkulierende Tumorzellen oder MikroRNAs sind leicht verfügbar und können Echtzeit-Informationen über die Tumorbiologie eines Patienten liefern. Wir wollen anhand von diesen Biomarkern vielversprechende Kandidaten zur Prognose und zum Monitoring des Therapie-Ansprechens identifizieren und hoch-sensitive Methoden für ihren Nachweis etablieren. Hierzu können wir auf Patientenmaterialien und -daten aus prospektiven Studien und auf gut etablierte molekulare Untersuchungsverfahren zurückgreifen.
Prof. Dr. med. Jochen Gaedcke
Definition von KRAS Allele spezifischen Therapien für das Rektumkarzinom
Die Therapie zwischen Colon und Rektumkarzinomen (RCA) unterscheiden sich wesentlich – ebenso die bekannten Stratifizierungsmodelle. Das KRAS Onkogen ist in ungefähr 40% der Patienten mit einem RCA mutiert und treten vor allem in den Codons 12 und 13 auf. Zuletzt konnten eindeutige Allele spezifische Funktionen definiert werden. Eigene Vorarbeiten zeigen, dass insbesondere die KRAS G12C und G12V mutierten RCAs einen schlechten klinischen Verlauf und ein geringeres Ansprechen auf die aktuelle Radiochemotherapie aufweisen. Dies impliziert den Bedarf spezifische Therapien in prä-klinischen Modellen zu entwickeln. Motiviert durch KRAS Inhibitoren in anderen Tumorentitäten, wollen wir pan-KRAS- oder KRAS G12C-Inhibitoren als Basis anwenden, um neue Therapieformen zu entwickeln. Hier soll über die Kombination von mechanistischen und unvoreingenommenen Screeninguntersuchungen, potentielle Kombinationstherapien gefunden, die Wirkweise verstanden und deren Relevanz, in für die Klinik prädiktiven Organoidmodellen validiert werden. Unsere Arbeiten sollen zur präzisen Anwendung von KRAS-spezifischen Inhibitoren beitragen und die Grundlage für spätere klinische Translation legen.
Dr. rer. nat. Rene-Filip Jackstadt
Funktionelle Charakterisierung von genetischen Alterationen in BRAF mutierten kolorektalen Karzinomen und deren Einfluss auf Tumorprogression und Therapieansprechen
Das mikrosatellitenstabile kolorektale Karzinom (KRK) mit Mutationen im BRAF Gen bleibt trotz verbessertem klinischem Management eine der aggressivsten Subtypen des KRKs. Unsere Vordaten zeigen eine beachtliche genetische Heterogenität in BRAF mutierten Tumoren. Dabei weisen unsere Arbeiten aus Mausmodellen und publizierte umfassende Analysen in Patientenmaterial darauf hin, dass aktivierende Alterationen im WNT Signalweg eine zentrale Rolle spielen. Trotz der offensichtlichen Rolle von WNT Signalwegmutationen in BRAF mutierten aggressiven Tumoren sind die funktionellen Konsequenzen dieser Alterationen nicht bekannt. Daher wollen wir in diesem Projekt die Hypothese adressieren, dass Alterationen im WNT Signalweg in BRAF mutierten KRK (häufigste Mutationen in APC, CTNNB1, RNF43 oder Fusionen von RSPO) jeweils distinkte Phänotypen zeigen. Dabei werden wir uns auf Veränderungen im Tumorimmunmikromilieu (TIME) konzentrieren, die vielversprechende therapeutische Ziele bergen. Dazu werden wir hochrelevante immunkompetente Tiermodelle, frisches Patientenmaterial und Tumor-Organoidkulturen nutzen, um diese mittels Einzelzellanalysen und funktionellen Assays zu charakterisieren.
Prof. Dr. rer. nat. Katja Kotsch
Funktionelle Bedeutung Mukosa-assoziierter invarianter T (MAIT) Zellen für das Magenkarzinom – Implikationen für Tumortherapie und Prognose
Das Magenkarzinom (MK) ist eines der häufigsten Tumorarten des Verdauungssystems. Eine Infektion mit H. pylori und eine daraus resultierende chronische Entzündung wird als Hauptrisikofaktor für die Entwicklung eines MK diskutiert. In der Magenschleimhaut existieren Mucosal-associated invariant T (MAIT) Zellen, welche das an inflammatorischen Prozessen beteiligte Zytokin IL-17A produzieren. Obwohl sie einen konservierten T Zellrezeptor für die Erkennung bakterieller Metabolite tragen, exprimieren sie Rezeptoren, welche für Natürliche Killerzellen (NK) charakteristisch sind, z.B. NKG2D. Dieser ist bereits für eine effiziente Tumorelimination umfangreich dokumentiert worden. Unsere Daten belegen die Herunterregulation von NKG2D und weiteren NK Zellrezeptoren auf Tumor-residenten MAIT Zellen; eine Beobachtung, die eine reduzierte anti-Tumorantwort durch MAIT Zellen implementiert. In dem vorliegenden Projekt soll daher erstmalig auf zellulärer und molekularer Ebene die Rolle von MAIT Zellen im MK untersucht, sowie potentielle Ansätze zur Re-Konditionierung von MAIT Zellen als auch ihr prädiktives Potential für Patienten unter Therapie überprüft werden.
PD Dr. rer. nat. Christopher Kurz
Patientenspezifische neuronale Netzwerke zur Autokonturierung und Dosisakkumulation in der abdominalen MRT-geführten Strahlentherapie
Die Magnetresonanztomografie (MRT)-geführte online adaptive Strahlentherapie ermöglicht die hochpräzisere Behandlung von Krebspatienten. Hierzu wird die zu applizierende Dosis bei jeder Behandlungsfraktion an die tagesaktuelle Patientenanatomie angepasst. Dies erhöht jedoch die Komplexität des klinischen Workflows sowie die Behandlungszeiten signifikant. Besonders kritische Punkte sind die langwierige tagesaktuelle Neukonturierung der Fraktionsbilder, sowie die genaue Nachverfolgung der im Laufe der adaptiven Therapie insgesamt applizierten Dosis. Während sich unser Erstantrag mit beiden Punkten initial im Kontext des Prostatakarzinoms auseinandersetzt, zielt dieser Folgeantrag darauf ab, die entwickelten Methoden auf abdominale Läsionen zu erweitern und durch neuartige Ansätze zu komplementieren. Zuerst sollen patientenspezifische neuronale Netzwerke unter Nutzung von Expertenkonturen aus der initialen Planungsphase zur Autosegmentierung von Ziel- und Risikostrukturen auf Fraktionsbildern implementiert werden. Mit deren Hilfe soll anschließend die tatsächlich applizierte Dosis unter Berücksichtigung intra- und interfraktioneller anatomischer Veränderungen rekonstruiert werden.
Prof. Dr. med. habil. Dr. rer. nat. Manfred Marschall
Die Relevanz der Interaktion von herpesviralen cyclinabhängigen Kinase-Orthologen (vCDKs) mit humanen Cyclinen für die virale Replikation und für aktuelle antivirale Strategien
Die Cytomegalovirus (HCMV)-Infektion stellt ein gravierendes, in der Onkologie sogar lebensbedrohliches Problem dar. Verwandte Herpesviren tragen über ihre Tumorassoziation (PTLD-Lymphome, Kaposi-Sarkom) oder über langanhaltende Rekurrenzen (Zoster) zu einer erheblichen Morbidität beim Menschen bei. Bisherige Therapieerfolge werden durch Verträglichkeits- und Resistenz-Probleme gemindert. Hier wird eine neue antivirale Targeting-Strategie verfolgt, die auf dem Befund beruht, dass die HCMV-Proteinkinase mit humanen Cyclinen interagiert und dass hierin ein effektiver Angriffspunkt für inhibitorische Wirkstoffe liegt. Drei Programmpunkte sollen das Konzept mittels proteinbiochemischer, bioinformatischer und virologischer Methoden bestätigen: (i) mechanistische Aufklärung der HCMV Kinase–Cyclin-Bindung; (ii) Charakterisierung von Virusmutanten mit Defekten in der Cyclin-Bindung; (iii) Untersuchung der Cyclin-Interaktion von homologen herpesviralen Proteinkinasen zur Evaluierung einer breiten antiviralen Strategie. Im Fall der Thesenbestätigung sollen die Ergebnisse mittelfristig in eine translational-pharmakologisch nutzbare Entwicklung überführt werden.
Dr. med. Bülent Polat
Intensivierung der Strahlentherapie durch Kombination mit HDM2 Inhibitoren und BH3 Mimetics bei p53 wildtyp kolorektalen Karzinomen
Kolorektale Karzinome (CRC) gehören in Deutschland zu den häufigsten Tumorerkrankungen. Patienten mit einem lokal fortgeschrittenen Rektumkarzinom werden aktuell mit einer neoadjuvanten Radio-Chemotherapie vorbehandelt. Wir wollen versuchen, die Effizienz der Strahlentherapie durch Kombination mit HDM2 Inhibitoren und BH3 Mimetics zu verbessern. Das Überleben der Tumorzellen unter Strahlentherapie hängt teils von der p53-vermittelten Reaktion auf DNA-Schäden ab, und HDM2 Inhibitoren bewirken in p53 wildtyp Zellen einen Anstieg des Spiegels von (aktiviertem) p53. Unsere Vorarbeiten zeigen, dass dieses Signal durch eine simultane Konditionierung mit BH3 Mimetics deutlich effizienter in eine pro-apoptotische anti-Tumorwirkung übersetzt werden kann. Wir wollen nun an verschiedenen CRC Zelllinienmodellen die Wirksamkeit kombinierter Radiatio + HDM2 Inhibitor + BH3 Mimetic-Therapieschemata testen. Die besten Kombinationen sollen zusätzlich im Kontext onkogener Aktivierung des Ras/MAPK-Signalwegs untersucht werden. Dies könnte prinzipiell eine wirkungsvolle neue Kombinationstherapie für eine substanzielle Subgruppe von CRC-Patienten darstellen.
Prof. Dr. Nikita Popov
Analyse der onkogenen Funktionen und des therapeutischen Potenzials der Ubiquitin-Ligase Huwe1
Onkogene Signalwege sind häufig mit einer Deregulierung der RNA-Polymerase II (RNAPII) verbunden, was zu DNA-Schäden und Replikationsstress führt. Die Ubiquitin-Ligase Huwe1 reguliert die RNAPII-Funktion und ist für die Proliferation von Tumorzellen erforderlich, wodurch sie ein vielversprechendes Ziel für die Krebstherapie darstellt. Das Verständnis der katalytischen und der strukturellen Funktionen von Huwe1 ist für eine therapeutische Nutzung von wesentlicher Bedeutung. Wir haben ein genetisches Modell entwickelt, um speziell die Rolle der katalytischen Aktivität von Huwe1 zu untersuchen. Die ATPase Wrnip1 haben wir als Substrat und Huwe1-Effektor identifiziert - Wrnip1 und Huwe1 regulieren überlappende Gengruppen und beide kontrollieren die DNA Synthese. Wir schlagen vor, dass Huwe1 und Wrnip1 die genomische Stabilität durch eine integrierte Kontrolle der Transkriptions- und DNA-Replikationsmaschinerie aufrechterhalten. Wir werden die Mechanismen untersuchen, die den Funktionen von Huwe1 und Wrnip1 bei der Erhaltung des Genoms zugrunde liegen, und das therapeutische Potenzial dieses Weges erforschen.
PD Dr. rer. nat. Kathrin Renner-Sattler
Metabolische Reprogrammierung in Kopf-Hals-Tumoren zur Steigerung der Effektivität der Checkpoint-Inhibition
Kopf-Hals-Plattenepithelkarzinome (Head and Neck Squamous Cell Carcinoma, HNSCC) haben eine schlechte Prognose und Checkpoint-Inhibitoren zeigen eine eingeschränkte Wirksamkeit. Das Ansprechen auf Immuntherapie hängt insbesondere von der Funktion intra-tumoraler T-Zellen ab, deren Aktivität durch das Stoffwechselmilieu im Tumor beeinträchtigt wird. Wir stellen die Hypothese auf, dass Lokalisation und Tumorgröße den Metabolismus und damit Immuninfiltration und Funktion im HNSCC, folglich das Ansprechen auf Checkpoint-Blockade beeinflussen. Durch die Analyse des metabolischen Profils von HNSCC unterschiedlicher Lokalisation und Größe sowie korrespondierender Mukosa werden differentiell exprimierte Metabolite und damit veränderte Stoffwechselwege identifiziert. Suppressive Effekte auf die T-Zellfunktion werden in vitro analysiert und Kombinationen aus anti-metabolischen Substanzen und Checkpoint-Inhibitoren in Ko-Kulturen von Tumorspheroiden und Immunzellen getestet. Abschließend wird ein in vivo Modell etabliert, das die metabolischen Gegebenheiten im humanen System möglichst reflektiert, um neue Kombinationstherapien für das HNSCC zu testen.
Prof. Dr. med. Armin Wiegering
Identifikation essenzieller Translationsfaktoren im Kolorektalen Karzinom
Nahezu alle kolorektalen Karzinome (CRC) weisen eine WNT-Signalweg-Aktivierung auf, was zur Überexpression des Onkogens MYC und unteranderem zur Steigerung der rRNA-Synthese durch die RNA-Polymerase 1 (RNAPOL1) führt. Eine elementare Aufgabe von MYC, speziell im hoch proliferativem Tumorgewebe, ist die Koordination von DNA-Transkription und DNA-Replikation zur Vermeidung von Konflikten beider Mechanismen. Unsere Vorarbeiten zeigen, dass eine RNAPOL1-Inhibition spezifisch in der ribosomalen DNA (rDNA) Transkriptions-Replikations-Konflikte (TRCs) auslöst und dass eine Störung der Reparatur dieser durch eine Inhibition des DNA Damage Respons (DDR) Apoptose induziert. In diesem Projekt wird im Sinne einer forward translation die Lücke zwischen experimenteller Forschung und klinischer Anwendung geschlossen. Ziel ist es, i) die Kombination einer RNAPOL1-Inhibition mit einer DDR-Inhibition in vitro zu optimieren, ii) in einem präklinischen Mausmodell für kolorektale Lebermetastasen (CRLM) die in vivo Anwendbarkeit zu überprüfen und iii) die Effektivität der Kombination an patient-derived organoids (PDOs) auf die Wirksamkeit im humanen Kontext zu validieren.
Genitaltrakt, männlich
Prof. Dr. sc. hum. Matthias Eder
Intratumorale Heterogenität des Prostatakarzinoms: Entwicklung neuer nuklearmedizinischer Behandlungskonzepte
Die Therapie des metastasierten Prostatakarzinoms stellt eine große klinische Herausforderung dar und Therapieoptionen sind für betroffene Patienten sehr limitiert. Durch die Entwicklung von radioaktiv markierten Inhibitoren des Prostataspezifischen Membranantigens (PSMA) konnte in den letzten Jahren eine vielversprechende neue Therapieform für das Prostatakarzinom klinisch erprobt und kürzlich auch durch die FDA zugelassen werden. Trotz überzeugender Behandlungserfolge schmälert jedoch die bekannte Heterogenität des Prostatakarzinoms den langfristigen nuklearmedizinischen Behandlungserfolg. PSMA ist zwar in ca. 90% aller Prostatakarzinome überexprimiert, allerdings wird häufig von einer intratumoralen Heterogenität und nach initial erfolgreicher Therapie auch von Rezidiven berichtet. Diese klinische Situation ist Ausgangspunkt des Projekts. Im Rahmen des Vorhabens wurden in einer ersten Projektphase Peptide identifiziert und sollen nun im Rahmen der Fortsetzung präklinisch erprobt werden. Über die beantragten Ansätze ergeben sich neue Diagnoseverfahren und potentiell neue Therapieoptionen im Rahmen eines theranostischen nuklearmedizinischen Konzeptes.
PD Dr. Iurii Tolkach
Objektivierung der Prostatakarzinompathologie durch Künstliche Intelligenz – basierte Analyse und Entwicklung von neuen prognostischen und prädiktiven Tools
Die Einführung der digitalen Pathologie bietet die Möglichkeit zur computergestützten Analyse histologischer Schnitte, inkl. künstlicher Intelligenz (KI). Die Bewertung der Aggressivität beim Prostatakarzinom (PCA) ist heutzutage ein subjektiver Prozess, jedoch von größter Bedeutung für die klinische Entscheidungsfindung. Viele weitere Merkmale sind auch in der Tumormorphologie verschlüsselt und stehen für die Analyse zur Verfügung – eine Aufgabe, die für KI- basierte Algorithmen realisierbar ist. In der vorherigen Arbeit wurde ein hochpräzises KI-basiertes Tool für die PCA-Erkennung und Aggressivitätsgraduierung entwickelt. Im Rahmen des Projekts wird digitalisiertes histologisches Material einer großen multi-institutionellen Kohorte von PCA-Patienten mit zugehörigen klinischen Daten analysiert, um die derzeitigen diagnostischen Prinzipien im Bereich des PCA (inkl. Aggressivitätsgrading, Tumorsubtypisierung) durch einen vollständig quantitativen, KI-basierten Ansatz zu objektivieren und zu verbessern. Die Entwicklung eines neuen Aggressivitätsgradierungssystems sowie die Korrelation zwischen Tumormorphologie und Molekulargenetik sind explorative Ziele des Projekts.
Genitaltrakt, weiblich
Dr. rer. nat. Thilo Dörk-Bousset
Identifizierung und Validierung genetischer Dispositionen für Endometriumkarzinom
In dem hier beantragten zweijährigen Projekt erforschen wir die molekularen Ursachen des Endometriumkarzinoms durch genomweite Analysen. Wir verwenden genomweite Assoziationsstudien (GWAS) zur Identifizierung häufiger niedrigpenetranter Risikofaktoren sowie Exomsequenzierungen (WES) zur Identifizierung seltener höherpenetranter Genvarianten. Unser Vorhaben umfasst eine eigene GWAS an bisher untypisierten deutschen Patientinnen und Kontrollen sowie deren kombinierte Analyse mit vorliegenden Datensätzen des Endometrial Cancer Association Consortiums und vier Biobanken. Diese Studie soll als weltweit größte genomische Studie für Endometrialkarzinom zu der Identifizierung neuer Dispositionsloci und zur Risikopräzisierung für bekannte Loci führen. Parallel dazu wollen wir mit WES neue Kandidatengene mit klinisch relevanten Mutationen höherer Penetranz identifizieren und in einem anschließenden targeted sequencing Projekt an jeweils 800 weiteren Fällen und Kontrollen validieren. Wir versprechen uns von diesem Ansatz große Fortschritte in der Klärung der vielfältigen genetischen Dispositionen für Endometriumkarzinom.
apl.-Prof. Dr. rer. nat. habil. Viktor Magdolen
KLK-vermittelte Genexpression von Keratin 7, Keratin 19 und Moesin als neuartiger Therapieresistenz-Mechanismus beim Ovarialkarzinom
Das Ovarialkarzinom (OC) wird meist spät diagnostiziert, die intraperitoneale Tumor-ausbreitung ist dann bereits erfolgt und die verfügbaren therapeutischen Interventionen wirken meist nur vorübergehend. Viele Proteasen, darunter KLK4, 5, 6 und 7, sind negative Prognosefaktoren beim OC, wobei die Überexpression der Peptidasen u.a. zu einer Hoch-regulation von Keratin 19 und Moesin und Herunterregulation von Keratin 7 in OC-Zellen führt. Diese Proteine sind mit Funktionen des Zytoskeletts assoziiert und bestimmen damit den Phänotyp der Tumorzellen. Ziel des Projekts ist die zellbiologische und tierexperimentelle Analyse der Effekte einer differentiellen Expression dieser Faktoren auf tumorbiologische Parameter wie Proliferation, Migration, Metastasierung und Chemotherapie-Resistenz. Zudem wird die klinische Relevanz der Expression dieser Faktoren hinsichtlich Prognose und Ansprechen auf Therapie in OC-Patientinnen-Kollektiven bestimmt. Perspektivisch könnte ein besseres Verständnis des Mechanismus der KLK-vermittelten Expression von Keratin 7, Keratin 19 und Moesin dazu beitragen neue Therapieoptionen des fortgeschrittenen OC zu entwickeln.
PD Dr. rer. nat. Barbara Walch-Rückheim
Charakterisierung des Therapie-induzierten Immunmilieus bei Zervixkarzinompatientinnen und sein Einfluss bei der Rezidivbildung
Die Therapie des Zervixkarzinoms beeinflusst neben Tumorzellen auch das Immunsystem der Patientinnen. Wir konnten erhöhte Frequenzen an Th17-Zellen im Blut von Patientinnen nach Radiochemotherapie nachweisen, die mit dem Auftreten von Rezidiven assoziiert waren. Das Therapie-induzierte, individuelle Immunmilieu scheint somit die Rezidivbildung zu beeinflussen. Dieses möchten wir auf Einzelzellebene mittels „single cell sequencing“ und Durchflusszytometrie charakterisieren und Änderungen in der Zusammensetzung, des Phänotyps oder der Funktionalität mit dem Krankheitsverlauf korrelieren. Zudem möchten wir untersuchen in wieweit Th17-Zellen die Invasivität von Krebszellen beeinflussen, welche durch Th17-induzierte zellulären Faktoren hierbei eine Rolle spielen und ob ein Zusammenhang zwischen im Blut vorhandenen Th17-Zellen und zirkulierenden Krebszellen besteht und Einfluss auf die Rezidivbildung nimmt. Durch das Projekt erwarten wir wesentliche Erkenntnisse zum Einfluss des individuellen, Therapie-induzierten Immunmilieus auf den Krankheitsverlauf als Angriffspunkte immuntherapeutischer Strategien, die helfen könnten therapeutische Ansätze individueller auf Patientinnen anzupassen.
Haut + malignes Melanom
Prof. Dr. rer. nat. Anja-Katrin Bosserhoff
Analyse von Melanom-relevanten microRNAs zum Verständnis von Differenzierung und Plastizität bei Melanomen
Molekulare Prozesse der Embryonalentwicklung werden in der Tumorentstehung oftmals reaktiviert. In diesem Projekt möchten wir, auf Basis eines in vitro Modells der De-Differenzierung von Melanozyten in Melanoblasten-ähnliche Zellen, miRNAs identifizieren, die die Entstehung und Progression des Melanoms fördern. Melanozyten entstammen der Neuralleiste und wandern als Melanoblasten in der Embryogenese große Strecken. Neben diesem migratorischen Potential verfügen die Zellen auch über die Fähigkeit der Invasion, wenn sie z.B. durch die Basalmembran in die Epidermis wandern. Wir haben die molekularen Unterschiede zwischen Melanoblasten/Melanozyten und Melanomzellen untersucht und konnten zeigen, dass miRNAs bei Differenzierungsprozessen eine wichtige Rolle spielen. Über die Hypothese, dass der molekulare Vergleich mit Differenzierung relevante Veränderungen der Tumorprogression aufzeigen kann, haben wir für das Melanom aus der Fülle an fehlregulierten miRNAs in der ersten Förderphase miR101 als wesentlichen Treiber der Tumorprogression definiert. In der zweiten Förderphase sollen die Bedeutung und mögliche therapeutische Optionen der miR bzw. relevanter Zielgene charakterisiert werden.
PD Dr. rer. nat. Karsten Gülow
Genomweite CRISPR/Cas9 Knock-out Studie zur Identifizierung Gen-abhängiger Resistenzen bei der Behandlung des kutanen T-Zelllymphoms (CTCL) mit Dimethylfumarat (DMF)
Das Sézary Syndrom gilt als die aggressivste Form des kutanen T-Zell Lymphoms und ist unheilbar. Mit Hilfe der großzügigen Unterstützung der Wilhelm-Sander-Stiftung konnten wir bereits zeigen, dass der Fumarsäureester Dimethylfumarat (DMF) eine hoch wirksame Therapieoption für T Zell Lymphome, die eine konstitutive NF-kappaB-Aktivierung aufweisen, darstellt. Die Ergebnisse sind so vielversprechend, dass wir eine Klinische Studie der Phase II A initiiert haben. Diese Studie wird zurzeit ausgewertet. Allerdings können wir nicht ausschließen, dass die Patienten besonders in Langzeit-Therapien Resistenzen entwickeln können. Um diesen Effekt entgegenzuwirken, untersuchen wir die Gen-abhängige Resistenzentwicklung bei DMF-Behandlungen. Dazu benutzen wir Modell Zelllinien des kutanen T-Zell Lymphoms (HH-Zellen) sowie Modell-Zelllinien der akuten lymphatischen Leukämie (CEM-Zellen) und erstellen eine Genom-weite CRISPR/Cas9 Knock-out Studie. Die Arbeiten klären auf, welche genetisch-mutierten Faktoren bei der Resistenzbildung gegenüber DMF eine Schlüsselrolle spielen. Eine Identifikation dieser Resistenzfaktoren ermöglicht dann, die Therapie patientenindividuell anzupassen.
Dr. rer. nat. Samuel Peña-Llopis
Zielgerichtete Histon-Deacetylierung bei BAP1-mutierten Krebsarten
Das Aderhautmelanom ist das häufigste primäre intraokulare Malignom bei Erwachsenen und zeichnet sich durch eine hohe Inzidenz von Metastasen aufgrund von Mutationen im epigenetischen Modifikator BAP1 aus. Wir haben das Nierenzellkarzinom zuvor anhand von inaktivierenden Mutationen in BAP1 und einem weiteren epigenetischen Modifikator, PBRM1, klassifiziert. Während die BAP1-Inaktivierung mit aggressiven Tumoren, Metastasierung und schlechtem Patientenüberleben assoziiert ist, ist der PBRM1-Verlust mit einer guten Prognose und einem positiven Ansprechen auf Immun-Checkpoint-Inhibitoren verbunden. Es gibt jedoch keine spezifische Behandlung für Tumoren mit Mutationen in BAP1. Wir analysierten die genetischen Schwachstellen von BAP1-mutierten Krebsarten mit Hilfe eines groß angelegten RNA-Interferenz-Screens und fanden heraus, dass eine Histon-Deacetylase mit BAP1-Verlust synthetisch letal ist. Daher wollen wir den Mechanismus weiter verstehen und ihn in vitro, in vivo in Mäusen und ex vivo in von Patienten stammenden Organoiden als präklinische Modelle validieren. Diese Studie könnte zu neuen Therapien für die Behandlung von Patienten mit tödlichen Tumoren mit BAP1-Mutationen führen.
Immunsystem + Hämatopoese
PD Dr. med. Dr. rer. nat. Maya Caroline Andre
Untersuchungen zur Elimination B7-H6 exprimierender AMLs mittels NKp30/CD28-CAR T/NK Zellen
Rückfälle nach Transplantation sind meist letal. Im Bereich der adoptiven Zelltherapie konnten CAR-T Zellen bemerkenswerte Erfolge bei der B-ALL, nicht aber der AML erzielen, da hier die Zielantigene auch auf gesunden Stammzellen exprimiert werden. Wir haben daher NKp30-CAR-T Zellen generiert, welche B7-H6 auf AML binden. Unsere Vorarbeiten zeigen, dass unsere NKp30/CD28-CAR-T Zellen hocheffektiv sind; allerdings ist die patientenindividuellen Herstellung aufwändig und das potentielle Nebenwirkungsprofil nicht risikolos. Wir stellen daher die Hypothese auf, dass das Einbringen unseres NKp30/CD28 Konstruktes in natürliche Killer (NK) Zell-Präparationen zu einer vereinfachten Logistik und einer höheren Sicherheit führt. Wir möchten daher die Affinität unseres NKp30/CD28-CAR Konstruktes weiter optimieren, diesen dann in die NK.92 Zelllinie, aber auch in iPS-NK Zellen bringen, und funktionellen Konsequenzen eines solchen Transfers in einem hochmodernen Mausmodell näher zu untersuchen. Die hier dargestellte Kollaboration zwischen Tübingen und Mainz hat das Ziel, ein «off-the-shelf» CAR-NK Zell Produkt herzustellen, welches hochaffin ist und ein optimiertes Nebenwirkungsprofil hat.
Prof. Dr. rer. nat. Thomas Blankenstein
Einfluss der Bindung von Interferon-γ an die extrazelluläre Matrix in Abhängigkeit von Alter und Geschlecht
Interferon- (IFN) ist essenziell bei der Bekämpfung von Tumoren und intrazellulären Krankheitserregern. Wir haben gezeigt, dass IFN durch Bindung an Heparansulfat (HS) im Bindegewebe (extrazelluläre Matrix, ECM) solider Tumoren zurückgehalten wird. Ein Motiv von vier positiv geladenen Aminosäuren (KRKR) im IFN bindet negativ geladenes HS im Bindegewebe. Durch die CRISPR/Cas9 Technologie haben wir Mäuse hergestellt, in denen das KRKR Motiv im endogenen IFNγ-Genlokus deletiert ist. Unsere Experimente in IFNKRKR transgenen Mäusen zeigten, dass die akute T-Zell-vermittelte Tumorabstoßung nicht durch die Bindung des IFN an HS beeinflusst wird, dass die ECM Bindung allerdings bei chronischen Immunantworten überlebenswichtig ist. Dabei wird systemische Toxizität verhindert, indem das Zytokin durch die ECM Bindung im Gewebe zurückgehalten wird. Es ist bekannt, dass sich die Zusammensetzung der ECM im Laufe des Lebens verändert und zwischen den Geschlechtern unterscheidet, daher wollen wir nun in einer Folgeuntersuchung die Auswirkung von Alter und Geschlecht auf die Interaktion zwischen HS und IFN bei Immunantworten, die sich gegen Tumoren oder gegen Viren richten, untersuchen.
Dr. rer. nat. Heiko Bruns
Funktion und Bedeutung der Tumor-assoziierten Makrophagen beim Multiplen Myelom
Das Multiple Myelom (MM) ist eine der häufigsten hämatologischen Neoplasien und kann trotz der Entwicklung neuer Therapiemodalitäten bisher bei der Mehrheit der Patienten nicht geheilt werden. Obwohl therapeutische Antikörper bei der Behandlung des MM Einzug erhalten haben, gibt es noch Unklarheiten wie sich auch hier Resistenzen entwickeln. Unsere Vorarbeiten deuten darauf hin, dass Makrophagen nach Antikörper-vermittelte Phagozytose (ADCP) über ein aktives Inflammasom verfügen. Im vorliegenden translationalen Projekt stellen wir daher die Hypothese auf, dass durch die übermäßige Aufnahme von MM Zellen mittels ADCP das Inflammasom und schließlich Pyroptose in den TAMs induziert wird. Weiter vermuten wir, dass diese Prozesse in einer gesteigerten Inflammation und einer Depletion der Makrophagen resultieren, was letztendlich den Progress der Erkrankung fördert. Zudem gehen wir davon aus, das eine Inhibition des Inflammasoms und der Pyroptose die Effektivität der ADCP gesteigert werden kann. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen dazu beitragen (i) Resistenzmechanismen bei der ADCP besser zu verstehen und (ii) bestehende Therapien zu verbessern.
Dr. rer. nat. Jan Rafael Dörr
Membranlose Organellen als Zielstruktur für Seneszenz-spezifische Therapien pädiatrischer Neoplasien
Therapieresistenz stellt eine Limitation für kurative Tumortherapien dar. Deshalb benötigen wir ein besseres Verständnis für den Einfluss zellulärer Schutzmechanismen, z.B. Therapie-induzierter Seneszenz (TIS), auf Therapieansprechen und Therapieresistenz. Während viele phänotypische Veränderungen seneszenter Tumorzellen und ihre Auswirkung auf Tumorphysiologie und Tumortherapie untersucht wurden, sind die molekularen Mechanismen, die diese Veränderungsprozesse organisieren, weitgehend unbekannt. Zelluläre Prozesse werden häufig durch die Konzentration von Biomolekülen in membranlosen Organellen (MLO) gesteuert, aber ob MLO TIS beeinflussen oder TIS MLO verändert ist ungeklärt. Das Forschungsprojekt charakterisiert deshalb mittels Transkriptom- und Proteomanalytik, Fluoreszenzmikroskopie und RNA-Interferenz Screens TIS-spezifische Veränderungen von MLO in pädiatrischen Tumoren und analysiert dabei vor allem die Rolle der DEAD Box ATPasen DDX1 und DDX3X im Neuroblastom und in aggressiven B-Zell Lymphomen. Durch diese Untersuchung sollen neue MLO-assoziierte Therapien identifiziert werden, die TIS Tumorzellen eliminieren, um die Behandlung pädiatrischer Neoplasien zu verbessern.
PD Dr. med. Niklas Gebauer
Genomische und transkriptomische Charakterisierung primär renaler Lymphome im klinischen Kontext
Primär renale Lymphome (PRL) stellen eine seltene Untergruppe der non-Hodgkin Lymphome dar, wobei die häufigste Histologie das diffuse großzellige B-Zell Lymphoms ist, gefolgt von follikulären und Marginalzonenlymphomen. Sie sind durch einen ungünstigen klinischen Verlauf mit häufiger Beteiligung des zentralen Nervensystems (ZNS) gekennzeichnet, so dass sie im klinischen Alltag eine Herausforderung darstellen. Über die molekulare Pathogenese der PRL ist wenig bekannt. Wir haben eine klinisch annotierte Kohorte von 65 PRL (35 aggressive und 30 indolente) zusammengestellt und planen nun deren genomische Charakterisierung mittels FISH, whole-exome Sequenzierung und OncoScan CNV-Array. Darüber hinaus planen wir die RNA-Sequenzierung für Genexpressionsanalysen und die Identifikation von Genfusionen. Als Vergleichskohorte dienen hierbei verfügbare Daten von Lymphomen gleicher Histologie nodalen, systemischen und immunpriviligierten (ZNS, Keimdrüsen) Ursprungs. Neben der Charakterisierung der molekularen Landschaft des PRL und genetischer Treiber des ungünstigen klinischen Verlaufs und Tropismus zielt die Arbeit auf die Identifikation therapeutisch adressierbarer Vulnerabilitäten.
Dr. med. Claudio Giachino
Regulierung der Interferonantwort und Lymphozytenrekrutierung durch einen Krebsstammzellfaktor in Glioblastomen
Glioblastome (GBMs) sind sehr aggressive Hirntumore und resistent gegen die aktuellen sowohl herkömmlichen, als auch gezielten therapeutischen Interventionen. Immunevasion ist verstärkt in GBMs, was somit die Immuntherapie in den meisten Patienten erschwert. Die Strategien, mit welchen GBMs das Immunsystem umgehen können, sind bis dato ungenügend erforscht. Wir haben nun Hinweise, die aufzeigen, dass die Aktivität des Notch-Signalwegs in GBM-Zellen zu Anfälligkeit für Immunevasion und immunvermittelten zytostatischen und zytotoxischen Aktivitäten durch Interferon-γ (IFNγ) prädisponieren kann. Wir stellen die Hypothese auf, dass Notch-Signale in GBM-Zellen die Interferon-γ-antwort, MHC-I-Expression und Lymphozyten-Infiltration potenzieren und dass reduzierte physiologische Notch-Spiegel von Hirntumorzellen ausgenutzt werden können, um die Immunevasion zu verstärken. Das vorliegende Projekt wird sich um die fundamentalen und stark in Zusammenhang liegenden Aspekte der IFNγ-Resistenz, Antigen-Präsentation, Lymphozyten-Rekrutierung und des Notch-regulierten Zellschicksals in GBM kümmern. Die Resultate werden wichtige Folgerungen für die Entwicklung von diversen Krebsarten, in welchen IFNγ-Signale und tumorinfiltrierende Lymphozyten involviert sind, mit sich bringen.
Dr. med. Maike Janssen
Untersuchungen zum Synergismus von Venetoclax (VEN) und Gilteritinib (GIL) bei der Akuten Myeloischen Leukämie (AML) mit FLT3 Wildtyp (WT)
Die Kombination von Venetoclax (VEN) mit einer antileukämischen Substanz führt bei der AML häufig zu einer klinischen Remission. Trotz bemerkenswerter Ansprechraten ist ein signifikanter Prozentsatz der Patienten jedoch refraktär und eine Vielzahl von Patienten mit initialem Ansprechen erleidet später ein Rezidiv. Unsere Vordaten zeigen, dass VEN in Kombination mit Gilteritinib (GIL) synergistisch ist. Überraschenderweise war dieser Effekt auch bei der AML mit FLT3-Wildtyp (WT) nachweisbar. Das Ziel dieses Projektes ist es daher, den Wirkmechanismus von VEN/GIL bei der FLT3-WT AML in vitro und in vivo zu charakterisieren. Wir werden zunächst die VEN/GIL Effizienz in Zelllinien, primären AML- Proben und PDX- Mausmodellen detailliert untersuchen. In mechanistischen Analysen werden wir anschließend die molekularen Treiber des VEN/GIL Synergismus in der FLT3-WT AML identifizieren sowie mit denen von FLT3-ITD AMLs vergleichen. Identifizierte Mechanismen werden wir funktionell in vitro und in PDX- Mausmodellen validieren. Die gewonnenen präklinischen Ergebnisse sollen zur Entwicklung einer klinischen Studie zur Evaluierung dieser neuen Kombinationstherapie bei FLT3-WT AMLs beitragen.
Prof. Dr. med. Sebastian Kobold
Prostaglandin E2-resistente CAR-T-Zellen zur Tumortherapie
Der Einsatz zellulärer Therapien in der soliden Onkologie konnte bislang nicht annähernd an die Erfolge der chimären Antigenrezeptor (CAR)-modifizierten T-Zellen in der Hämatologie anknüpfen. Ein wesentlicher Faktor, der die Wirksamkeit solcher CAR-T-Zellen verhindert, ist eine starke lokale Immunsuppression im Tumormikromilieu. Hier spielen insbesondere Prostanoide wie Prostaglandin E2 (PGE2) eine wichtige Rolle. In bisher unveröffentlichten Untersuchungen fanden wir heraus, dass PGE2 über die Rezeptoren EP2 und EP4 CAR-T-Zellen in vitro und in vivo hemmen. Wird der CAR in T-Zellen aus EP2-EP4 doppel-Knock-out Mäusen exprimiert, sind diese in der Lage Tumor-tragende Tiere zu heilen. In weiteren Experimenten haben wir eine Methodik etabliert, um EP2 und EP4 aus primären murinen T-Zellen auszuknocken. Diese Untersuchungen konnten wesentliche Ergebnisse bestätigen. Um das Konzept nun in Richtung therapeutischer Anwendung im Menschen zu erproben, beantragen wir Mittel, um primäre humane EP2-EP4 doppel-Knock-out CAR-T-Zellen in vitro und in vivo in Xenograftmodellen im Sinne eines proof-of-concept zu erproben. Dies würde die Voraussetzung für die weitere Translation darlegen.
PD Dr. med. Daniel Lipka
Funktionelle Charakterisierung von Nav1 in normaler und maligner Hämatopoese
Die juvenile myelomonozytäre Leukämie (JMML) wird anhand von DNA-Methylierungsmustern in drei Subtypen unterteilt, welche signifikant mit der Prognose der Patienten korrelieren. Die allogene Blutstammzelltransplantation stellt die einzige kurative Therapieoption bei der JMML dar. Dennoch können gegenwärtig nur etwa 60% der Patienten geheilt werden. Die Promotorregion von NAV1 ist in der JMML aberrant hypermethyliert. NAV1 kodiert das Protein Neuron Navigator 1 und ist in hämatopoetischen Zellen exprimiert und dynamisch reguliert, jedoch funktionell in der Hämatopoese bislang nicht untersucht. Zusammengenommen weisen unsere präliminären Daten auf eine mögliche funktionelle Rolle sowohl in normaler als auch in maligner Hämatopoese hin. Mittels „multi-omics“ Analysen werden wir die Regulation von Nav1 umfassend in hämatopoetischen Zellen charakterisieren. Funktionelle Analysen sollen die Effekte einer Nav1-Dysregulation auf die myeloische Differenzierung und auf den Krankheitsphänotyp in einem JMML Mausmodell untersuchen. Diese Analysen legen die Grundlage für weitere Studien, welche das pathogenetische und therapeutische Potential von NAV1 in der JMML charakterisieren sollen.
Prof. Dr. rer. nat. Rolf Marschalek
ICOSLG als potentielle Ursache der t(4;11) proB-ALL Rezidiventwicklung
KMT2A-Rearrangements (KMT2A-r) treten bei 70-80% aller akuten lymphoblastischen Leukämien bei Säuglingen (iALL) auf. Unter diesen ist die Translokation t(4;11) die häufigste und mit einer Rezidivierung in ~66% der Fälle assoziiert. Wir konnten nun zeigen, dass der Transkriptionsfaktor EGR3 die Genexpression des Immunrezeptors ICOSLG im Kontext der t(4;11) iALL positiv reguliert und die Expression von EGR3 und ICOSLG mit der Rezidiventwicklung assoziiert ist. Die Hochregulierung der ICOSLG- Expression in t(4;11) ALL-Zellen bewirkte eine verstärkte Entwicklung von regulatorischen T- Zellen (Tregs). Dies wurde durch Behandlung mit einem α-ICOSLG-Antikörper aufgehoben. Wir postulieren daher, dass eine ICOSLG-Hochregulation die Expansion von Tregs in der ALL Knochenmarksnische zur Folge hat und so ein Immunprivileg aufgebaut wird, dass T- Zell-Antworten gegen ALL Zellen verhindert und damit eine Rezidivierung ermöglicht. Wir möchten nun ein Mausmodell entwickeln, um zu untersuchen, ob ICOSLG-Überexpression in hämatopoetischen Stammzellen ein Immunprivileg in der Knochenmarksnische etabliert, und ob eine Behandlung mit ICOSLG-Checkpoint-Inhibitoren dieses Immunprivileg aufheben kann.
Dr. med. Armin Rehm
Ein mehrdimensionaler Ansatz zur Heilung des Follikulären Lymphoms: ein dualer CAR in T-Gedächtnis- Stammzellen zielt auf Tumorzellen und Stromazellen ab
Über die letzten Jahrzehnte beobachten wir Durchbrüche in Tumortherapien, ermöglicht durch Immuntherapien. Neben der Immune Checkpoint Blockade haben diese Erfolge CAR T Zellen vermittelt. T Zellen entstammen dem Tumorpatienten selbst und werden ex vivo durch Gentransfer mit einem Tumor-spezifischen CAR versehen. Das erfolgreichste Ansprechen lässt sich für anti-CD19 CAR T Zellen gegen aggressive B-Zell Neoplasien verzeichnen. Indolente B-Zell Lymphome, wie das Follikuläre Lymphom (FL), bleiben jedoch unheilbar. Als Gründe für einen unzureichenden Therapieerfolg haben wir identifiziert: 1) Immunselektion mit Verlust des Zielantigens CD19; 2) Erhaltene Wachstumsstimulation durch Zellen der Mikroumgebung; 3) Eingeschränkte Persistenz und Expansion der transplantierten CAR T Zellen. Hieraus leiten wir unsere neue Therapiestrategie ab. Wir wollen einen dualen CAR mit den FL-Zielantigenen BAFF-R und CXCR5 generieren. Der anti-CXCR5 CAR Arm bindet auch Tumor-unterstützende T follikuläre Helferzellen (TFH), die gleichzeitig eliminiert werden. Zur Verbesserung der CAR T-Zellpersistenz und Expansion soll unser Produkt auf der Basis von T-Gedächtnis-Stammzellen (TSCM) hergestellt werden.
Prof. Dr. med. Helmut Salih
Entwicklung eines optimierten Immunzytokins für die Immuntherapie der AML
IL-15 ist ein Zytokin, welches potent NK Zellen und auch CD8 T Zellen stimulieren kann und das, u.a. gekoppelt an Antikörper als sogenanntes Immunzytokin (IC), für die Tumortherapie erprobt wird. Das grundsätzliche Problem bisheriger IC sind die erheblichen Nebenwirkungen durch „off-target“-Effekte des Zytokinteils, was die Applikation therapeutisch optimaler Dosen verhindert. In Vorarbeiten wurden von uns IC entwickelt, die aus Fc-optimierten Antikörpern und einem modulierten IL-15 bestehen, welches gentechnisch so modifiziert wurde, dass die Zytokinwirkung abhängig von der Bindung des Antikörpers ist (modifizierte IC, MIC Proteine). Dadurch wird, im Gegensatz zu bisher verfügbaren Formaten, eine weitgehend zielzell-restringierte Aktivität ermöglicht, die deutlich höher ist als die parentaler Fc-optimierter Antikörper. Als Zielantigene werden im geplanten Vorhaben FLT3/CD135 bzw. CD133 verwendet, wodurch ein Einsatz bei der AML ermöglicht wird, wo bislang keine immunstimulierenden Antikörper verfügbar sind. Im vorliegenden Projekt sollen diese MIC Proteine umfassend präklinisch, u.a. mit Patientenleukämiezellen in vitro sowie in Mausmodellen, funktionell charakterisiert werden
PD Dr. med. Martin Schmidt-Hieber
Molekulare Erregerdiagnostik und Untersuchungen zu SARS-CoV-2 bei Patienten mit ZNS-Störung nach hämatopoetischer Stammzelltransplantation
Untersuchungen an nicht-immunsupprimierten Patienten mit Meningitis zeigen, dass eine NGS-basierte Erregerdiagnostik des Liquors klassischen mikrobiologischen Verfahren überlegen ist. SARS-CoV-2 führt bei vielen Infizierten zu unklaren neurologischen Störungen. Wir planen eine NGS-basierte Erregerdiagnostik sowie umfassende Analytik zu SARS-CoV-2 im Blut und Liquor bei Patienten mit oder ohne ZNS-Störung nach hämatopoetischer Stammzelltransplantation bzw. gesunden Spendern. Die Grundhypothese, dass bei immunsupprimierten Patienten mit ZNS-Störung nach Transplantation NGS-basierte Verfahren der Erregerdiagnostik verlässlicher sind als eine konventionelle Diagnostik, soll hierbei untersucht werden. Zudem könnten sich Spektrum und Prognose von ZNS-Störungen u. a. durch den Einsatz neuer diagnostischer Methoden, Transplantationsverfahren und anti-infektiven Therapien (z. B. mit Isavuconazol) gewandelt haben. Weiter ist anzunehmen, dass sich Biomarker (T-Zell-Subpopulationen, anti-SARS-CoV-2- und antineuronale Antikörper, NSE etc.) im Blut und Liquor zwischen Patienten nach Transplantation und gesunden Probanden mit oder ohne vorausgegangene SARS-CoV-2-Infektion unterscheiden.
PD Dr. med. Simone Thomas
Verbesserung der CAR T-Zell Wirksamkeit gegen Leukämie/Lymphome mit Antigenverlust durch ein neues CAR- Design, das CAR-T-Zellen mit NK-ähnlichen Fähigkeiten ausstattet
Die derzeitige CD19 CAR T-Zelltherapie ist initial in der Behandlung von B-Zell Leukämien/Lymphomen erfolgreich, versagt jedoch in der langfristigen Kontrolle der Erkrankung bei einer Mehrzahl der Patienten. Eine wesentliche Ursache ist die verminderte Expression des Zielantigens bei einigen Tumorzellen, die dann ein Tumorrezidiv verursachen. Um die Tumorzellen, die unsichtbar für die CAR T-Zellen sind, zu eliminieren, wollen wir die CAR T-Zellen zusätzlich mit „Natural Killer“ (NK)-ähnlichen Fähigkeiten zur Antigen-unabhängigen Zytolyse ausstatten. Wir erreichen dieses Ziel, indem wir Interleukin 12 (IL12) in den extrazellulären Teil des CAR verankern. Ein derartiger hybrider IL12-CAR erkennt das Zielantigen durch die „klassische“ CAR scFv Bindestelle, während das integrierte IL12 der TZelle NK-ähnliche Fähigkeiten verleiht. Wir möchten verstehen, wie die kombinierten IL12 und CD28-z oder 4-1BB-z CAR Signale poly-funktionale NK-ähnliche T-Zellen induzieren. Ein Tumormodell soll die Effektivität der IL12-CAR T-Zellen gegen gemischte Antigen+/- Tumore und schließlich deren Anwendbarkeit gegen andere hämatologische und solide Tumore mit häufigem Antigenverlust demonstrieren.
Prof. Dr. med. Oliver Weigert
Defining and Targeting Genotype-Specific Tumor Microenvironment (TME) Interactions in Follicular Lymphoma
Das follikuläre Lymphom (FL) ist eine häufige, meist unheilbare, sowie klinisch und molekular heterogene Tumorerkrankung. Das Tumor Microenvironment (TME) spielt bei der Entstehung und Progression des FL eine wichtige Rolle und hat Einfluss auf das Therapieergebnis. Leider verstehen wir aber die wechselseitigen Interaktionen zwischen FL und TME noch nicht ausreichend. Für die meisten Genmutationen ist unklar, welchen Einfluss sie auf TME-Interaktionen haben. Wir schlagen vor, (i) ein innovatives, voll-humanes Co-Kultursystem zu verwenden (ein ex vivo Organoid-Modell aus primären FL-like Zellen mit definierbaren Genotypen und autologen TME-Zellen), um die Auswirkungen von insgesamt 3 klinisch bedeutsamen Mutationsmustern (betreffend STAT6/CREBBP, EZH2, und ARID1A) auf die Interaktion mit jeweils relevanten TME-Zellpopulation funktionell zu untersuchen. Wir werden (ii) unsere Ergebnisse in primären Patientenproben validieren, und (iii) rationale Therapieoptionen testen, die auf Genotyp-spezifische FL-TME Interaktionen abzielen. Unser Projekt wird zu einem besseren Verständnis der FL-Biologie beitragen, mit dem Ziel, individualisierte TME-gerichtete Therapiestrategien zu entwickeln.
Knochen, Muskulatur + Bindegewebe
Dr. rer. nat. Sebastian Bäumer
Establishment of targeted Ewing sarcoma-specific therapy using an electrostatic nanocarrier
In the last years, we detected and characterized a novel nanocarrier platform technology that is applicable as individualized molecular targeted therapy to a number of cancer types, especially to develop therapy options for rare and difficult-to-target diseases such as Ewing sarcoma. These nanocarriers consists of an internalizing cancer-cell specific antibody that is chemically conjugated to the cationic protein protamine, an anionic component such as siRNA or a small molecule inhibitor, and free protamine. We used an anti-IGF1R-antibody, teprotumumab, for a nanocarrier that is able to target Ewing cells in vitro and in vivo via RNA-interference-mediated knockdown of the Ewing-specific oncogene EWS-FLI1. Our nanocarriers are also capable of binding certain anionic small molecule inhibitors, so we will test targeted nanocarriers carrying different siRNAs and our novel gemcitabine-Cy3.5. We will further establish a novel Ewing sarcoma therapy, based on siRNAs against the Ewing-specific oncogenes and gemcitabine, combined in one targeted nanocarrier. We will also upscale the nanocarrier production and perform further preclinical evaluations, paving the way to a PEI advice.
PD Dr. med. Petra Ketteler
Genetic factors influencing second cancer incidence, localization, and histology in patients with heritable retinoblastoma, Part 2 (GenSeC II) Auswirkung von genetischen Faktoren auf die Inzidenz, Lokalisation und Histologie von Zweittumoren bei Patienten
Das erbliche Retinoblastom ist ein seltenes Tumorprädispositionssyndrom, das durch das Auftreten von bösartigen Augentumoren in der Kindheit sowie weiteren Tumoren außerhalb des Auges gekennzeichnet ist. In GenSeC I wurde die bestehende Studienpopulation erweitert, der Einfluss der Art und der Vererbung der RB1 Variante auf die Zweittumorinzidenz dargestellt [1] und die REC Klassifikation für die pathogenen Veränderungen im RB1 Gen etabliert [2]. Erste Auswertungen zeigen zudem einen Einfluss genetischer Variation des MDM2 Gens auf die Zweittumorinzidenz. In GenSeC II soll die Datenbasis insbesondere gezielt durch Einschluss ausgedehnter Familien mit einer low penetrance Manifestion erweitert werden. Die Inzidenz von Zweittumoren bei genetisch betroffenen Angehörigen ohne Retinoblastom aus diesen Familien ist bisher nicht beschrieben. Des Weiteren sollen die Unterschiede des Tumorrisikos nach REC Klassifikation in einem internationalen Konsortium (iRiSC) mit weiteren nationalen Kohorten validiert werden. Eine genaue Einschätzung des Risikos für weitere Tumore bei Individuen mit erblichem Retinoblastom ist für ein personalisiertes Screening zur Verbesserung der Prognose notwendig.
PD Dr. med. Jan Peeken
Entwicklung und Validierung von Histologie-spezifischen KI Entscheidungsunterstützungs-systemen für Weichteilsarkompatienten
Techniken der künstlichen Intelligenz (KI) stellen ein effektives Instrument für die Analyse medizinischer Bilddaten. In früheren Forschungsarbeiten haben wir eine wirksame KI-basierte prognostische Bewertung und Tumorcharakterisierung mittels MRT oder CT Daten für Patienten mit hochgradigen Weichteilsarkomen (STS) nachgewiesen. Aufgrund der Seltenheit von STS wurden bisherige Studien mit unselektierten STS-Patientenkohorten durchgeführt, wobei die Vielfalt der Histologien und der Biologie außer Acht gelassen werden musste. Durch die Vergrößerung unserer Patientenkohorte auf 1710 Patienten sind wir nun in der Lage, Histologie-spezifische KI-Systeme zu entwickeln. Zu diesem Zweck werden moderne KI-Techniken wie Radiomics und Deep Learning (DL) mit neuartigen Modellierungstechniken, wie dem geometrischem Deep Learning, verglichen. Schließlich werden wir eine automatisierte End-zu-End-Softwarelösung entwickeln, um longitudinale Bildgebungsdaten zu integrieren, um das Therapieansprechen auf präoperative Therapien vorherzusagen. Auf diese Weise wollen wir optimale KI-basierte Prognosemodelle entwickeln, die künftig zu der Personalisierung von STS-Behandlungsregimen beitragen könnten.
Leber, Gallenwege + Pankreas (exokrin)
Dr. rer. nat. Anastasia Asimakopoulos
Die Schlüsselfunktionen von Perilipin 5 und Lipocalin 2 in der Pathogenese des nicht-alkoholischen Steatohepatitis-Hepatozellulärkarzinoms
Das Hepatozelluläre Karzinom (HCC) ist weltweit eine der häufigsten Krebserkrankungen mit tödlichem Verlauf. HCC kann durch verschiedene Ätiologien (z.B. durch chronische Hepatitis B- und Hepatitis C-Viren) induziert werden und hat eine komplexe Pathogenese. Ein sehr wichtiger nicht-viraler Risikofaktor ist die Nicht-alkoholbedingte Steatohepatitis (NASH), die die am schnellsten wachsende Indikation für eine Lebertransplantation bei Patienten mit HCC ist. In unseren Vorarbeiten konnten wir zeigen, dass der Entzündungsmarker Lipocalin 2 (LCN2) im Serum und in tumorigenen Leberarealen von HCC-Patienten überexprimiert wird und dass das Fetttröpchen-assoziierte Perilipin (PLIN5) in Lebertumoren stark exprimiert wird. Das Projekt zielt darauf ab, mit einem neu etablierten HCC-Modell, das auf einer westlichen Ernährung basiert, Mäuse ohne LCN2 oder PLIN5 schrittweise über NASH in die HCC-Pathogenese zu treiben. Maus- und Humanproben werden untersucht, um die Mechanismen aufzudecken, an denen LCN2 und PLIN5 in der Pathogenese von HCC über NASH beteiligt sind, um darüber hinaus mögliche Ansatzpunkte zur Behandlung und Therapie von NASH zu entwickeln.
Dr. rer. nat. Asha Balakrishnan
Interaktoren und Effektoren von Tumorregression und -rezidiv beim hepatozellulären Karzinom
Interaktionen verschiedener Zelltypen und deren molekulare Veränderungen beeinflussen Progression, Regression und Rezidiv von Tumoren. Deren dynamische Analyse hat große Bedeutung für die Entwicklung wirksamer Therapien von schwer behandelbaren Krebsarten wie dem hepatozellulären Karzinom (HCC). HCC ist weltweit eine erhebliche medizinische und wirtschaftliche Belastung. Um das HCC besser zu verstehen, wollen wir untersuchen, wie sich die verschiedenen Leberzelltypen verändern, interagieren und gegenseitig beeinflussen. Wir zielen, die molekularen Ereignisse und die zellulären Interaktome zu analysieren, indem wir Einzelzell-RNA-Sequenzierungen (scRNA-seq) der nicht-selektionierten Leberzellrepertoire, von konditionaler transgener MYC-getriebener HCC-Mäuseleber in verschiedenen Stadien der Tumorentwicklung, Regression, und Rezidiv. Danach erfolgt funktionelle Validierung in kultivierten Zellen und HCC abgeleiteten Organoiden dieser Mäuse. Unsere Untersuchungen sind von großer Relevanz, um neue Biomarker für die Früherkennung und das Wiederauftreten des HCCs zu identifizieren und neue therapeutische Effektoren mit relevanten klinischen Implikationen zu identifizieren.
Dr. rer. nat. Björn Eyss, von
Deciphering a novel AP-1-dependent feedback mechanism that limits YAP/TAZ activity in liver cancer
YAP/TAZ - the downstream coactivators of the Hippo pathway - are often hyperactive in liver cancer, resulting in a more aggressive phenotype and lower survival of affected patients. Surprisingly, we identify here the transcription factor c-JUN as a direct negative regulator that inhibits YAP-dependent transactivation at the chromatin level. Since c-JUN itself is in turn induced by increased YAP activity, c-JUN is part of an as yet undescribed feedback loop: YAP -> c-JUN -| YAP. Importantly, our preliminary data suggest that this feedback loop is deregulated in liver cancer and can be targeted by compounds which have been in clinical phase II trials for rheumatoid arthritis. We will investigate how YAP/TEAD are directly regulated by the repressive function of c-JUN and which interaction partners define the activating vs. repressive roles of c-JUN. In addition, we will investigate the importance of this pathway in vivo using a mouse model of liver cancer as well as in primary human liver cancer samples. These new insights may therefore provide the basis for more targeted therapies for YAP-dependent cancers in the future, e.g. using already available c-JUN::c-FOS inhibitors.
Dr. med. Johann Felden, von
Immunprofile von Tumor-assoziierten, extrazellulären Nanovesikeln aus dem Blut als molekulare Biomarker („Liquid Biopsy“) zur personalisierten Krebstherapie beim Leberkrebs
Personalisierte Therapieansätze haben in der Onkologie revolutionäre Fortschritte ermöglicht. Der Leberkrebs fällt dabei deutlich zurück, da die entsprechende molekulare Tumorcharakterisierung unzureichend erforscht ist. Ursächlich ist u.a. ein eingeschränkter Zugang zu Tumorgewebe, da die Diagnose meist allein durch bildgebende Verfahren gestellt wird und keine Gewebeprobe entnommen wird. Um dennoch personalisierte, molekulare Tumorklassifikationen zu entwickeln, sind Blut-basierte Analysen molekularer Biomarker, die sogenannte „Liquid Biopsy“ besonders vielversprechend. Dieses Projekt testet die Hypothese, dass immun-assoziierte Merkmale des Tumors auf im Blut zirkulierenden Tumorbestandteilen nachzuweisen sind und als molekulare Biomarker für ein Therapieansprechen im Sinne einer personalisierten Krebstherapie dienen können. Hierzu wird das Immunprofil kleinster Nanobestandteile, sogenannte extrazelluläre Vesikel, die durch den Tumor oder tumor-infiltrierende Immunzellen ins Blut abgegeben werden, u.a. durch Sequenzierungsanalysen, immunhistochemische und Antikörper-basierte Detektionsverfahren in verschiedenen klinischen Kohorten von Patienten mit Leberkrebs analysiert.
Prof. Dr. med. Claus Hellerbrand
Rolle von Bone Morphogenetic Protein 8B (BMP8B) in der Entstehung und Progression des hepatozelluläre Karzinoms in der nicht-alkoholischen Fettlebererkrankung
Die nicht-alkoholische Fettlebererkrankung (NAFLE) gilt heute als häufigste Ursache des hepatozellulären Karzinoms (HCC). Das NAFLE-assoziierte HCC entwickelt sich häufig bereits in nicht-zirrhotischem Lebergewebe und zeigt eine erhöhte Morbidität und Mortalität. Es ist daher von hoher klinischer Relevanz, die HCC-Pathobiologie im Kontext der NAFLE besser zu verstehen und basierend hierauf, neue therapeutische Targets sowie prognostische Marker für die HCC-Entstehung und -Progression zu entwickeln. Vorarbeiten zeigen, dass der Wachstumsfaktor Bone Morphogenetic Protein 8B (BMP8B) bei NAFLE sowohl von steatotischen Hepatozyten als auch von HCC-Zellen vermehrt exprimiert wird. Ferner korreliert hohe BMP8B-Expression im HCC mit schlechtem Patienten-Überleben und BMP8B induziert die Tumorigenität von HCC-Zellen in vitro. Ziel des Projektes ist, die Rolle von BMP8B im NAFLE-assoziierten HCC in in vitro und in vivo Modellen sowie klinischen Proben zu charakterisieren. Ferner soll BMP8B in experimentellen HCC-Modellen inhibiert und sollen BMP8B-Spiegel in Patientenseren untersucht werden, um das Potential von BMP8B als therapeutisches Target und diagnostischer Parameter zu untersuchen.
Dr. med. Elisabeth Heßmann
Charakterisierung der MEK-Inhibition als therapeutische Strategie zur Überwindung der Gemcitabinresistenz SMAD4-defizienter Pankreaskarzinomsubtypen
Das Pankreaskarzinom (PDAC) und v.a. der äußerst therapieresistente SMAD4-defiziente PDAC Subtyp sind durch eine infauste Prognose gekennzeichnet. In unseren Vorarbeiten identifizieren wir einen onkogenen NFATc1/SMAD3/cJUN Transkriptionsfaktor (TF) Komplex spezifisch im SMAD4-defizienten PDAC. Mitogen-activated protein kinase Inhibition (MEKi) destabilisiert den TF Komplex, führt zu einer differentiellen Regulation von Gensignaturen der DNA Biosynthese und revertiert die Gemcitabinresistenz SMAD4-defizienter PDAC Subtypen. Basierend hierauf vermuten wir, dass NFATc1/SMAD3/cJUN-kontrollierte Transkriptionsprogramme den chemoresistenten Phänotyp des SMAD4-defizienten PDAC begünstigen und postulieren die MEKi-abhängige Destabilisierung des TF Komplexes als therapeutische Option zur Überwindung der Gemcitabinresistenz im SMAD4-defizienten PDAC. Um diese Hypothese zu überprüfen, sollen in präklinischen PDAC Modellen das Potential der MEKi in der Stratifizierungs-basierten Therapie SMAD4-defizienter PDAC Subtypen ermittelt und die Bedeutung der Inaktivierung des onkogenen TF Komplexes für die MEKi-abhängige transkriptionelle Reprogrammierung und Gemcitabinsensitivierung untersucht werden.
Prof. Dr. Duncan Odom
Mechanismen der geschlechtsspezifischen Unterschiede in der Anfälligkeit für Leberkrebs – Mechanisms of sex bias in liver cancer susceptibility
Die Gründe für die geringere Anfälligkeit von Frauen für viele Krebsarten zu verstehen, ist eine wichtige ungelöste Aufgabe von unmittelbarer klinischer Bedeutung für die Krebsprävention. In unserem Projekt soll untersucht werden, ob Tumorsuppressorgene, die der Inaktivierung des X-Chromosoms entgehen, weibliche Leberzellen vor Krebs schützen. In Ziel 1 werden wir durch allelspezifische Einzelzell-RNA-Sequenzierung umfassend charakterisieren, welche Gene der X-Inaktivierung (XI) in Hepatozyten entgehen. In Ziel 2 werden wir testen, ob Tumorsuppressoren, die der XI-Inaktivierung entgehen, die geschlechtsspezifische Divergenz bei Leberkrebs vermitteln, indem wir die Genaktivität im Zusammenhang mit ernährungsbedingten Krebserkrankungen anpassen, die der Pathologie und geschlechtsspezifischen Divergenz bei menschlichem Leberkrebs sehr ähnlich sind. Diese Experimente werden Aufschluss darüber geben, ob XI-Escape-Gene zu der geringeren Anfälligkeit von Frauen für Leberkrebs beitragen, und eine Grundlage für unsere geplanten Folgestudien bilden, in denen wir prüfen wollen, ob die Verabreichung von Escape-Genen die Krebsresistenz in menschlichen Hepatozyten erhöht.
Dr. rer. physiol. Shiv Singh
Untersuchung der ROBO3-Signalübertragung durch den Axon-Leitrezeptor bei der Identifizierung von molekularen Subtypen des Pankreaskarzinoms
Das duktale Pankreaskarzinom (PDAC) hat eine schlechte klinische Prognose mit einer 5-Jahres-Überlebensrate von unter 9 %. Leider zeigen die meisten PDAC-Patienten zum Zeitpunkt der Diagnose ein fortgeschrittenes metastasiertes Stadium und eine chirurgische Resektion ist nicht mehr möglich. Kürzlich veröffentlichte Daten deuten darauf hin, dass der "basal-like" PDAC-Subtyp im Vergleich zum "classical" Subtyp mit einem sehr aggressiven und therapieresistenten Phänotyp verbunden ist. Die zugrundeliegenden Mechanismen, die für die aggressive Tumorbiologie des basal-like Subtyps verantwortlich sind, bleiben jedoch unklar. Dieser Antrag basiert auf der Hypothese, dass die Aktivierung des ROBO3-Signalwegs die Aggressivität des "basal-like" Subtyps fördert. In ersten Experimenten konnten wir zeigen, dass ROBO3 einen basal-like Subtyp mit erhöhter Metastasierung vermittelt und die CRISPR/dCas9-vermittelte genetische Inaktivierung von ROBO3 malignen Aszites und Lebermetastasen reduziert. Wir haben auch die zugrundeliegenden molekularen Mechanismen der ROBO3-gesteuerten Subtyp-Identität entschlüsselt, bei der die Inaktivierung von ROBO3 das basal-like Metastasierungsprogramm reduziert. Zusammengefasst leistet dieser Forschungsantrag einen Beitrag zur Entwicklung besserer Stratifizierungsstrategien für PDAC-Tumoren im fortgeschrittenen Stadium.
Lunge + Atemwege
Prof. Dr. med. Ellen Renner
Geneditierung von STAT3-bedingten Lungenerkrankungen
Lungenerkrankungen wie Lungentumore und Lungenstrukturschäden haben wegen fehlender kurativer Therapiemöglichkeiten auch heute häufig noch eine infauste Prognose. In diesem Projekt wollen wir mittels CRISPR-Technologie in Lungengewebe überaktivierte Tumorgene inaktivieren und Erbgutveränderungen regulieren. Hierzu liegt unser Fokus auf dem STAT3-Signalweg, der sowohl bei Lungentumoren, als auch chronischen Lungenerkrankungen, wie dem STAT3 Hyper-IgE Syndrom (STAT3-HIES) eine wichtige Rolle spielt. Nachdem es uns mittels CRISPR-basiertem adenine base editor kürzlich gelungen ist, eine krankheitsverursachende STAT3-Mutation in STAT3-HIES Patientenzellen zu reparieren, wollen wir nun die Applikation unserer etablierten CRISPR-Verfahren für eine direkte Anwendung in der Lunge voranbringen. Hierzu werden wir die physiologischen Bedingungen in der Lunge durch ein air liquid interface Zellkulturmodell mit Lungentumorzellen sowie Lungenzellen von STAT3-HIES-Patienten rekapitulieren und in diesem Modell Effizienz und Sicherheit der Geneditierung testen. Mit diesem Projekt soll ein wichtiger Meilenstein zur Heilung von STAT3-assoziierten Lungenkrankheiten mittels Geneditierung erzielt werden.
Nervensystem + Sinnesorgane
Dr. rer. nat. Daniel Merk
Funktionelle Validierung der DNA Methyltransferase 1 (DNMT1) als epigenetische Zielstruktur zur Behandlung von Sonic hedgehog Medulloblastomen
Sonic hedgehog Medulloblastome (SHH MB) sind eine Gruppe gut definierter embryonaler Hirntumore, die potentiell auf eine Behandlung mit Smoothened (SMO) Inhibitoren ansprechen. Der klinische Nutzen dieser Therapie ist jedoch durch Resistenzmechanismen stark limitiert. Durch eine Kombination verschiedener Modalitäten an genomweiten funktionellen Screens konnten wir die DNA Methyltransferase 1 (DNMT1) als genetische Schwachstelle in SHH MB indentizieren, welche durch funktionale Synergie eine mögliche Kombinationstherapie mit SMO Inhibitoren darstellt. In dem hier vorgestellten Projekt werden wir in unterschiedlichen Zellkultursystemen und Mausmodellen die Bedeutung von DNMT1 für die normale Entwicklung cerebellärer Körnerzellvorläufer, der Ursprungszelle von SHH MB, die Tumorinzidenz und das Wachstum von SHH MB untersuchen. Parallel dazu werden wir mit unterschiedlichen CRISPR/Cas9 Screens mögliche Resistenzmechanismen als auch funktionelle Synergien für die Behandlung mit DNMT1 Inhibitoren aufdecken. Als Letztes werden wir epigenetische und transkriptionelle Analysen verwenden, um den genauen Wirkmechanismus der DNMT1 Inhibition auf das Wachstum von SHH MB zu untersuchen.
Niere + Harnwege
Univ.-Prof. Dr. med. Günter Niegisch
Synergistische Wirkung von PARP-Inhibitoren und Bromodomain and Extra-Terminal motif (BET)-Inhibitoren durch Induktion einer DNA-Reparatur Defizienz (BRCAness) in urothelialen Karzinomen
Die Prognose von Patienten mit einem fortgeschrittenen und/oder metastasierten Urothelkarzinom (UC) ist schlecht. Durch Resistenzen bedingt sind Systemtherapeutika wie Platinderivate nur bei einem Teil der Patienten wirksam und ein Tumoransprechen ist selten langfristig erreichbar. Insbesondere bei Patienten, die in der Keimbahn bzw. im Tumor selbst spezifische Gen-Mutationen in DNA-Reparaturwegen aufweisen (v.a. BRCA1/2), sind sogenannte PARP-Inhibitoren eine effektive Therapieoption. Solche Mutationen sind in urothelialen Karzinomen allerdings selten. Epigenetische Inhibitoren können die Expression DNA-Reparatur-Genen vermindern und so einen BRCA1/2-defizienten Phänotyp (BRCAness) induzieren. Entsprechend zeigten in Vorversuchen PARP-Inhibitoren in Kombination mit epigenetischen Inhibitoren wie Bromodomain and Extra-Terminal motif (BET)-Inhibitoren eine ausgeprägte synergistische, antineoplastische Wirkung auf UC-Zellen. Wir möchten im Rahmen dieses Projekts diesen neuen Therapieansatz weiterverfolgen. Insbesondere möchten wir untersuchen, ob die Induktion einer BRCAness durch die Behandlung mit BET-Inhibitoren beim Cisplatin-resistenten UC therapeutisch genutzt werden kann.
2021
Brustdrüse
Prof. Dr. med. habil. Dr. rer. nat. Gero Brockhoff
Die endokrine Therapie mittels Tamoxifen in Abhängigkeit einer HER4-Rezeptorexpression
Die Tamoxifentherapie ist eine tragende Säule in der endokrinen Therapie des Östrogenrezeptor (ER)-positiven Mammakarzinoms, jedoch ist das Ansprechen häufig insuffizient, oder es entwickeln sich Resistenzen. Belastbare Daten, auch aus unserer Arbeitsgruppe, suggerieren vor allem bei HER4-Rezeptor-positiven Tumoren ein schlechteres Ansprechen auf diese endokrine Therapie. Ziel dieser Projektarbeit ist die Verifizierung des HER4-Rezeptors als prädiktiven Marker für die Tamoxifentherapie. Es soll der Einfluss einer HER4-Expression auf das Ansprechen gegenüber Tamoxifen durch Behandlungsstudien in-vitro und prospektiv mittels Therapiestudien in-vivo auf Basis des humanisierten Tumormausmodells (HTM) vertieft evaluiert werden. Dazu werden HER4/ER doppelt positive Zellen herangezogen, die vergleichend mit und ohne CRISPR/Cas9 generiertem HER4 Gen knock-out einer Tamoxifenbehandlung ausgesetzt werden. Perspektivisch ist ein dual-Targeting im HTM Modell mit Tamoxifen und einem anti-HER4 Antikörper, der potentiell klinisch eingesetzt werden kann, vorgesehen. Dieser Ansatz kann Grundlage für die Translation der gewonnenen Erkenntnisse in die klinische Anwendung sein.
Prof. Dr. rer. nat. Hildegard Büning
Entwicklung einer auf Adeno-assozierten Virus (AAV) Vektoren basierenden Vakzine gegen Asparaginyl Endopeptidase (AEP) zur Eliminierung von Tumor-assoziierten Makrophagen (TAM) und Tumorzellen.
Das Ziel unseres Projektes ist die Entwicklung einer auf Adeno-assoziierten Virus (AAV) Vektoren-beruhenden Vakzine gegen Asparaginyl Endopeptidase (AEP) zur Tumortherapie. AEP ist in M2-Makrophagen und in Tumorzellen solider Tumoren hoch exprimiert. M2-Makrophagen spielen eine pro-tumorigene Rolle in soliden Tumoren und Lymphomen. Salmonella typhimurium und DNA-basierte Vakzinestrategien gegen AEP zeigten in Mausmodellen eine Hemmung des Tumorwachstums durch Depletion von M2-Makrophagen. Unser AAV Vektor-basierte Prime-Boost Vakzine Ansatz beruht auf der Antigen (AG)-Präsentation im Kapsid bei gleichzeitiger Expression des AG – evtl. in Kombination mit Flagellin - zur Stimulierung des Immunsystems. Die Probleme bisheriger Ansätze bezüglich Sicherheit (S. typhimurium) und Effizienz (DNA Vakzine) können so überwunden werden. Nach systematischer Testung unterschiedlicher Vektorkonstrukte mit dem Modellantigen Ovalbumin werden optimale AAV/AEP-Konstrukte in einem syngenen murinen Tumormodell getestet. Der Ansatz ist universell und kann perspektivisch mit anderen Tumortherapien einschließlich der Immun-Checkpoint Inhibition sinnvoll kombiniert werden.
Prof. Dr. med. Georg Häcker
Niedrigschwellige Aktivierung des mitochondrialen Apoptosesystems und der DNAse CAD – ein neues Konzept der Metastasierung solider Tumoren (2)
Mitochondrien lösen durch Freisetzung von Mediatoren apoptotischen Zelltod aus. Eine neue Entdeckung war, dass nur wenige Mitochondrien in einer Zelle permeabilisiert werden können, die Signalereignisse auslösen, dass die Zelle jedoch überlebt. Wir zeigen, dass spontane Permeabilisierung weniger Mitochondrien aggressives Wachstum und Metastasierung von Tumorzellen treibt. Wir haben eine Signalachse definiert, die das Molekül Smac, die DNAse CAD, die Generierung von Mikronuklei und die Aktivierung des STING-abhängigen DNA-Erkennungswegs umfasst. Ein spezifisches Genexpressionsprofil wird hierdurch induziert, das mit schlechter Prognose für Patienten assoziiert ist. In der Fortsetzung der Arbeiten wollen wir die Prozesse an den Mitochondrien besser verstehen, die diese Achse treiben, die Bedeutung der Signale während Tumortherapien definieren und die Bedeutung verschiedener CAD-regulierter Gene zuordnen. Letztlich wollen wir weitere Erkenntnisse über die Bedeutung dieses Signalwegs für die in vivo-Metastasierung von Krebszellen in einem Mausmodell gewinnen. Wir hoffen, einen wichtigen tumorprognostischen Signalweg verstehen zu helfen und therapeutische Zielstrukturen zu definieren.
Prof. Dr. med. Gernot Stuhler
Entwicklung komplementärer Antikörper-Fragmente (Hemibodies) zur Hochpräzisions-Therapie von Brustkrebs
T-Zell-rekrutierende Immuntherapien revolutionieren die Behandlung von Krebs. Oft jedoch geht deren Anwendung mit schweren, zum Teil sogar lebensbedrohlichen Nebenwirkungen einher, da Antigene adressiert werden, die auf Tumorgewebe zwar überexprimiert, jedoch auch auf gesundem Gewebe gefunden werden. Daher entwickelten wir komplementäre Antikörper-Fragmente (Hemibodies), die erst nach Bindung an eine tumordefinierende Antigenen-Kombination T-Zellen-rekrutierende Eigenschaften zur exklusiven Lyse von Tumorzellen erlangen, unter Schonung von gesundem Gewebe. Der “Proof of Concept“ der Technologie wurde für hämatologische Neoplasien erbracht und soll nun zur Behandlung von Brustkrebs weiterentwickelt werden, einer Erkrankung, die sich durch ein hohes Maß an Heterogenität und Plastizität auszeichnet. Es gilt, eine hochpräzise Behandlungsstrategie mittels günstigen Kombinationen und Dosierungsregimen von Hemibodies spezifisch für die Marker-Antigene HER2, EpCAM, EGFR und ROR1 zu erarbeiten. Ergebnisse dieser Arbeit sollen dazu beitragen, Patientinnen mit hohem Medical Need eine potentiell hoch-effektive Therapieoption anbieten zu können bei gleichzeitig geringen Nebenwirkungen.
Prof. Dr. rer. nat. Ben Wielockx
Der Einfluss von Proteinen des Hypoxie-Signalwegs in myeloischen Zellen während der Tumorentstehung und Metastasierung
Ein grundlegendes Merkmal von Krebs ist die Initiierung der Proliferation von Tumorzellen, die sich dadurch dem Immunsystem des Wirts entziehen, um weiter zu wachsen und schließlich zu streuen und andere Organe zu besiedeln (=Metastasierung). Der Einfluss der Hypoxie-Signalwirkung in angeborenen Immunzellen während dieser Anfangsphase ist weitgehend unerforscht. Die zentralen Mitglieder der Hypoxie-Signalisierung sind die Hypoxia Inducible Factors (HIF1α und 2α), Transkriptionsfaktoren, die in hohem Maße von Sauerstoffsensoren, den sogenannten HIF-Prolylhydroxylasen (PHD), kontrolliert werden. In der Vergangenheit haben wir und andere die Rolle dieser Hypoxie-Pathway-Proteine (HPPs= PHD/HIFα) in Tumorzellen und tumorassoziierten Immunzellen sowie die Aufrechterhaltung des hämatopoetischen Stamm- und Progenitorzellkompartiments (HSPC) aufgeklärt. Mit diesem Projekt wollen wir die Hintergründe einer faszinierenden Reihe von Vorergebnissen aufklären, die eine essentielle Rolle für HPPs in angeborenen Immunzellen während der initialen Phase der Tumorinitiation und der späten Lungenmetastasierung in einem genetischen Mausmodell des spontanen Mammakarzinoms zeigen.
Endokrines System
Prof. Dr. rer. nat. Andrew Cato
Regulation der Aktivität des Androgenrezeptors und seiner Splicevariante AR-V7 durch das Co-Chaperon Bag-1L im fortgeschrittenen Stadium des Prostatakarzinoms
Androgene spielen eine zentrale Rolle bei der Entstehung maligner Prostatatumoren. Die in der Therapie von Prostatakarzinomen eingesetzten Anti-Androgene konkurrieren mit endogenen Androgenen um die Bindung an die C-terminale Ligandenbinde-Domäne (LBD) des Androgen Rezeptors (AR). Dieser Therapieansatz führt zunächst zu einer Reduktion des Tumorvolumens, jedoch entwickeln die meisten Patienten therapieresistente, letale Rezidive, die man als kastrations-resistenten Prostatakrebs (CRPC) bezeichnet. Im CRPC bleibt das Wachstum der Tumoren weiterhin abhängig von der Aktivität des AR. Dies ist auf die Expression konstitutiv aktiver AR Splicevarianten zurückzuführen, von denen AR-V7 bisher am besten charakterisiert ist. Die Hemmung der N-terminalen AR-Domäne ‚Activation Function 1‘ (AF-1) könnte die Aktivität des gesamten AR sowie seiner Splicevarianten inhibieren, erweist sich aus pharmakologischer Sicht jedoch schwierig, da diese Domäne keine stabile dreidimensionale Struktur besitzt. Eine vielversprechende Alternative stellt die Inhibierung von Interaktionen regulatorischer Proteine, wie z.B. das Co-Chaperon Bag-1L, mit der AF-1 des AR oder AR-V7 dar.
Prof. Dr. med. Christine Spitzweg
TGF-β/SMAD Signaling als Treiber für die Re-Induktion funktioneller NatriumIodid-Symporter Expression in Radioiod-refraktären Schilddrüsenkarzinomen
Die NIS-basierte Gentherapie wurde in unserer Arbeitsgruppe in den letzten Jahren entscheidend weiterentwickelt. Unter Ausnutzung der Tumorhoming Eigenschaften mesenchymaler Stammzellen (MSCs) sowie des Bystander Effekts des NIS-Gentherapie Konzepts, haben wir eindrücklich das enorme Potential der MSC-vermittelten NIS-basierten Radionuklidtherapie für die Behandlung metastasierter Tumoren gezeigt. Basierend auf der zentralen Bedeutung des TGF-β/SMAD Signaling im Tumormilieu, konnten wir unter Verwendung eines SMAD-responsiven Promoters zur Steuerung der NIS Transgen-Expression in MSCs (SMAD-NIS-MSC) eine beeindruckende therapeutische Effektivität erzielen. TGF-β/SMAD spielt eine zentrale Rolle in der Pathogenese BRAFV600E-positiver Radioiod (RAI)-refraktärer Schilddrüsenkarzinome. Im vorliegenden Antrag planen wir die Ansprechbarkeit RAI-refraktärer Schilddrüsenkarzinome auf die Radioiodtherapie wiederherzustellen, indem wir die TGF-β Biologie instrumentalisieren und die tumorselektive Rekrutierung von SMAD-NIS-MSCs sowie die hohe Expression von Liganden der TGF-β Familie gleichzeitig nutzen, um in diesen Tumoren eine NIS-vermittelte RAI Aufnahme zu re-induzieren.
Gastrointestinaltrakt, Mundhöhle + Speicheldrüsen
Dr. rer. nat. Dominic Bernkopf
Untersuchung von GNAI2 (Gai2) als Tumorsuppressor-Gen bei der kolorektalen Karzinogenese (2)
Im laufenden Wilhelm Sander-Projekt, haben wir Gai2 als Inhibitor des Wnt/b-catenin Signalwegs identifiziert. Da der Wnt Signalweg die kolorektale Karzinogenese fördert, könnte Gai2 als Tumorsuppressor fungieren. Tatsächlich treten in Kolontumoren inaktivierende Gai2 Mutationen auf, die mit einer reduzierten Überlebensrate der Patienten korrelieren. Hier wollen wir untersuchen, ob der Verlust von Gai2 in Mausmodellen den Wnt Signalweg aktiviert und Tumorwachstum in vivo fördert, und ob Gai2-defiziente intestinale Organoiden oder Gai2 CRISPR/Cas9-modifizierte Zellen Zeichen onkogener Transformation zeigen. Daneben soll eine Korrelationsanalyse von mRNA Expression mit Krankheitsverläufen den Wert von Gai2 als prognostischer Darmkrebsmarker prüfen, und eine systematische Analyse wird zeigen, ob noch andere Signalwege Tumorgenese nach Gai2 Verlust induzieren könnten. Abschließend werden wir initial untersuchen, ob weitere, mit Gai2 verwandte G-Proteine den Wnt Signalweg in Darmkrebszellen hemmen. Unsere Studie wird klären, ob Gai2 bei der kolorektalen Karzinogenese als Tumorsuppressor-Gen fungiert, und ob Gai2 Expressionsmengen Potential für die Prognose des Krankheitsverlaufs haben.
Dr. med. vet. Henry Fechner
Erhöhung der Sicherheit onkolytischer Coxsackie B3 Viren (CVB3) für die Therapie kolorektaler Karzinome durch microRNA-abhängige Regulation der Virusreplikation
Coxsackie B3-Viren (CVB3) gelten als vielversprechende neue onkolytische Viren für die Behandlung von Krebs. In der ersten Förderperiode konnten wir zeigen, dass durch die Insertion von microRNA-Zielsequenzen (miR-TS) in das CVB3-Genom Nebenwirkungen vermieden werden, die CVB3 Variante rPD eine starke anti-tumorale Wirkung hat, was mit einer ausgeprägten anti-tumoralen Immunantwort einher ging und die Behandlung kolorektaler Karzinome mit rPD einer Tumorkachexie entgegenwirkte. Das Projekt hat für die zweite Förderperiode nunmehr drei zentrale Ziele. (i) Die Mechanismen, durch die rPD der Entwicklung einer Tumorkachexie entgegenwirkt, sollen weiter aufgeklärt werden. (ii) Die Sicherheit von rPD soll durch Insertion von miR-TS von gewebespezifischen und Tumorsuppressor-microRNAs weiter erhöht werden. (iii) Es soll untersucht werden, durch welche Mechanismen rPD das Wachstum von Fernmetastasen inhibiert. Für die Untersuchungen werden die in der ersten Förderperiode etablierten in vitro und in vivo Modelle verwendet. Wir erwarten, durch diese Untersuchungen die Sicherheit von rPD und unser Verständnis hinsichtlich seiner Wirksamkeit beim kolorektalen Karzinom zu verbessern.
Prof. Dr. med. Simon Heidegger
Pro-inflammatorische Gasdermine in der Immunüberwachung und -therapie von Tumoren
Eine Herausforderung in der Immuntherapien mit Checkpoint Inhibitoren gegen PD-1 und CTLA 4 bleibt das individuell sehr unterschiedliche Ansprechen. Für viele Patienten versagen diese Therapien, weil die initiale Entwicklung einer Immunantwort aufgrund des immunsuppressiven Milieus des Tumors auf bislang unklare Weise beeinträchtigt ist. Unsere preliminären Daten legen hier eine entscheidende Rolle der Proteinfamilie der Gasdermine nahe. Wir vermuten, dass Gasdermine als Porenbildner zur Freisetzung inflammatorischer Moleküle während des Zelltods führen und so an der Wirksamkeit von Immuntherapien beteiligt sind. Wir werden daher mittels präklinischer muriner Tumormodelle sowie retrospektiver Transkriptom-Analyse humaner Tumorproben systematisch die Rolle von Gasderminen in der Tumorimmunüberwachung sowie Immuntherapie mit Checkpoint Inhibitoren untersuchen. Dies wird zu einem besseren Verständnis von Tumor-Resistenzmechanismen gegenüber Immuntherapien beitragen. Die Aktivität der Gasdermine bietet Potential als prädiktiver Biomarker zur besseren Patientenselektion und Ansatzpunkte für kombinierte Therapiestrategien zur Steigerung der Wirksamkeit etablierter Immuntherapien.
Prof. Dr. med. David Horst
Differentielle Expression des Therapieziels GPA33 beim Dickdarmkrebs
Fortgeschrittener Darmkrebs kann chemotherapeutisch behandelt werden, ist hierdurch in der Regel jedoch nicht heilbar. Als neues vielversprechendes Therapieziel wurde GPA33 ausgemacht, da dieses Protein nahezu ausschließlich in Darmkrebszellen gebildet wird. In bisherigen Untersuchungen zeigten gegen GPA33 gerichtete Antikörpermedikamente allerdings nur eine begrenzte Wirksamkeit. Wir können zeigen, dass in den meisten Darmkrebstumoren neben GPA33 positiven auch GPA33 negative Tumorzellen vorkommen, die eine besonders hohe WNT-Signalwegaktivität aufweisen und möglicherweise für die unzureichenden Effekte von GPA33 zielgerichteten Therapien verantwortlich sind. Wir untersuchen nun, welche Eigenschaften GPA33 positive und negative Tumorzellen aufweisen und wie dieses Protein reguliert wird. Wir erforschen dann, ob der Anteil GPA33 negativer Tumorzellen durch eine medikamentöse Hemmung des WNT-Signalwegs verringert werden kann, sodass gegen GPA33 zielgerichtete Therapien effektiver wirken. Darüber hinaus entwickeln wir eine neue immunzellbasierte Therapie gegen GPA33. Wir nehmen an, dass diese Untersuchungen zu einer besseren Behandlung von Patienten mit Darmkrebs beitragen werden.
Prof. Dr. rer. nat. Sonja Keßler
Die Bedeutung der Expression von IMP2/IGF2BP2/p62 für die Chemoresistenz und einen veränderten Tumormetabolismus im Kolorektalkarzinom
Das Kolorektale Karzinom (CRC) ist weltweit die dritthäufigste Tumorerkrankung und die zweithäufigste mit Krebs assoziierte Todesursache. RNA bindende Proteine (RBPs) besitzen eine wichtige onkogene Funktion in verschiedenen Tumoren, darunter auch gastrointestinale Tumore. Dies trifft insbesondere auch für die IGF2 mRNA bindenden Proteine IMP1 und IMP3 zu, die Tumorwachstum, Chemoresistenz und Metastasierung fördern. Eigene Arbeiten der Antragstellerin belegen, dass auch IMP2 und dessen Spleißvariante p62 in der Leberkarzinogenese onkogene Eigenschaften besitzen. In Bezug auf das Kolorektalkarzinom zeigen eigene Vorarbeiten, dass alle drei IMPs/IGF2BPs im Tumorgewebe überexprimiert sind und die IMP2 Expression mit Resistenzen gegen verschieden Chemotherapeutika assoziiert ist. Dies konnte bereits funktionell in vitro und in vivo durch knockout von IMP2 bestätigt werden. Ziel des Projektes ist die Aufklärung der Mechanismen der IMP2-induzierten Chemoresistenz. Hierbei wird ein Fokus auf Veränderungen im Tumormetabolismus liegen. Zusammenfassend können die Ergebnisse für die Überwindung der Chemoresistenz im CRC von Bedeutung sein.
PD Dr. med. Ingmar Mederacke
Die funktionelle Charakterisierung hepatischer Sternzellen in der Rekurrenz des intrahepatischen cholangiozellulären Karzinoms (iCCA)
Das intrahepatische cholangiozelluläre Karzinom (iCCA) ist ein aggressiver Tumor mit 5-Jahres-Überlebensraten von <10%. Das iCCA ist charakterisiert durch ein desmoplastisches Tumorstroma mit zahlreichen tumorassoziierten Myofibroblasten (cancer-associated fibroblasts, CAF). Bei frühzeitiger Diagnose kann eine chirurgische Resektion erfolgen, allerdings kommt es häufig zu Rezidiven aufgrund von Mikrometastasen. Hepatische Sternzellen (HSC) sind die Hauptvorläuferzelle für hepatische Myofibroblasten. Ob CAF der Leber aus HSCs generiert werden und ob diese eine pro- oder antitumorigene Funktion und damit Einfluss auf das Auftreten von iCCA Rezidiven nach Resektion haben ist unklar. In einem iCCA-Metastasenmodell wird der zelluläre Ursprung von CAFs untersucht. Zur funktionellen Charakterisierung von HSCs bei iCCA-Rezidiven erfolgen in vivo Depletionsstudien. Die Interaktion von HSCs/CAF mit Tumorzellen wird auf molekularer Ebene analysiert. In Resektaten rekurrenter iCCAs soll die humane Relevanz demonstriert werden. Die Ergebnisse der Experimente können eine Grundlage für neuartige Therapien darstellen, die nicht nur auf Tumorzellen, sondern auch auf das Tumorstroma abzielen.
Prof. Dr. med. Michael Quante
Analyse der Bedeutung von Gallensäuren und deren Rezeptor FXR zur Prävention des Ösophaguskarzinoms
Die Inzidenz des ösophagealen Adenokarzinoms (EAC) ist im letzten halben Jahrhundert um das 10-fache gestiegen. Der Anstieg begann vor dem Anstieg der Prävalenz von Refluxkrankheit und Adipositas, und Modellierungsstudien legen nahe, dass nur eine Minderheit der EACs auf Fettleibigkeit zurückzuführen sind. Eher sind Veränderungen im Mikrobiom ursächlich. Wir haben Korrelationen zwischen dem Mikrobiom, BE und EAC gezeigt, aber es bleibt unklar, wie Bakterien die Karzinogenese fördern. Eine Schleimschicht über dem Barrettepithel ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der Homöostase zwischen Wirt und Bakterien. Becherzellen sind die Hauptproduzenten von Muzinen und deren Differenzierung wird durch Notch reguliert. In unserem Mausmodell induzieren Gallensäuren die Notch-Aktivierung und damit ist die Differenzierung der Becherzellen vermindert. In der Fortsetzung der Ergebnisse aus unserem ersten Antrag stellen wir die Hypothese auf, dass Gallensäuren Notch und die Differenzierung der Becherzellen und damit die Karzinogenese beeinflussen. In diesem Antrag wollen wir die Beziehung zwischen Notch-Signalisierung und Gallensäuren in Organoid-Modellen testen.
Dr. rer. nat. Tobias Reiff
Konvergenz von lokalen und hormonellen Signalwegen in Tumorstammzellen des kolorektalen Karzinoms: Kontrolle des Wnt-Signalwegs durch crooked-legs in Drosophila melanogaster.
Das kolorektale Karzinom (CRC) entsteht durch Mutationen in intestinalen Stammzellen (ISC), die initial zu aberranter Aktivierung des Wnt-Signalwegs führen. Interessanterweise weisen CRC Patientinnen mit Östrogenersatzbehandlung eine geringere CRC-Inzidenz auf und wir konnten kürzlich im Rahmen dieses Antrags zeigen, dass ISC Proliferation in adulten Drosophila melanogaster über den dem Östrogenrezeptor verwandten Ecdyson-Steroidhormonrezeptor (EcR) gesteuert wird (Zipper et al., 2020). Als EcR-induzierten Kandidaten für diese Proliferationskontrolle untersuchen wir den Transkriptionsfaktor crooked-legs (crol) und dessen transkriptionelle Kontrolle von Wnt-Liganden (wingless-wg in Drosophila). Unsere Daten zeigen eine duale Rolle für crol in ISC und Enterozyten (EC). In ISC wirken crol sowie sein humanes Ortholog ZNF267 antiproliferativ, während EC crol-abhängig wg sezernieren und so parakrin die wg Signalwegsaktivität benachbarter ISC beeinflussen. Im Fortsetzungsantrag werden wir gezielt die Rolle von parakrinem wg aus EC und die Effektoren der zellautonomen, antiproliferativen Rolle von crol in ISC identifizieren und in Physiologie und Pathologie untersuchen.
Dr. med. Florian Reiter
Die CDK4/6-Inhibition als biomarkerbasierte Therapie des kolorektalen Karzinoms
Das Kolorektale Karzinom (CRC) stellt eine häufige und oft tödlich verlaufende Erkrankung dar. Eine Vielzahl von Patienten schreitet in ihrem Krankheitsverlauf in ein metastasiertes Stadium voran. Die sequentielle Anwendung von Polychemotherapien kann das Überleben in dieser Situation deutlich verlängern. Leider ist der Gewinn an Lebenszeit durch die Ausreizung von Polychemotherapien als unzureichend festzuhalten und deren Nebenwirkungen fallen zum Teil erheblich aus. Hieraus ergibt sich ein dringlicher Bedarf für die Etablierung neuerer innovativer Therapien zur Behandlung des CRC. Im Rahmen des hier beantragten Projektes soll die Wirksamkeit einer Hemmung des Cyclin D - dependent kinase (CDK) 4/6 Signalweges in der Behandlung des CRC untersucht werden. In ersten Versuchen konnten wir unter Verwendung eines zugelassenen CDK 4/6 Inhibitors eine deutliche antitumoröse Wirksamkeit in CRC-Zelllinien nachweisen. Die hier formulierten Fragestellungen sollen helfen, klinische Szenarien abzugrenzen (als biomarkerbasierte Therapie, als Kombinationstherapie oder nach Resistenzentwicklung), unter welchen der Einsatz von CDK4/6 Inhibitoren in der Behandlung des CRC sinnvoll sein könnte.
Prof. Dr. med. Dieter Saur
Synthetische Letalität zur Verbesserung der Therapie des Pankreaskarzinoms (2)
Das duktale Adenokarzinom des Pankreas (PDAC) weist mit einer 10-Jahresüberlebensrate <1% immer noch eine infauste Prognose auf. Onkogene KRAS Mutationen stellen die initiierende und tumortreibende Mutation dar, sind derzeit aber therapeutisch nicht adressierbar. Wir haben KRAS-abhängige Effektorsignalwege analysiert und konnten mit Hilfe von genetischen Modellen und pharmakologischen Ansätzen zeigen, dass die Blockade von Pdk1 die Proliferation von PDACs effektiv hemmt. In den vergangenen zwei Jahren der Förderung des Projektes durch die Wilhelm Sander-Stiftung konnten wir mit Hilfe von genomweiten genetischen Hochdurchsatzscreens sowie einer medikamentösen screening Plattform (430 Therapeutika inklusive “standard of care” Chemotherapien) genetische Interaktionen sowie medikamentöse Kombinationstherapien identifizieren, die diesen zytostatischen Effekt in vitro in einen synergistischen zytotoxischen verwandeln (Prinzip der synthetischen Letalität). In unserem Folgeantrag werden wir in der 2. Förderperiode die effizientesten synergistischen Interaktionen und Medikamentenkombinationen mechanistisch analysieren und in immunkompetenten in vivo Systemen validieren. Hierbei werden wir nicht nur tumorzellintrinsichen Effekte mit neuartigen Methoden, wie Einzelzell-RNAsequenzierungen analysieren, sondern auch die Effekte der neuen Kombinationstherapien auf Immunescape und Reprogrammierung des Tumormikromilieus. Dies ermöglicht es uns neue therapeutische Ansätze für das Pankreaskarzinom zu etablieren sowie bestehende Therapien zu verbessern, die schnell in die Klinik translatierbar sind.
Prof. Dr. med. Dieter Saur
Überwindung der therapeutischen Resistenz von Pankreaskarzinomsubtypen
Das duktale Adenokarzinom des Pankreas (PDAC) ist ein hochaggressiver Tumor, der durch eine extrem schlechte Prognose und eine ausgeprägte Arzneimittelresistenz gekennzeichnet ist. Um subgruppenspezifische Vulnerabilitäten und molekulare Determinanten des Therapieansprechens gegenüber neuen Wirkstoffen zu identifizieren, haben wir eine molekular sehr gut charakterisierte Gewebe- und Zellkulturressource von humanen und murinen PDAC Proben mit mehr als 400 biologisch aktiven Medikamenten gescreent. MEK-Inhibitoren zählten hierbei zu den Top-Hits unseres Drug Screens, die eine starke zytostatische Wirkung hervorriefen. Ein anschließender Kombinationsscreen mit Trametinib als Backbone und zahlreichen FDA/EMA-zugelassenen Arzneimitteln ergab einen hohen Synergismus mit dem Multikinaseinhibitor Nintedanib präferentiell in mesenchymalen Pankreaskarzinomen, die durch eine besonders schlechte Prognose und hohe Therapieresistenz gekennzeichnet sind. Folgeexperimente zeigten, dass dieser neuartige kombinatorische Therapieansatz in vitro Apoptose und in vivo ein ausgeprägtes Therapieansprechen mit einer Regression der Tumoren in syngenen Modellen zeigte. Mit diesem Phänotyp ging eine starke Infiltration des Tumors mit CD8-positiven T-Zellen einher. Basierend auf diesen Ergebnissen, die darauf hindeuten, dass eine kombinatorische medikamentöse Behandlung eine Immunantwort gegen das PDAC in vivo vermitteln kann, möchten wir (1) zellautonome und nicht-zellautonome Mechanismen der Sensitivität und Resistenz gegenüber der neuen Kombinationstherapie aufklären, (2) die Rolle von spezifischen Immunzellpopulationen und der Tumor-Immunzellkommunikation unter basalen Bedingungen und im Rahmen des therapeutischen Ansprechens auf die Kombinationstherapie entschlüsseln sowie (3) unseren therapeutischen Ansatz um immunmodulatorische Therapien erweitern, die in Kombination in der Lage sind den Tumor zu eradizieren. Mit Hilfe von genetischen Analysen sowie Screening- und Profilierungs-Technologien wollen wir die Grundlagen der Immunsuppression im Pankreaskarzinom verstehen und subtypspezifische therapeutische Schwachstellen identifizieren. Dies wird dazu beitragen das klinische Management dieser tödlichen Krankheit entscheidend zu verbessern.
Prof. Dr. med. Michael Scharl
Der molekulare Wirkmechanismus bakterieller Metaboliten als neuer Ansatz zur Therapie des kolorektalen Karzinoms
Im Rahmen unserer Vorarbeiten konnten wir zeigen, dass eine Verminderung bestimmter Clostridiales Bakterien bei Patienten mit kolorektalem Karzinom (KRK) die Anti-Tumor-Immunantwort verschlechtert und das Tumorwachstum fördert. Wir konnten dabei die Wiederherstellung des Gleichgewichts der Darmbakterien als erfolgreichen Ansatz zur Krebsbehandlung nutzen und zeigen, dass die Wirkung der Bakterien durch bestimmte, von den Bakterien selbst produzierte Metabolite, vermittelt ist. Um mechanistische Erkenntnisse für die spätere klinische Anwendung zur Behandlung von KRK zu gewinnen, wollen wir die molekularen Wirkmechanismen der Anti-Tumor-Immunantwort, die durch die bakteriellen Metabolite ausgelöst wird, näher untersuchen. Hierfür werden wir primäre humane Darmschleimhaut- und Immunzellen verwenden sowie insbesondere in vivo Untersuchungen mit Krebsmausmodellen und detaillierter molekularer Analytik durchführen. Zudem wollen wir die bakteriellen Metabolite in KRK Patienten charakterisieren. Hierdurch wollen wir die Grundlage schaffen, um langfristig eine neue Therapieform bei KRK-Patienten, welche auf den Einsatz bakterieller Moleküle basiert, etablieren zu können.
PD Dr. med. Markus Wirth
Liquid biopsy bei HPV-positiven und -negativen Plattenepithelkarzinomen des Kopf-Hals-Bereichs in Speichel und Blut
Im Gegensatz zu anderen Tumorentitäten gibt es bei Kopf-Hals-Plattenepithelkarzinomen (HNSCC) abgesehen vom Humanen Papillomvirus (HPV)-Status bislang keine molekularen Marker zur Therapie-Stratifizierung. Therapie-Monitoring und Nachsorge basieren auf der klinischen/radiologischen Untersuchung und ggf. einer invasiven Gewebeprobe. Rezidive werden meist erst in nicht kurativ behandelbaren Stadien erkannt. Allgemein ist bekannt, dass die DNA von Tumorzellen im Blut von Krebspatienten nachweisbar ist. Im beantragten Projekt sollen in Blut und Speichel Tumor-DNA sowie virale HPV-DNA mittels digitaler PCR untersucht und quantifiziert werden. Hierzu sollen am Primarius mittels Panel-Sequenzierung Mutationen in Hotspot-Genen detektiert werden, um tumorspezifische digitale PCR Assays zu generieren. Seit 2017 wurden hierzu prospektiv über 500 Patientenproben gesammelt. Erste eigene Proof of concept Daten bestätigen die Eignung der ctDNA für die Früherkennung von Rezidiven. Eine Liquid-Biopsy-Diagnostik könnte daher die Nachsorge bei Patienten mit Kopf-Hals-Plattenepithelkarzinomen deutlich verbessern.
Genitaltrakt, männlich
PD Dr. med. Felix Bremmer
Detektion neuer therapeutischer Zielstrukturen in therapierefraktären Keimzelltumoren (3)
Die gute Prognose maligner Keimzelltumoren (GCT) wird weiterhin durch einen kleinen, aber klinisch hochrelevanten Teil therapieresistenter GCT mit sehr schlechter Prognose beeinträchtigt. Dem Verständnis dieser Therapieresistenz und ihrer Überwindung kommt eine entscheidende Bedeutung zu. Die genaue histologische Charakterisierung ist für die korrekte Therapieplanung eine zentrale Voraussetzung. Unsere Vorarbeiten haben einen wichtigen Beitrag geleistet, die exakte histologische Diagnose verlässlicher stellen zu können. Als möglicher neuer Mechanismus der Resistenzbildung hat sich dabei die Selektion von Komponenten eines Dottersacktumors herausgestellt. Zu den schon länger bekannten Resistenzmechanismen zählt die Entwicklung einer somatischen Malignität. Es besteht aber mindestens noch ein weiterer Mechanismus ohne morphologisch erkennbare Selektion von Tumorkomponenten. Um diese besonderen biologischen Prozesse und das biologische Verhalten bei der Entwicklung der Therapieresistenz besser zu verstehen, werden wir im vorliegenden Forschungsprojekt Massenspektrometrische-Analysen durchführen, die detektierten Proteine funktionell untersuchen und mit Immunhistochemie verifizieren.
Dr. rer. nat. habil. Constantin Mamat
Entwicklung eines theranostischen Konzeptes für Radiokonjugate auf Basis des Alphastrahlers Actinium-225 für onkologische Fragestellungen
In der Nuklearmedizin nimmt der Einsatz von Alphaemittern im Rahmen der personalisierten Medizin für die zielgerichtete Therapie verschiedenster Tumoren einen immer größeren Stellenwert ein. Besonders der Alphaemitter Actinium-225 erlangt zunehmend an Bedeutung in Therapieansätzen. Ziel dieses Vorhabens ist die Entwicklung einer theranostischen Plattform, auf deren Basis Chelatoren, welche bei Raumtemperatur mit Actinium-225 radiomarkierbar sind, durch spezifische Reaktionen mit Biomolekülen (z.B. PSMA-Inhibitoren) verknüpft werden können. Die Beschaffenheit der Moleküle mit bestimmten Funktionalitäten ermöglicht gleichermaßen eine Therapie durch die Radiomarkierung mit Actinium-225, aber auch SPECT/PET-Diagnostik nach Radiomarkierung mit Iod-123 oder Iod-124 für Therapieplanung und -monitoring durch Einführung eines intelligenten Präkursor-Designs. Die Besonderheit dieses Ansatzes besteht in der leichten Übertragbarkeit dieser entwickelten Plattform auf nahezu jedes zugängliche Tumortarget und der Radiomarkierung desselben Konjugats mit diagnostischen und therapeutischen Radionukliden unter milden Bedingungen, was gleichzeitig den Einsatz sensibler Biomakromoleküle ermöglicht.
Genitaltrakt, weiblich
Prof. Dr. med. Dirk O. Bauerschlag
Photoimmuntherapie des HER2-positiven Ovarialkarzinoms durch neuartige Antikörper-Wirkstoff-Konjugate
Das Ovarialkarzinom ist die tödlichste gynäkologische Erkrankung für die bislang keine kurative Therapie existiert. Die Photoimmuntherapie (PIT) ist eine neue Methode, bei der Antikörper-Wirkstoff-Konjugate durch Licht am Tumor aktiviert werden. 4D5-IgG1-IR700 ist ein auf Trastuzumab basierendes Antikörper-Wirkstoff-Konjugat, bei dem die Kopplung des Photosensitizers IR700 mit definierter Stöchiometrie enzymatisch erfolgt. Dies ist ein Vorteil gegenüber chemisch gekoppelten IR700-Konjugaten, die oft inhomogen sind. Eigene Arbeiten zeigen, dass durch PIT mit 4D5-IgG1-IR700 HER2-positive Tumorzellen eliminiert werden und ein immunogener Zelltod induziert wird. Für das Auslösen einer effektiven Immunantwort in vivo scheint eine aktive Fc-Domäne, wie sie IgG1-Antikörper haben, von Vorteil zu sein. Daher ist das Ziel dieses Antrags zu überprüfen, inwieweit sich die PIT mit einem Fc-optimierten 4D5-IgG1opt-IR700 von der PIT mit 4D5-IgG1-IR700 hinsichtlich ihrer Wirksamkeit gegen HER2-positive Ovarialkarzinome unterscheidet. Dafür sollen die Konjugate in verschiedenen Mausmodellen verglichen und die Kriterien für das effektive Auslösen einer adaptiven Immunantwort untersucht werden.
Prof. Dr. med. Felix Hoppe-Seyler
Der Phänotyp HPV-positiver Tumorzellen unter zyklischer Hypoxie
HPV-positive Tumorzellen reagieren auf chronische Hypoxie mit einer reversiblen Hemmung der viralen E6/E7-Onkogene und der Zellproliferation. Dies könnte zu Therapieresistenz, Immunevasion und Rezidivbildung beitragen. Die hier geplanten Studien sollen die Reaktion HPV-positiver Tumorzellen auf eine zweite Hauptform von Hypoxie untersuchen, der zyklischen Hypoxie (cycH). Sie ist durch fluktuierende Zyklen von Hypoxie und Reoxygenierung charakterisiert und mit hoher Therapieresistenz verbunden. Der Einfluß von cycH auf die Virus-Wirtszell-Wechselwirkungen in HPV-positiven Tumorzellen ist bisher unbekannt. Vorarbeiten zeigen, daß die E6/E7-Expression unter cycH erhalten bleibt. Außerdem werden potentielle E6/E7-Targets und kritische Determinanten des zellulären Phänotyps (p53, mTOR, STAT3, HIF-1α) unter cycH differentiell gegenüber chronischer Hypoxie reguliert. In dem Vorhaben soll untersucht werden, welche Konsequenzen die aufrecht erhaltene E6/E7-Expression und die Modulation der o. g. Faktoren für den Phänotyp HPV-positiver Tumorzellen unter cycH hat. Zudem sollen Studien zur Therapieresistenz HPV-positiver Tumorzellen und globale Proteomanalysen unter cycH durchgeführt werden.
Prof. Dr. rer. nat. Martin Müller
Papillomavirus-Impfstoff mit prophylaktischer und therapeutischer Wirkung
Das Zervixkarzinom ist weltweit die vierthäufigste Krebserkrankung bei Frauen und ist fast immer mit Infektion von humanen Papillomaviren (HPV) assoziiert. Es besteht Bedarf an alternativen Impfstoffen der 2. und 3. Generation. Das HPV L2 Protein bietet die Möglichkeit, eine kreuzprotektive Immunantwort gegen viele HPV zu induzieren, zeigt jedoch eine geringe Immunogenität, so dass L2 Epitope zwingend einen Träger (‚scaffold‘) zur Präsentation erfordern. Dazu verwenden wir Thioredoxin (Trx), in welches wir Epitope von HPV L2 Proteinen einsetzen. Die Entwicklung dieses Impfstoffs wurde u.a. von der Sanderstiftung ermöglicht. In dem vorliegenden Antrag planen wir den Impfstoff auf therapeutische Wirkung zu erweitern, um auch solche Frauen zu erreichen, die bereits mit den HPV infiziert sind. Hierzu werden relevante T-Zell Epitope in das Impfstoffantigen eingefügt. Vorarbeiten zeigen, dass das Impfantigen für therapeutische Vakzinierung geeignet ist. Die Förderung soll uns eine systematische Weiterentwicklung der Impfstoffkandidaten ermöglichen.
Prof. Dr. phil. nat. Klaus Strebhardt
Studien zur Zellzyklus-Regulation im Ovarialkarzinom: Pathomechanismen und translationale Bedeutung
Das klinische Ansprechen von epithelialem Ovarialkarzinom (EOC) auf Chemotherapie hat sich verbessert, aber Rezidive und resistente Tumore sind nach wie vor hoch. Daher ist die Entwicklung von therapeutischen Ansätzen, die auf kritische regulatorische Proteine abzielen, eine große Herausforderung in der Onkologie. Polo-like Kinase 1 (PLK1) ist bei verschiedenen Krebsarten überexprimiert, so auch beim Ovarialkarzinom. Entsprechend wurden Inhibitoren gegen PLK1 in verschiedenen klinischen Studien getestet. Nebenwirkungen begrenzten jedoch den Erfolg dieser Studien, was den Bedarf an einer neuen und verbesserten Generation von PLK1-Inhibitoren weckte. Daher präsentieren wir hier den ersten Nachweis der PLK1-Dimerisierung, die seine enzymatische Aktivität kontrolliert. Dieser neue Mechanismus der PLK1-Regulation und seine klinische Relevanz für die EOC-Behandlung liefert die Grundlage für die Entwicklung neuer Generation von Inhibitoren mit verbesserter PLK1-Selektivität. Diese Studie könnte die bisher begrenzten klinischen Ergebnisse mit PLK1-Inhibitoren erklären und neue Behandlungsoptionen eröffnen, die auf PLK1-Inhibition in mono- und kombinatorischen klinischen Studien basieren.
Haut + malignes Melanom
Dr. rer. nat. Daniel Hasche
Investigation of the “hit-and-run” mechanism in the development of non-melanoma skin cancer by cutaneous papilloma viruses in the animal model Mastomys coucha and in patient samples (2)
Wie wir kürzlich erstmals zeigen konnten, begünstigen kutane Papillomviren (PVs) in einem „hit-and-run“ Mechanismus in Kombination mit UV Licht die Entstehung von nicht-melanozytärem Hautkrebs. Im hier genutzten Tiermodell kann der gesamte Infektionszyklus bis hin zu Tumorentstehung in einem natürlichen, immunkompetenten Wirt untersucht werden. Die Tiere entwickeln die gleichen Tumortypen die man auch bei Patienten findet: gut differenzierte Plattenepithelkarzinome (PEKs) mit hoher Viruslast sowie dedifferenzierte PEKs die keine oder nur Spuren viraler DNA enthalten. In beiden Fällen ist aber eine vorangegangene Infektion serologisch nachweisbar. Wir wollen die zeitlichen und räumlichen Prozesse zwischen Infektion, UV Schäden und Dedifferenzierung während der Mehrstufen-Hautkarzinogenese untersuchen. Dies soll klären wie kutane PVs zu verschiedenen Zeitpunkten nach Infektion mit der Zelle interferieren und welche Prozesse die Tumorproliferation nach Virusverlust aufrechthalten. Experimentell werden whole genome sequencing, transcriptomics, in situ metabolomics, funktionale Tests sowie immunhistochemische Analysen in vitro und in vivo angewendet und mit klinischen Proben verglichen.
Prof. Dr. med. Christoph Klein
Entwicklung präklinischer Modelle, auf deren Grundlage systematisch nach therapeutischen Zielstrukturen gefahndet werden kann, die gegen einzelne metastatische Gründerzellen gerichtet sind
Nachweislich wirksame adjuvante Therapien haben erst jüngst Einzug in die klinische Routine beim Melanom erhalten. Dennoch gelingt es nach wie vor nicht, die Entstehung einer metastatischen Erkrankung – und damit einen oft fatalen Verlauf – sicher zu verhindern. Ziel des vorgelegten Projektes ist, präklinische Modelle für die Entwicklung adjuvanter Therapien zu erarbeiten. Hierfür sind folgende, eigene Befunde der letzten Jahre entscheidend: (i) Melanomzellen disseminieren häufig sehr früh. (ii) Viele dieser disseminierten Tumorzellen (DCC) müssen noch kritische Mutationen erwerben, um metastatische Kolonien gründen zu können, d.h. präkolonisierende DCC (pDCC) müssen zu kolonisierenden DCC (cDCC) werden. (iii) Eine erfolgreiche Xenotransplantation korreliert direkt mit dem Genomprofil und der Anzahl der im Lymphknoten gefundenen DCC. (iv) Viele gestreute Melanomzellen haben das Potenzial von pDCC in cDCC überzugehen. In dem vorgeschlagenen Projekt, wollen wir präklinische Modelle entwickeln, welche die Achilles Ferse von früh-gestreuten Melanomzellen (pDCC) aufdecken. Da diese Zellen momentan nicht in vitro und in vivo expandiert werden können, gibt es solche Modelle nicht.
Prof. Dr. med. Bastian Schilling
Kryptische HLA-Peptide als neue Targets für die Krebsimmuntherapie
Damit T-Zellen Tumorzellen eliminieren können, ist die Präsenz von tumorassoziierten Antigenen zwingend erforderlich. Eine Klasse von HLA-Peptiden, die bei der Suche nach geeigneten Targets für die Tumorimmuntherapie bislang kaum in Betracht gezogen wurde, sind sogenannte kryptische HLA-Peptide. Diese entstammen nicht-kodierenden Regionen des Transkriptoms, wie beispielsweise der 5‘-UTR. Wir haben kürzlich eine neue bioinformatische Methode entwickelt, die es nun erstmalig erlaubt kryptische HLA-Peptide effektiv und zuverlässig direkt aus massenspektrometrischen Daten zu identifizieren. Durch die Reanalyse einer größeren Anzahl von Immunpeptidomen unterschiedlicher Tumorentitäten und dem Abgleich mit Immunpeptidomen gesunden Gewebes ist es uns gelungen, eine Reihe tumorspezifischer rekurrierender kryptischer HLA-Peptide (TURCs) zu identifizieren. Wir vermuten, dass diese Peptide ihren Ursprung in einer aberranten Transkription und/oder Translation haben, wie sie in Tumorzellen häufig auftritt. Da TURCs im Gegensatz zu mutierten Neoantigenen rekurrierend sind, sehen wir ein erhebliches therapeutisches Potential.
Prof. Dr. sc. nat. Lukas Sommer
Therapiebedingte dynamische Veränderungen in Tumor und Mikroumgebung bei Melanompatienten und ihr Einfluss bei der Resistenzbildung
Trotz neuartiger Therapien ist das metastasierende Melanom nach wie vor eine der aggressivsten Krebsarten. Viele Patienten weisen eine bestehende oder während der Therapie erworbene Resistenz auf. Deshalb ist es entscheidend, die Mechanismen der Resistenzbildung bei Melanompatienten zu verstehen. Aufgrund von Experimenten mit Zellkulturen und Mausmodellen nimmt man an, dass die dynamische zelluläre Zusammensetzung des Tumors und seiner Mikroumgebung bei der Therapieantwort eine Schlüsselrolle spielen. Um die durch eine Behandlung ausgelösten Veränderungen innerhalb eines Tumors beim Menschen zu untersuchen, wenden wir eine neue Methode an, mit der wir mittels Feinnadelbiopsien vor und während einer Behandlung mit anschließender Einzelzell-RNA-Sequenzierung Erkenntnisse über Veränderungen sowohl in den Tumorzellpopulationen wie auch in der Tumormikroumgebung erhalten. Unterschiede zwischen Patienten mit Therapieantwort gegenüber Patienten mit Therapieresistenz erlauben uns, Mechanismen der Resistenzbildung beim Patienten zu entdecken und neue Biomarker zu identifizieren, mit denen der Therapieerfolg besser vorhergesagt werden kann.
Herz + Gefäße
Prof. Dr. med. Christian Sinzger
Analyse der zellassoziierten Ausbreitung des menschlichen Cytomegalovirus durch polymorphkernige Leukozyten im Hinblick auf eine mögliche therapeutische Intervention (2)
Das humane Cytomegalovirus (HCMV) bedroht immungeschwächte Patienten z.B. nach Stammzell-Transplantation. Die Antikörper-resistente zellassoziierte Ausbreitung des Virus trägt vermutlich zur Pathogenese bei, unter anderem bei der hämatogenen Dissemination durch Granulozyten (PMNs). Ein Fragment des zellulären Rezeptors PDGFRα konnte die PMN-vermittelte HCMV-Übertragung auf verschiedene Zielzellen hemmen. Ausgehend von diesem „proof of principle“ sollen molekulare Interaktionen bei Aufnahme und Verbreitung von HCMV durch PMNs aufgeklärt werden, um Ansatzpunkte für eine gezielte Intervention zu identifizieren. Neben unseren inhibitorischen PDGFRα-Peptiden werden dazu blockierende Antikörper gegen Zelladhäsionsmoleküle, siRNA-Knockdowns zellulärer und viraler Oberflächenproteine, lösliche Rezeptoren und HCMV-Deletionsmutanten eingesetzt. Ausgehend von neutralisierenden anti-HCMV-Antikörpern werden wir scFv-Antikörper („single chain variable fragment“) herstellen, und das Potenzial solcher 25 kDa kleinen Antikörper gegen die zellassoziierte HCMV-Ausbreitung testen. Das Projekt soll Grundlagen der zellassoziierten Ausbreitung aufklären und neuartige Behandlungsoptionen erschließen.
Immunsystem + Hämatopoese
PD Dr. rer. nat. Barbara Adler
Entwicklung eines Impfstoffs zur Bekämpfung von HCMV-bedingten Komplikationen in der Tumortherapie: Untersuchungen im präklinischen Modell (2)
Eine lebensbedrohliche Komplikation von Tumortherapien wie Knochenmarkstransplantationen oder Chemotherapien ist die Infektion mit humanem Cytomegalievirus (HCMV). Eine HCMV Vakzine könnte die Erfolgsraten nach Transplantation und Tumortherapie deutlich verbessern. Cytomegalieviren exprimieren zwei Rezeptor-bindende gH/gL Glykoproteinkomplexe auf der Partikeloberfläche, gH/gL/gO und gH/gL/Chemokin, die den Tropismus des Virus bestimmen und bei der Virusausbreitung synergistisch zusammenwirken. Der gH/gL/Chemokin Komplex moduliert zudem die antivirale Immunantwort. In humanen Seren werden starke neutralisierende Antikörper gegen die beiden gH/gL Komplexe gefunden und interessanterweise zeigen diese Antikörper auch einen Synergismus bei der Virus-Neutralisation. Wir wollen in der Infektion der Maus mit murinem Cytomegalievirus untersuchen, ob Antikörper gegen die gH/gL Komplexe in vivo vor einer CMV-Infektion schützen und inwieweit sie die Komplex-unabhängige antivirale Immunantwort beeinflussen. Konzeptionell sollen diese Untersuchungen zeigen, ob gH/gL Komplex-basierte Impfstoffe einen vielversprechenden Ansatz für eine neue HCMV-Vakzinentwicklung darstellen könnten.
Dr. med. Malte Bonin, von
Machine-Learning-basierte Algorithmen zur Detektion von Resterkrankung bei Patient*innen mit akuter myeloischer Leukämie (MinimaL)
Bei Patient*innen mit akuter myeloischer Leukämie stellt die multiparametrische Durchflusszytometrie (MFC) von Blut- bzw. Knochenmarkproben eine schnelle und effiziente Methode zur Erkennung von Resterkrankung (MRD) dar und wird neben der molekulargenetischen Diagnostik zunehmend für die Verlaufskontrolle eingesetzt. Die Auswertung der resultierenden MFC-Datensätze beruht auf der Interpretation zweidimensionaler Projektionen mit manueller Identifikation aberranter Zellpopulationen. Dieses Vorgehen ist zeitaufwendig, subjektiv und durch das benötigte Expertenwissen auf ausgewählte, meist akademische Standorte begrenzt. Computer-gestützte statistische Verfahren wie zum Beispiel Machine-Learning-Methoden eröffnen vielfältige Möglichkeiten, eine expert*innenunabhängige, zuverlässige und reproduzierbare Quantifizierung der MFC-Datensätze zu erreichen. Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung einer entsprechenden Softwarelösung, die in der Lage ist, quantitative Aussagen zur MRD (inklusive einer Abschätzung der Messunsicherheit) abzuleiten, die analysierten Daten entsprechend zu visualisieren und nachfolgend für klinische Therapieentscheidungen zur Verfügung zu stellen.
Dr. rer. nat. Igor Cima
Entschlüsselung immunologischer Netzwerke von tumorassoziierten hämatopoetischen Stamm- und Vorläuferzellen im humanen Glioblastom (2)
Wir haben kürzlich das Vorkommen von hämatopoetischen Stamm- und Vorläuferzellen (HSPCs) in Glioblastom-Geweben identifiziert und validiert. Dabei konnten wir eine positive Korrelation von tumorassoziierten HSPCs mit der Malignität und den immunsuppressiven Phänotypen des Glioblastoms sowohl in vivo als auch in vitro nachweisen. In 3D-Organoidmodellen begünstigten HSPCs die Proliferation von Glioblastomzellen. Gleichzeitig konnten HSPC-Populationen innerhalb dieser Strukturen stabil gehalten werden und differenzierten zu linienspezifischen Immunzelltypen. Die zugrundeliegenden Mechanismen konnten noch nicht aufgeklärt werden. In diesem Projektantrag skizzieren wir experimentelle Verfahren zur Untersuchung von 1) den mechanistischen Grundlagen der Aufrechterhaltung von unreifen Entwicklungsstadien der HSPCs im Glioblastom, 2) den Differenzierungs-potentialen der tumorassoziierten HSPCs in vitro und in vivo und 3) den Mechanismen der HSPC-vermittelten Glioblastom-Zellproliferation. Diese Projektergebnisse können klinisch relevante Angriffspunkte für zukünftige Behandlungsmodalitäten des Glioblastoms aufzeigen.
Prof. Dr. med. Christoph Driessen
ALK-Inhibitoren als potentielle Therapie bei Proteasom-Inhibitor-resistentem Multiplen Myelom
Proteasom-Inhibitoren (PI) bilden das Rückgrat der Therapie des Multiplen Myeloms (MM). Leider entwickelt sich bei den meisten MM-Patienten im Laufe der Erkrankung eine PI-Resistenz, und die Mehrzahl verstirbt am Therapie-refraktären MM. Daher besteht hier ein besonderer Bedarf an innovativen, wirksamen Therapien. Unsere präklinischen Vorarbeiten in diesem Bereich zeigen, dass Inhibitoren der Anaplastischen Lymphom-Kinase (ALK), welche klinisch erfolgreich zur Therapie des Bronchialkarzinoms eingesetzt werden, in vivo und in vitro gegen das PI-resistente MM aktiv sind. Das Target und der genaue Wirkmechanismus von ALK-Inhibitoren beim MM sind nicht bekannt. Faktoren, welche die Empfindlichkeit von MM-Zellen gegenüber ALK-Inhibitoren modulieren können, und deren Identifikation daher für einen therapeutischen Einsatz beim MM wichtig wären, sowie die Möglichkeiten von Kombinationstherapien von ALK-Inhibitoren sind nicht erforscht. Dieses Forschungsvorhaben soll daher die Grundlagen der Wirksamkeit und das Potential eines therapeutischen Einsatzes von ALK-Inhibitoren gegen das PI-resistente MM erforschen.
Dr. med. Tatyana Grinenko
Veränderungen der humanen Knochenmark-Nische während der Leukämogenese und zytotoxischen Behandlung
Hämatopoetische Stammzellen sitzen im Knochenmark (KM) eingebettet in eine spezielle Mikroumgebung (KM-Nische). Die KM-Nische ist ein komplexes, dreidimensionales Gewebe, welches schon intensiv in verschiedenen Mausmodellen untersucht wurde. Allerdings ist derzeit noch nicht klar, ob alle Erkenntnisse zur Maus KM-Nische auch auf das menschliche System übertragen werden können. Insbesondere die neuronale Regulation der humanen KM-Nische ist bisher weitgehend unerforscht. Neueste Erkenntnisse zeigen, dass die KM-Nische bei hämatologischen Erkrankungen betroffen und in ihrer Funktion beeinträchtigt ist. Darüber hinaus wurde bisher auch die Bedeutung der Chemotherapie-induzierten Neuropathie für den Krankheitsverlauf und für die anschliessende Wiederherstellung der Hämatopoese bei Leukämien Patienten noch nicht untersucht worden. Eine Untersuchung der Tumor- und Chemotherapie-induzierten KM-Nischenveränderungen ist daher dringend erforderlich, um unterstützende Therapien für Patienten zu entwickeln und eine akute und anhaltende Verringerung der Hämatopoese zu verhindern.
Prof. Dr. rer. nat. Vigo Heissmeyer
Untersuchung und Modulation der Roquin-Aktivität zur Verbesserung adoptiver T-Zell-Therapie (2)
Die RNA-bindenden Proteine Roquin und Regnase-1 regulieren ein ähnliches Set von Target-mRNAs, indem sie diese binden und dem Abbau zuführen. Da diese mRNAs T-Zellaktivierung induzieren, sind Roquin und Regnase-1 physiologische „Bremsen“ der T-Zell-Funktion. Unsere eigenen Versuche zeigen, dass sowohl tumor-spezifische Roquin-1/2-DKO als auch Regnase-1-KO T-Zellen das Wachstum eines subkutanen Melanoms stark supprimieren. Da insbesondere T-Zellen mit Regnase-1-KO Autoimmunität verursachen, soll getestet werden, welcher Knockout sich in Bezug auf Immuntoxizität und das Ansprechen auf Checkpoint Inhibition besser für den Einsatz in der adoptiven T-Zelltherapie eignet. Wir werden mechanistisch erklären, wie beide Proteine kooperieren und ihre Knockout CD8+ T-Zellen sich doch in funktionellen Aspekten unterscheiden. Zudem betreiben wir die Entwicklung eines therapeutischen Tools, mit dem wir kompetitiv die Aktivität von Roquin und Regnase-1 inhibieren. Um herauszufinden wie eine Modulation das T-Zellkompartment funktionell verändert, werden wir den Einfluss konstitutiv aktiven Roquin-1-Proteins auf die Tumorantwort in konventionellen oder regulatorischen T-Zellen vergleichen.
Dr. med. Laura Hinze
Die Bedeutung des Wnt/STOP-Signalwegs in der molekularen Regulation von Asparaginase-Resistenz in akuten Leukämien
Asparaginase besitzt eine hohe Aktivität gegen hämatopoetische Neoplasien, jedoch bleibt ein Nicht-Ansprechen auf Asparaginase-basierte Therapien bis heute ein klinisches Problem mit einer schlechten Prognose. Wir haben zeigen können, dass die Aktivierung eines β-Catenin-unabhängigen Zweigs des Wnt-Signalwegs eine signifikante Asparaginase Sensitivierung in akuten Leukämien induziert. Dieser wird als Wnt-abhängige Stabilisierung von Proteinen (Wnt/STOP) bezeichnet, der den GSK3-abhängigen Proteinabbau hemmt. Therapierefraktäre Zellen sind somit auf den Proteinkatabolismus als alternative Quelle von Aminosäuren angewiesen, was durch die Aktivierung von Wnt/STOP geblockt wird. Allerdings sind die Regulation und genetischen Determinanten des Wnt/STOP Signalwegs nahezu unbekannt. Mit Hilfe eines genomweiten CRISPR-Cas9 Screens sollen die Gene identifiziert werden, welche diesen Signalweg regulieren und somit eine herausragende Rolle im Proteinkatabolismus, in der Aminosäurehomöostase und in der Vermittlung von Asparaginase Resistenz spielen. Dieses ermöglicht grundlegende Einblicke in die Wachstumskontrolle von malignen Zellen, um als Grundlage für neuartige Therapiestrategien zu dienen.
Prof. Dr. rer. nat. habil. Arnd Kieser
Molekulare Charakterisierung eines neuartigen Inhibitors der LMP1-TRAF2-Interaktion als Wirkstoffkandidat für Epstein-Barr-Virus-assoziierte Lymphome
Das Epstein-Barr-Virus trägt entscheidend zur Entwicklung von u.a. Posttransplantations- und Hodgkin-Lymphomen bei. Das virale Onkoprotein LMP1 ist für die Pathogenese mitverantwortlich, indem es durch die Rekrutierung zellulärer TRAF-Proteine die Aktivierung der Signalwege NF-κB und JNK vermittelt, welche für die Zelltransformation essenziell sind. In einem Screening und "Hit-to-Lead"-Prozess konnten wir erstmals niedermolekulare Inhibitoren entwickeln, welche die Interaktion von LMP1 und TRAF2 mit einer IC50 Konzentration im nanomolaren Bereich blockieren. Diese Inhibitoren sollen LMP1 von seinem Signalnetzwerk entkoppeln und dadurch den Zelltod der Tumorzelle auslösen. Hier sollen die Effekte der Leitstruktur auf die Signaltransduktion EBV-transformierter B-Zellen näher untersucht werden, um die molekularen Wirkmechanismen des Inhibitors in der Zelle zu charakterisieren und eventuelle Nebenwirkungen besser abschätzen zu können. Dabei sollen vor allem auch globale Effekte des Inhibitors auf das Phosphoproteom der Zielzelle mit Hilfe von Proteomik erfasst werden. Dieses Projekt wird dadurch auch neue Einblicke in die molekulare Funktionsweise von LMP1 erbringen.
PD Dr. med. Annette Künkele
Entschlüsselung der MYCN-vermittelten Resistenz gegen Neuroblastom-spezifische CAR-T-Zelltherapie (MyCAR)
MYCN ist in ~20% aller Neuroblastome amplifiziert und somit die häufigste genetische Veränderung, die nicht nur zu einem aggressiven Tumorverhalten führt, sondern auch mit einer „immunologisch kalten“ Tumorumgebung einhergeht. CAR-T-Zellen sind ein vielversprechender neuer Ansatz, der bei Leukämien bereits erfolgreich eingesetzt wird, jedoch bei soliden Tumoren enttäuschende Resultate liefert. Auch von uns entwickelte Neuroblastom-spezifische CAR-T-Zellen zeigen in einer klinischen Phase I Studie bislang nur mäßige Erfolge. Unsere Hypothese ist, dass Onkogene wie MYCN die Tumorumgebung so beeinflussen, dass es zu einer reduzierten Wirksamkeit von CAR-T-Zelltherapien kommt. Wie genau dies auf molekularer und zellulärer Ebene abläuft, wollen wir mit diesem Projekt herausfinden. Dabei nutzen wir die neue Methode eines genomweiten CRISPR/Cas9 Loss-of-Function-Screens, bei dem man alle bisher bekannten Gene über eine kommerziell erhältliche Bibliothek ausschalten und die hervorgerufenen Effekte messen kann. Auf diese Weise wollen wir untersuchen, ob primäre oder erworbene MYCN-bedingte Resistenzmechanismen der Tumorzellen dafür verantwortlich sind und wie diese überwunden werden können.
Dr. rer. nat. Gloria Lutzny-Geier
Kommunikation von malignen B-Zellen mit T-Zellen und mesenchymalen Stromazellen der Knochenmarknische in einem 3D-Stroma/Leukämie Modell
Stromazellen im Knochenmark können maligne B-Zellen vor dem Zelltod durch Chemotherapeutika schützen. Das fördert den Erhalt residueller Tumorzellen nach Therapie und ist bei B-Zell Neoplasien von großer klinischer Bedeutung. Die Kommunikation unterschiedlicher Zelltypen soll in einem dreidimensionalen (3D) Stroma/Leukämie-Modell mit mesenchymalen Stromazellen (MSC), leukämischen B-Zellen und autologen T-Zellen untersucht werden. Das 3D-Modell kann die in vivo Situation deutlich besser darstellen, indem primäre Leukämiezellen natürlichere Interaktionen mit umliegenden MSCs eingehen können. Die Tumorzellen im 3D-Modells sollen charakterisiert werden, um essentielle Veränderungen zu identifizieren. Das Migrationsverhalten der T-Zellen soll dokumentiert, deren Differenzierung und Funktionalität analysiert werden. Veränderungen im Signalosom der MSCs sollen dargestellt werden. Die Analyse der Immunzellen bei Ersterkrankung im Vergleich zum Zeitpunkt eines Rezidivs sowie die therapieinduzierten Veränderungen sollen die Grundlage zu spezifischeren oder individualisierten Therapien sein, die eine messbare Resterkrankung langfristig eliminieren und zu einer vollständigen Heilung führen.
Prof. Dr. med. Hendrik Poeck
Bedeutung des intestinales Mikrobioms für Immunantwort und Prognose von Patienten mit Tumorerkrankungen und SARS-CoV-2 Infektion am Beispiel zweier Modellsituationen – ambulante Behandlung und stationäre Aufnahme
Der Krankheitsverlauf von Tumorpatienten mit SARS-CoV-2 Infektion wurde bisher nicht systematisch untersucht. Wir stellen als Ausgangspunkt dieses Forschungsvorhabens die Hypothese auf, dass die oropharyngealen und gastrointestinalen Mikrobiota bei Tumorpatienten den Schweregrad der Erkrankung mit SARS-CoV-2 und damit die Prognose insgesamt beeinflussen. Deshalb werden in diesem Forschungsvorhaben Tumorpatienten mit nachgewiesener SARS-CoV-2 Infektion und eine gleich große Vergleichsgruppe ohne SARS-CoV-2 Infektion im Vergleich zu Patienten mit Infektion ohne Tumorerkrankungen nachverfolgt und dabei sequentiell klinische Parameter erhoben und Biomaterialien (Rachenspülwasser, Stuhl, Blut und ggfls. Gewebeproben) asserviert und mit modernen high throughput-Methoden analysiert. Die Ergebnisse werden bioinformatisch so zusammengeführt, dass das Verständnis pathophysiologischer Zusammenhänge und die Etablierung von Biomarkern zukünftig Risikostratifikationen und Therapieentscheidungen ermöglicht und über eine Veränderung der Versorgungsstruktur die Therapieergebnisse bei Patienten mit Tumorerkrankungen und SARS-CoV-2 Infektion insgesamt verbessert.
Dr. med. Sebastian Schober
Die Rolle der allogenen Stammzelltransplantation bei Kindern und jungen Erwachsenen mit Hochrisiko-Weichteilsarkomen – Gibt es einen therapeutischen Nutzen?
Das Rhabdomyosarkom ist der häufigste, bösartige Weichteiltumor bei Kindern. Die Überlebensraten bei Metastasierung oder Rückfall stagnieren seit Jahrzehnten bei 20-30%. Es gibt keine effektive Behandlung bei Chemotherapie-refraktärem Verlauf. In einzelnen Zentren wurden daher Hoch-Risikopatienten (HR-P) mittels allogener hämatopoetischen Stammzelltransplantation (HSCT) behandelt; mit dem Ziel der Induktion eines graft-versus-tumor Effekts. Es wurden Transplantate (Tx) mit übereinstimmenden HLA-Typus (human leukocyte antigen, HLA-matched) und HLA-mismatched Tx eingesetzt. Hierbei besteht die Gefahr einer lebensbedrohlichen graft-versus-host Erkrankung, trotz besseren Einsatzes von Immunsuppresiva. In einer matched-pair Analyse soll das Überleben von transplantierten HR-P mit jeweils 3 HR-P, die keine HSCT erhielten, verglichen werden. Aufgrund der Toxizität und mangelnder Studienlage ist zu klären, ob dieser Ansatz von Nutzen ist. Mittels uni- und multivariabler Analysen, welche Sterblichkeit und weitere, prognostische Faktoren berücksichtigen, soll endgültig geklärt werden ob, bzw. für wen die HLA-matched bzw. HLA-mismatched HSCT eine kurative Option darstellt.
PD Dr. med. Juliane Walz
Charakterisierung des Immunopeptidoms der chronischen myeloischen Leukämie (CML) und weiterer myeloproliferativer Erkrankungen zur Entwicklung Peptid-basierter Immuntherapiekonzepte (3)
Peptid-basierte Immuntherapieansätze stellen eine vielversprechende Option für die Behandlung myeloproliferativer Erkrankungen (MPN) dar. Grundvoraussetzung solcher Therapien sind die Charakterisierung Tumor-assoziierter HLA-präsentierter Antigene, die Optimierung des T-Zell-Kompartiments sowie die Auswahl geeigneter Adjuvantien. Diese Aspekte wurden in den beiden vorhergehenden Förderperioden des Projekts bereits erfolgreich adressiert. In der beantragten Fortsetzungsperiode soll nun die Auswahl MPN-assoziierter Antigene mittels Charakterisierung kryptischer Neoepitope aus nicht-kodierenden Genomregionen vervollständigt werden sowie der Einfluss des angeborenen Immunsystems, insbesondere der TLR-Signaltransduktion, auf die Wirkung von TLR-Agonisten als Adjuvantien in MPNs evaluiert werden, um so eine rationale Grundlage für den Einsatz Peptid-basierter Immuntherapien in MPN-Patienten zu schaffen. Darüber hinaus soll im Angesicht der aktuellen Bedrohung durch die SARS-CoV-2 Pandemie für die hier im Fokus stehende MPN-Patientengruppe eine Charakterisierung der SARS-CoV-2 Immunität erfolgen, um neue Erkenntnisse hinsichtlich Risikobewertung und Impfstoffentwicklung zu gewinnen.
Knochen, Muskulatur + Bindegewebe
Prof. Dr. med. Heidi Hahn
Rolle von WNT5A und der ß-Cateninunabhängigen WNT Signalwege beim Rhabdomyosarkom
Rhabdomyosarkome (RMS) sind Weichgewebstumoren bei Kindern, die in embryonale (ERMS) und die aggressiveren alveolären (ARMS) RMS unterteilt werden. In vitro und in vivo Daten aus der ersten Förderperiode zeigen, dass kanonisches WNT/ß-Catenin Signaling bei RMS eine untergeordnete Rolle spielt und keinen Einfluss auf Proliferation, Wachstum, Migration, Differenzierung oder die Bildung von Rhabdospheren hat [1]. Im Gegensatz dazu hemmt WNT5A, welches verstärkt bei den weniger aggressiven ERMS exprimiert ist, Proliferation, Wachstum und Invasivität und erhöht den Differenzierungsgrad bei gleichzeitiger Verminderung von Stammzellcharakteristika. WNT5A aktiviert zudem den WNT/Ca2+ und den WNT/JNK Signalweg und destabilisiert ß-Catenin. Im diesem Folgeantrag sollen a) die WNT5A Experimente vervollständigt und publiziert werden, b) Rezeptoren, die durch WNT5A aktiviert werden, identifiziert und c) der WNT5A-assoziierte Mechanismus aufgedeckt werden, der ß-Catenin destabilisiert. Zudem soll die Wechselwirkung zwischen WNT5A-exprimierenden Tumorzellen und -stroma untersucht und ein präklinischer Therapieversuch mit WNT5A Mimetica oder RMS-spezifischen chimären T-Zellen gestartet werden.
Dr. rer. nat. Julia Maltzahn, von
Induktion der myogenen Differenzierung in Rhabdomyosarkomzellen zur unterstützenden Krebstherapie
Wir konnten zeigen, dass der transkriptionelle Repressor TRPS1 im embryonalen Rhabdomyosarkom (ERMS) exprimiert wird und dadurch die terminale Differenzierung in ERMS verhindert wird. Reduktion der TRPS1 Level in ERMS führt zur verbesserten Differenzierung der Zellen, welche als unterstützende Therapie zur Behandlung von ERMS verwendet werden könnte. Wir verfolgen die Hypothese, dass ERMS Zellen die Expression des TRPS1 nicht herunterregulieren und daher nicht terminal differenzieren können. Dies führt zu einer kontinuierlichen Proliferation und Tumorwachstum. Wir wollen die molekularen Ursachen für die Inhibition der Differenzierung in Folge aberranter TRPS1 Level in ERMS untersuchen. Zudem planen wir, die Veränderungen in Signalwegen aufgrund der aberrant erhöhten TRPS1 Expression in ERMS zu untersuchen und Wirkstoffe zu identifizieren, die die Expression des TRPS1 im ERMS reduzieren. Ferner sollen Experimente durchgeführt werden, in denen der Effekt der TRPS1 Reduktion in ERMS Tumoren im Tiermodell auf Tumorwachstum und Induktion der Differenzierung untersucht wird mit dem Ziel der Etablierung der Grundlagen für eine Differenzierungs-induzierende Therapie des ERMS beim Menschen.
Leber, Gallenwege + Pankreas (exokrin)
Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Mathias Heikenwälder
Aufklärung der Rolle von DKK3 in der Leberkrebsentstehung und Klärung des Potentials von DKK3 als molekulares Ziel in der Leberkrebs-Kombinationstherapie
Leberkrebs gehört weltweit zu den häufigsten krebsbedingten Todesursachen und entwickelt sich in der Regel im Zusammenhang mit chronischer Entzündung. Derzeit kann „late-stage“ Leberkrebs mit Pan-tyrosinkinase Inhibitoren oder durch Immuno-therapie behandelt werden - mit zum Teil unbefriedigender Ansprechrate - vor allem bei nicht-viral induziertem Leberkrebs (z.B. Fett-/Alkohol Leber). Hauptgrund dieser schlechten Ansprechraten ist das immunsuppressive Umfeld der Leber. Wir haben ein neues molekulares Target - Dickkopf3 (DKK3) - identifiziert, dessen genetische oder therapeutische Unterdrückung die Progression des Leberkrebs steuert. Wir konnten in murinen und humanen Lebertumoren (HCC und iCC) zeigen, dass DKK3 spezifisch nur im Tumorgewebe exprimiert wird. Blockieren von DKK3 führte zu einer erhöhten anti-Krebs Immunantwort im Tumor/ Tumorumfeld der Leber. In dieser Studie, die auf unserem initialen Wilhelm Sander-Stiftung Antrag aufbaut, wollen wir die genauen Zellen der DKK3 Expression im Leberkrebs identifizieren (im Tiermodell und Menschen; z.B. single cell RNA Seq) und das Potential der DKK3 Suppression im Zusammenhang mit PD1-verknüpfter Immunotherapie untersuchen.
PD Dr. rer. nat. Bastian Höchst
Kombinationstherapie des hepatozellulären Karzinoms
Das hepatozelluläre Karzinom (HCC), die weltweit zweithäufigste krebsbedingte Todesursache, stellt aufgrund des tolerogenen Milieus der Leber eine besonders anspruchsvolle Malignität für Immunoonkologische Therapien dar. Nachdem 2015 der erste onkolytische Vektor zugelassen wurden, werden diese derzeit intensiv weiterentwickelt. Ihre besondere Eigenschaft liegt neben der direkten Lyse der Tumorzellen, darin, dass sie eine starke Immunreaktion gegen den Tumor induzieren und somit auch Fernmetastasen zerstört werden können. Allerdings sind bisherige immunonkologische Therapien in der Leber, nur wenig erfolgreich. Immunsuppressive Zellen im Tumor, wie myeloide Suppressorzellen unterbinden eine effiziente Immunantwort. Wir konnten zeigen, dass diese Zellen vermehrt beim HCC vorliegen und die Effektorfunktion von Immunzellen unterbinden. Auf Grundlage unserer Vorarbeiten planen wir eine Immuntherapie, bei der wir eine virobasierte Lyse von Tumorzellen und damit verbundenen Aktivierung des Immunsystems mit einer funktionellen Beeinflussung des myeloiden Kompartiments, zusammen mit einer Immun-Checkpoint-Inhibition kombiniert.
Prof. Dr. phil. nat. Matthias Lauth
Die DYRK2-HSF1 Achse als therapeutische stromale Zielstruktur im Pankreaskarzinom
Mit einer 5-Jahres-Überlebensrate von unter 10% ist das duktale Pankreaskarzinom (PDAC) nach wie vor einer der tödlichsten Tumorerkrankungen. PDAC zeichnet sich durch eine ausgeprägte histologische Desmoplasie mit signifikanter lokaler Immunsuppression aus. Wichtige Treiber dieser Vorgänge sind tumor-assoziierte Fibroblasten (CAFs), welche das Tumorstroma fibrotisch umbauen und zahlreiche direkte und indirekte Interaktionen mit dem Immunkompartiment eingehen. Ein wichtiger Faktor für die malignen Eigenschaften von Tumorzellen sowie CAFs ist der Transkriptionsfaktor HSF1, welcher aber nur schwer einer pharmakologischen Inhibition zugänglich ist. Im Gegensatz dazu lässt sich die Aktivität von HSF1 indirekt durch die Inhibition der HSF1-stimulierenden DYRK2 Kinase supprimieren, welche im PDAC überexprimiert und mit einem schlechten Überleben assoziiert ist. Im hier vorgeschlagenen Projekt möchten wir die funktionalen Effekte von DYRK2 und dessen Inhibition im Tumor- und vor allem im Stromakompartiment untersuchen. Zudem soll mittels Mausmodellen der translationale Wert einer pharmakologischen DYRK2 Inhibitionsstrategie unterstrichen werden.
Prof. Dr. med. Jens Marquardt
Entschlüsselung der Rolle des DNA-Reparaturgens PARP-1 als therapeutisches Ziel bei KRAS-mutierten intrahepatischen Cholangiokarzinomen
KRAS Mutationen gehören zu den häufigsten genetischen Veränderungen beim intrahepatischen Cholangiokarzinom (iCCA). Neben pro-tumorigenen Eigenschaften führt eine beschleunigte RAS-Signalübertragung zu intrazellulärem Stress, wodurch RAS-gesteuerte Tumoren besonders empfindlich auf onkogene Veränderungen reagieren. Mehrere Studien implizieren, dass Hemmung von Poly (ADP-Ribose) Polymerase 1 (PARP-1) das Überleben von KRAS-mutierten Tumorzellen selektiv beeinflussen kann. Die Rolle von PARP-1 in iCCA ist jedoch noch unklar. Mit Hilfe eines integrativen Ansatzes soll die Relevanz von PARP-1 in KRAS-mutierten iCCA analysiert und zugrunde liegende molekulare Mechanismen einer spezifischen PARP-1 Hemmung charakterisiert werden. Ferner sollen die Ergebnisse mittels eines PARP-1-spezifischen Knockout-Mausmodels und spezifischer Induktion von Tumoren unter Verwendung der hydrodynamischen Schwanzveneninjektion validiert werden. Um eine mögliche translationale Relevanz für humane Tumoren zu evaluieren, werden die identifizierten molekularen Profile mit unabhängigen iCCAs überlagert. Letztendlich soll die Relevanz einer PARP-1-Hemmung für KRAS-mutierte iCCA konklusiv erfasst werden.
Lunge + Atemwege
Prof. Dr. rer. nat. Oliver Jäkel
Strahlentherapie von Lungenkrebspatienten: Identifikation von Risikofaktoren für strahleninduzierte Pneumonitis mittels neuronaler Netze.
Kann ein Convolutional Neural Network (CNN) das Risiko einer Pneumonitis nach Strahlentherapie von Lungenkrebspatienten akkurat vorhersagen? Unsere Hypothese ist, dass die Vorhersagegenauigkeit für Pneumonitis unter Verwendung von CNNs deutlich höher ist als für „klassische“ Toxizitätsmodelle, die auf Dosis-Volumen-Parametern und/oder Texturmerkmalen basieren. Zudem möchten wir anhand von Visualisierungstools verstehen, welche Features vom CNN gelernt wurden, und ob die Lokalisation dieser Features mit dem Ort der Pneumonitis auf Nachsorge-CT-Bildern korreliert. Das Patientenkollektiv besteht aus n=271 Lungenkrebspatienten. Bei n=17 Patienten wurde in Nachsorgeuntersuchungen Pneumonitis detektiert. Neben klinischen Parametern (Alter, Raucherstatus, etc.) liegen die applizierten Dosisverteilungen sowie die Nachsorge-CTs für alle Patienten vor. Das CNN Training erfolgt über Transferlernen eines vortrainierten 3D CNNs. Ist das Projekt erfolgreich, kann der Algorithmus für die klinische Risikoabschätzung einer strahleninduzierten Pneumonitis verwendet werden und der Behandlungsplan (bzw. die Dosis) kann entsprechend frühzeitig, d.h. noch während der Behandlung angepasst werden.
Prof. Dr. rer. nat. Alexander Schramm
Analyse von Resistenz und klonaler Evolution in ALK-positiven nicht-kleinzelligen Lungentumoren
Obwohl ALK-getriebene nicht-kleinzellige Lungentumore (NSCLC) häufig sensitiv auf gerichtete Therapien reagieren, entwickeln die Patienten früher oder später Resistenzen. Neuartige ALK-Inhibitoren verlängern den Zeitraum des Progressions-freien Überlebens, aber der Einfluss unterschiedlicher ALK-Varianten und –Mutationen auf Therapieansprechen und Resistenzentwicklung bleibt unklar. Daher ist die Entwicklung molekularer Biomarker entscheidend für die Vermeidung von Resistenz und Therapieversagen nach ALK-Inhibition in ALKpositiven-NSCLC. In Mausavataren (PDX= „Patient-derived Xenografts“) können wir die klinische Bandbreite humaner ALKpositiver Tumore abdecken und kliniknahe Kohortenstudien im Tiermodell durchführen. Basierend auf Ansprechen und Resistenzentwicklung können wir alternative Therapieoptionen vorschlagen. Die Analyse der intratumoralen Heterogenität wird dabei wesentlich von molekularer Barcode-Technologie getragen. In Kombination mit Einzelzellanalysen werden wir den Fragen nach klonaler Evolution und Resistenzentwicklung gegen ALK-gerichtete Therapien nachgehen, um neue, rational basierte Strategien für die Behandlung von ALKpositiven NSCLC vorschlagen zu können.
Nervensystem + Sinnesorgane
Prof. Dr. med. Holger Scholz
Charakterisierung von WT1 als potenzielles Zielmolekül in Neuroblastomen
Das Neuroblastom ist eine der häufigsten bösartigen Neubildungen bei Kindern. Es resultiert aus einer Differenzierungsstörung neuronaler Ganglienzellen des Sympathikus. Ein hohes Expressionsniveau von Wilmstumorprotein WT1 in Neuroblastomen ohne MYCN Amplifikation korreliert mit einer geringen Überlebensrate der Erkrankten. WT1 ist ein Zinkfingerprotein, dessen alternative Spleißvarianten auf verschiedenen Ebenen der Genexpression wirksam sind. Im Rahmen des Forschungsvorhabens soll WT1 als mögliches therapeutisches Zielmolekül in Neuroblastomzellen untersucht werden. Während der ersten Förderperiode konnten wir nachweisen, dass ein Sauerstoffmangel, der einen undifferenzierten Tumorphänotyp begünstigt, die WT1 Expression in Neuroblastomzellen stimuliert und den zugrundeliegenden molekularen Mechanismus aufdecken. Weiterhin konnten wir Kandidatengene, die potenziell durch WT1 in Neuroblastomzellen reguliert werden, ermitteln. Im Rahmen der beantragten Verlängerung sollen diese Gene hinsichtlich ihres Einflusses auf die zelluläre Malignität weiter charakterisiert und sauerstoffabhängige Mechanismen der Genexpression in Neuroblastomzellen untersucht werden.
Prof. Dr. med. Ulrich Schüller
Etablierung eines Mausmodells zur Erforschung der Pathogenese pädiatrischer maligner Gliome mit MYCN Amplifikation
Maligne Gliome gehören zu den bösartigsten Tumoren des Kindesalters. Alternativ zu H3F3A hotspot Mutationen sind hier vor allem MYCN Amplifikationen als Tumor-treibende genetische Alteration bekannt. MYCN amplifizierte Gliome, die in ca. 60 % der Fälle auch TP53 Mutationen aufweisen, zeigen klar abgrenzbare Muster der globalen DNA Methylierung und Genexpression und grenzen sich auch klinisch von anderen Hirntumorentitäten des Kindesalters ab. In Vorarbei-ten haben wir hGFAP-cre::loxSTOPloxMYCN,p53Fl/Fl Mäuse generiert, die maligne Gliome mit einer Überexpression von MYCN und einem Verlust von p53 ausbilden. Dieses Modell möchten wir nun nutzen, um die Biologie und Behandlungsmöglichkeiten MYCN amplifizierter maligner Gliome besser zu verstehen. Zunächst soll der zeitliche und zelluläre Ursprung der Tumoren auf-geklärt werden. Anschließend soll das lokale Wachstumsverhalten, die Ausbreitung des Tumors und das unabhängige Wachstum in vitro und in vivo untersucht werden. Schließlich werden wir morphologisch und molekular analysieren, inwiefern murine und humane Tumoren vergleichbar sind, bevor in einem letzten Schritt erste zielgerichtete therapeutische Ansätze verfolgt werden sollen.
Niere + Harnwege
Dr. med. Ferdinand Seith
Erhebung funktioneller und struktureller Gewebeparameter der Nieren in der Magnetresonanztomographie zur frühen Detektion einer therapieinduzierten Nephropathie bei Patienten unter Radionuklidtherapie: eine Pilotstudie
Einschränkungen der Nierenfunktion können einen wesentlichen Einfluss auf die Morbidität und Mortalität von Patienten haben. In der Onkologie kann dies eine Fortsetzung von nierenschädigenden Therapien limitieren und damit einen potenziellen Therapieerfolg gefährden. Dies ist auch der Fall bei der Radionuklidtherapie, wie sie insbesondere bei Patienten mit fortgeschrittenen Prostatakarzinomen (PCa) oder neuroendokrinen Tumoren (NET) zum Einsatz kommt. Hier sind die Nieren als Hauptausscheidungsorgan des Radiopharmakons einer hohen, potentiell schädigenden, Strahlenexposition ausgesetzt und werden daher unter Therapie regelmäßig kontrolliert. Die etablierten Methoden zur Beurteilung der Nierenfunktion bilden gerade in frühen Stadien eine sich eventuell entwickelnde Nephropathie nicht ab. Die quantitative Magnetresonanztomographie (qMRT) konnte in den letzten Jahren erfolgreich weiterentwickelt werden und bietet neue quantitative Parameter des Nierenparenchyms, die dabei helfen könnten, die Wahrscheinlichkeit des Entstehens einer Nephropathie einzuschätzen oder diese früher als die bisherigen Methoden zu erkennen. Die vorliegende Studie soll dazu dienen, diese funktionellen Gewebeparameter mittels eines Probandenkollektivs auf ihre Robustheit zu überprüfen, sie im Rahmen einer longitudinalen Patientenstudie mit etablierten Methoden zu vergleichen und ein standardisiertes Untersuchungs- und Auswerteprotokoll für zukünftige Studien zu etablieren.
2020
Brustdrüse
PD Dr. rer. nat. Simone Brabletz
Zusammenspiel des EMT Transkriptionsfaktors ZEB1 mit dem MRN DNA-Reparatur-Komplex – spezifischer Angriffspunkt für die Krebstherapie
Plastizität von Tumorzellen erlaubt nicht nur die Anpassung an alle Anforderungen im Verlauf der oft tödlichen Metastasierung, sondern auch die Entwicklung einer Resistenz gegen Standardtherapien. Wir konnten den Transkriptionsfaktor ZEB1 als zentralen Faktor dieser Plastizität und assoziierter Therapieresistenz identifizieren. Ziel unserer Arbeit ist die Eliminierung der stark ZEB1 exprimierenden, hochresistenten Krebszellen (ZEB1hi), als Grundlage für neue Therapien gegen resistente Tumoren. Wir identifizierten erhöhten Replikationsstress in ZEB1hi Zellen, den diese Zellen nur durch eine starke Aktivität des MRN DNA-Reparatur-Komplexes bewältigen können. Wir haben damit eine angreifbare Schwachstelle entdeckt und erzielen eine starke Reduktion der ZEB1hi Population durch pharmakologische Inhibition des MRN Komplexes. Im beantragten Projekt werden wir daher den MRN Komplex als möglichen Angriffspunkt in der Krebstherapie charakterisieren und zeigen, dass ein gezielter Angriff auf hochresistente ZEB1hi Zellen mit Hilfe des MRN-Inhibitors Mirin die Effizienz von Standard-Chemotherapien verbessert.
Dr. rer. nat. Roman Hennel
Zelltodformen in der Strahlentherapie des Mammakarzinoms: Therapeutische und immunologische Implikationen.
Die Strahlentherapie ist ein zentrales Behandlungsmodul des Mammakarzinoms. Ihre Wirkung beruht auf der Induktion von Tumorzelltod und der Abrogation des klonogenen Tumorzellüberlebens. Daten der letzten Jahre haben gezeigt, dass das Immunsystem einen Beitrag zum strahlentherapeutischen Erfolg leistet. Die Art des strahlungsinduzierten Zelltods ist dabei von Bedeutung, da sterbende Zellen Einfluss auf ihre lokale und systemische Umgebung nehmen. Nach Bestrahlung scheinen nekrotische Zelltodformen in Tumorzellen zu dominieren. Welche der neu definierten Nekroseformen vorherrscht und welche lokalen und systemischen Konsequenzen dies hat, ist weitestgehend unbekannt und Gegenstand dieses Projektvorhabens. Die Bedeutung verschiedener Zelltodformen soll charakterisiert werden, und ihr Einfluss auf lokale und systemische tumorzellautonome und nicht-tumorzellautonome Konsequenzen in vitro und in vivo untersucht werden. Die Ergebnisse dieses Projektvorhabens sollen dazu beitragen, den Zusammenhang von strahlungsinduziertem Zelltod, Modulation des Tumormikromilieus und systemischen immunologischen Effekten besser zu verstehen, um radio(immun)therapeutische Kombinationskonzepte zu entwickeln.
PhD Dr. Sjoerd J. L. Wijk, van
Modulierung der linearen Ubiquitinierung zur Kontrolle von (nicht)immunogenem Zelltod, Nekroinflammation und Tumorentwicklung bei luminalem Brustkrebs
Die für luminalen Brustkrebs charakteristische erhöhte lineare Ubiquitin (M1 Ub)-abhängige NF-ĸB-Aktivität beeinflusst verschiedene Formen des programmierten Zelltods (PCD), Entzündungsprozesse und Tumoraggressivität. Eine gezielte Regulation von M1 Ub Signalwegen könnte eine neuartige Krebstherapie darstellen, da M1 Ub mit erhöhtem Brustkrebswachstum und Invasivität einhergeht. Im beantragten Forschungsprojekt sollen durch die Modulation von M1 Ub Signalwegen (nicht)immunogener PCD, Makrophagen- Differenzierung, Entzündungsprozesse und Brustkrebswachstum untersucht werden. Zunächst wird M1 Ub in luminalen Brustkrebszelllinen, Sphäroiden und Patienten-abgeleiteten Organoiden gehemmt; dies wird mit immunen Zell-Ko-Kulturen kombiniert; dann werden NFĸB, PCD, Makrophageninvasion und -differenzierung in intakten Proben mittels 3D-Lichtbogen-Fluoreszenzmikroskopie analysiert. Die Rolle von M1 Ub bei der Regulation des in vivo Tumorwachstums wird an primären Brustkrebsorganoiden im Xenograft-Mausmodell analysiert. Insgesamt soll das vorliegende Forschungsprojekt die Bedeutung von M1 Ub Signalwegen bei der Regulation entzündlicher Prozesse und Brustkrebswachstum untersuchen.
Endokrines System
Dr. rer. nat. Nils Hartmann
Die Rolle von mitochondrialen DNA-Veränderungen und des mTOR-Signalweges in neuroendokrinen Tumoren des Pankreas
Neuroendokrine Tumore stellen eine relativ seltene Gruppe von Neoplasmen dar, die schwer zu therapieren sind. Jüngste Studien identifizierten die Aktivierung des mTOR-Signalweges als einen von vier Hauptsignalwegen, der in neuroendokrinen Tumoren verändert ist. Außerdem konnte kürzlich gezeigt werden, dass der mTOR-Signalweg die Biogenese von Mitochondrien kontrolliert. Wir wollen herausfinden, ob und welche Auswirkungen der mTOR-Signalweg auf Mitochondrien und mitochondriale DNA (mtDNA) in neuroendokrinen Tumoren des Pankreas hat. Hierzu werden wir in einer großen Kohorte die mTOR-aktivierten Tumore identifizieren und anschließend eine umfangreiche Analyse der mtDNA und anderer mitochondrialer Parameter durchführen. Außerdem werden wir in pankreatischen, neuroendokrinen Zelllinien zum einen mtDNA-Veränderungen induzieren und zum anderen den mTOR-Signalweg inhibieren. Durch die Bestimmung mitochondrialer Paramter und des mTOT-Status in den manipulierten Zellen lassen sich so funktionelle Zusammenhänge zwischen mTOR-Signalweg und mitochondrialer Biogenese aufdecken. In Zukunft könnte die Kombination von mTOR- und Mitochondrien-Inhibitoren eine neue und vielversprechende Strategie zur Behandlung von Krebs darstellen.
Univ.-Prof. Dr. med. Andreas Linkermann
Die Rolle der Regulierten Nekrose bei Adrenokortikalen Karzinomen und ihr therapeutisches Potential
Adrenokortikale Karzinome (ACCs) sind bösartig entartete Tumore der Nebenniere, welche aktuell mit dem unspezifischen Medikament Mitotane, einem dem Pestizid DDT (1,1-(dichlorobiphenyl)-2,2-dichloroethane) eng verwandten Molekül, behandelt werden. Durch einen bisher unbekannten Wirkungsmechanismus tötet Mitotane Tumorzellen direkt ab. Unser Verständnis von Regulierten Zelltodwegen (RCD) hat sich in den letzten Jahren bedeutend erweitert. In ersten Experimenten wiesen wir nach, dass ACCs sehr sensitiv für den nekrotischen Zelltodweg der Ferroptose sind. Mitotane allerdings induziert allenfalls unspezifisch andere Zelltodwege, die Apoptose und in geringem Maße auch die Nekroptose, und ist daher ineffektiv. Ferroptose ist pharmakologisch induzierbar. Wir wollen mit Hilfe dieser Förderung klären, welche Zelltodwege sich beim ACC gezielt auslösen lassen um eine neuartige Therapie zu entwickeln. Das Verständnis der relativen Sensitivität der ACCs für klar definierte Zelltodsignalwege ist für ein solches Vorhaben unabdingbar. Ein solcher therapeutischer Ansatz wäre deutlich spezifischer als die Behandlung mit Mitotane, und hat daher vermutlich deutlich weniger Nebenwirkungen bei stärkerer anti-Tumor Wirkung.
Prof. Dr. med. Martin Röcken
Zellzyklusregulation bei der Immuntherapie von Tumoren mittels Immun-Checkpoint-Blockade und CDK4/6 Inhibition
Tumorimmuntherapien, wie die Immun-Checkpoint-Blockade (ICB), verursachen selten eine Tumoreradikation, sondern eine Tumorregression gefolgt von einer Gleichgewichtsphase. Während die toxische Wirkung des Immunsystems in der Regression gut belegt ist, sind die Mechanismen der Gleichgewichtsphase ungeklärt. Die Hypothese des Projekts geht davon aus, dass die durch Interferon-g (IFN)- und Tumornekrosefaktor (TNF)-vermittelte, zytokin-induzierte Seneszenz (CIS) bei der Tumorimmunüberwachung eine wichtige Rolle spielt. Allerdings ist die Signalkaskade der CIS in Tumoren oft funktionell unterbrochen. Da mit den CDK4/6-Inhibitoren Moleküle zur Verfügung stehen, die direkt auf den Zellzyklus zielen, soll hier untersucht werden, wie CDK4/6-Inhibitoren die CIS in signaltransduktionsgestörten Tumoren beeinflussen, und wie die IFN-g-Signale und die CDK4/6-Blockade in Tumoren, in denen seneszenzinduzierende Moleküle genetisch gestört sind, interagieren. Dies ist klinisch relevant, da derartige Aberrationen gehäuft in therapierefraktären Melanomen vorkommen. Wir erwarten von den Ergebnissen eine klare Aussage, ob es sinnvoll ist, Immuntherapien mit Zellzyklusinhibitoren zu kombinieren.
Gastrointestinaltrakt, Mundhöhle + Speicheldrüsen
Prof. Dr. rer. nat. Holger Bastians
TP53/TP73 -Defizienz als Schalter für eine Chromosomaler Instabilität und Tumorzell-Invasivität beim kolorektalen Karzinom
Aggressivität und Metastasierung von Tumore sind häufig mit einer hohen chromosomalen Instabilität (CIN) assoziiert. In der ersten Förderphase des Projekts haben wir gefunden, dass der Verlust der Tumorsuppressoren TP53 und TP73 in kolorektalen Karzinomzellen (CRC) eine erhöhte Mikrotubuli-Dynamik auslösen und dadurch sowohl CIN als auch eine erhöhte Zellmigration und –invasion als Marker für die Metastasierung auslösen kann. Jedoch ist nicht der CIN-Status, sondern Zentrosomen-Amplifikationen, die zu einer abnormalen Mikrotubuli-Dynamik führen, für die Migration/Invasion der CRC-Zellen entscheidend. Dabei spielen überraschenderweise auch parakrine und Her-2 abhängige Signalwege eine zentrale Rolle. Um die Metastasierung von CRC-Zellen in vivo zu analysieren, haben wir in der ersten Förderphase ein orthotopes CRC-Nacktmausmodell etabliert, das es uns erlaubt, Tumorwachstum und Metastasierung zu analysieren. Basierend auf unseren neuen Erkenntnissen wollen wir in der beantragten zweiten Förderphase des Projekts die Metastasierungsmechanismen in Anhängigkeit von Mikrotubuli-Dynamik und Zentrosomenamplifikation in vitro und in vivo untersuchen und damit das Projekt abschließen.
Prof. Dr. rer. nat. Felix B. Engel
IQGAP3: von der Herzentwicklung hin zu Therapieansätzen bei Krebserkrankungen
Kardiomyozyten etablieren nach der Geburt einen Zellzyklusarrest, assoziiert mit Zytokinesedefekt und Zentrosomabbau. Da Herztumore sehr selten sind, erscheint der Arrest effizient. Es ist zudem schwierig, Tumor-relevante Prozesse wie Proliferation und Migration in Kardiomyozyten zu induzieren. Dies legt nahe, dass Kardiomyozytendifferenzierung ein ausgezeichnetes Modell zur Identifizierung neuer potentieller Targets zur Krebsbehandlung darstellen. Wir schlagen vor, IQGAP3 im kolorektalen Karzinom zu untersuchen da: 1) seine Expression während der Herzentwicklung herunterreguliert und mit Zytokinesedefekten assoziiert ist; 2) IQGAP3 in proliferierenden Zellen der Kolonkrypten exprimiert und in kolorektalen Karzinomen hochreguliert ist; einer der häufigsten und tödlichsten Krebsarten. Um die Rolle von IQGAP3 bei Proliferation und Migration zu bestimmen, wird seine Funktion in Zelllinien moduliert, ein Zebrafisch-Xenotransplantatmodell verwendet und Lebendzellbildgebung durchgeführt. Vorläufige Daten stützen unsere Hypothese, und wir erwarten, dass unsere Forschung dazu beitragen wird, die Mechanismen des Zellzyklusarrestes in Kardiomyozyten besser zu verstehen und IQGAP3 als mögliches Ziel für Krebstherapien zu verifizieren.
Prof. Dr. med. Georg Häcker
Die Rolle einer subletalen Aktivierung des Apoptosesystems bei der Tumorentstehung durch Infektionen und Entzündung
Viele Tumoren sind die Folge von Infektionen oder von chronischen Entzündungen. Wir glauben, dass wir einen Mechanismus identifiziert haben, durch den Infektionen und Entzündungen Mutationen im Genom hervorrufen und menschliche Zellen zur Tumorentstehung prädisponieren. Vor einigen Jahren wurde gezeigt, dass das zelleigene Apoptosesystem, dessen Aufgabe es ist, die Zelle zu töten, bei „subletaler“ Aktivierung in der Lage ist, permanente Mutationen ins Genom einzuführen. Wir konnten zeigen, dass sowohl Pathogene (Viren, Bakterien, ein Parasit) als auch Entzündungsmediatoren (TNF, Interferon, reaktiver Sauerstoff) zur subletalen Aktivierung des Apoptosesystems führen und durch die DNAse CAD DNA-Schäden auslösen können. Hier wollen wir die Hypothese weiter testen, dass diese subletalen Apoptosesignale zur Tumorentstehung beitragen. Wir haben in vitro Testsysteme etabliert, die Mutationen und onkogene Transformation detektieren können. Wir haben darüber hinaus Mausmodelle, die eine infektions-/entzündungsassoziierte Tumorentstehung und ihre Abhängigkeit von CAD bzw. vom Apoptosesystem testen können. Der Nachweis dieses Zusammenhangs könnte eine gezielte Tumorprävention ermöglichen.
Prof. Dr. rer. nat. Axel Hillmer
Räumlich-transkriptomische und funktionelle Analyse der Interaktion von Tumorzellen und cancer associated fibroblasts (CAFs) bei Adenokarzinomen des Ösophagus
Die 5-Jahres-Überlebensrate von operablen Adenokarzinomen des Ösophagus (EAC) beträgt nur etwa 50% (1,2). Subpopulationen von Karzinom-assoziierten-Fibroblasten (CAFs) sind ein wichtiger Bestandteil des tumor microenvironment (TME) und tragen durch räumlich begrenzte Interaktion mit den Karzinomzellen zur metastatischen Ausbreitung und Therapieresistenz des Tumors bei (3–6). Unter Verwendung der neuen spatial transcriptomics-Technologie möchten wir das TME von EAC transkriptomisch analysieren, um die räumliche Heterogenität des TME darzustellen und Nachbarschaftsbeziehung von Zellpopulationen aufzudecken. Wir werden diese entscheidenden Interaktionen mittels hochauflösender Multiplextechnology (Hyperion, Fluidigm) validieren. Identifizierte, distinkte CAF-Populationen sollen isoliert und mit Karzinomzellen co-kultiviert werden, um Interaktionen durch funktionelle Analysen aufzuklären. Anhand eines klinisch annotierten EAC tissue microarray mit 900 Tumoren wollen wir anschließend eine prognostische Relevanz ableiten. Mit unserer Arbeit sollen neue Erkenntnisse zur räumlichen Interaktion von EAC und TME erlangt werden, um neue therapeutische Ziele zu identifizieren.
Prof. Dr. rer. nat. Thomas Iftner
Neue Interaktionen der onkogenen Proteine E6 und E7 der Humanen Papillomviren – Funktion in der Tumorigenese und molekulare Komplexcharakterisierung für neue Therapieansätze
Es gibt über 200 Typen der humanen Papillomviren (HPV). Eine Infektion mit sogenannten Hochrisiko-Typen kann zur Tumorbildung führen. Die onkogenen Virusproteine E6 und E7 rekrutieren gezielt zelluläre Proteine und induzieren so die Zellentartung. Das Interaktom von E6 und E7 mit zellulären Proteinen ist extensiv erforscht. Dabei wurden bisher E6 und E7 vorrangig separat betrachtet. Wir haben entdeckt, dass E6 direkt mit E7 interagiert. Das Forschungsvorhaben soll nun diese Interaktionen hinsichtlich Komplexbildung und –funktion, sowie als neuen Therapieansatz charakterisieren. Dabei wollen wir: (I) einen phylogenetischen Zusammenhang der Interaktionen innerhalb der Papillomviren analysieren (zellbasierte Interaktionsanalysen) (II) den Einfluss der Interaktion auf Zellimmortalisierung und dem bekannten Interaktom erforschen (Proteomik) (III) den Komplex molekular und strukturell charakterisieren (biophysikalische Analyse) Die zu erwartenden Ergebnisse des Projektes liefern neue Informationen zum Verständnis der HPV-induzierten Tumorigenese. Die Kenntnis zu molekularen Grundlagen erlaubt ein Wirkstoffdesign zur therapeutischen Behandlung von HPV-assoziierten Krebsstufen.
Dr. rer. nat. Peter Jung
Optimierung der kombinierten Signalwegs-Blockade nach ex vivo Resistenz-Modellierung im Kontext der Irinotecan-basierten Chemotherapie am kolorektalen Karzinom
Trotz verbesserter Prognose durch zielgenaue Therapieansätze kommt es bei kolorektalen Karzinom (KRK) Patienten häufig zum Wiederauftreten der Erkrankung (Rezidiv). Klinisch problematisch ist hier das Überdauern von chemotoleranten Krebszellen, welche den Zelltod umgehen und so ein Reservoir für weitere krebsfördernde Mutationen bilden. Anhand unserer Daten zeigen chromosomal instabile KRKs in Form von Patienten-abgeleiteten Tumor Organoiden (PDTOs) nach Adaptation (= ausbleibender Zelltod) an Anti-EGFR-Antikörper plus FOLFIRI eine erhöhte Aktivität des c-MYC Genexpressions-Programms, ein erhöhtes Telomerase Level, sowie eine Sensitivierung gegenüber Inhibition des G2/M Kontrollpunkt-Proteins Aurora Kinase A (AURKA). Wir untersuchen Inhibitoren, welche sich gegen AURKA und dessen Substrat RPS6KB1 richten, auf ihre Fähigkeit, eine apoptotische Sensitivierung von FOLFIRI+Cmab toleranten PDTO Zellen zu bewirken. Weiterhin soll analysiert werden, ob sich dieses apoptotische „Priming“ auch bei KRASmutierten KRK Zellen positiv auf die initiale FOLFIRI Behandlung auswirkt. Dazu sollen Kombinationen von AURKA, pan-HER, sowie MEK Inhibitoren an PDTOs und normalen Kolon Organoiden getestet werden. Ziel ist die Etablierung des Konzepts der ko-klinischen Modellierung von Behandlungs-Strategien gerichtet gegen das chromosomal instabile KRK.
Prof. Dr. med. Christoph Kahlert
Der Einfluss der epithelialen-mesenchymalen Transition (EMT) auf die Exosomen-vermittelte Metastasierungskaskade beim Pankreaskarzinom
Das Pankreaskarzinom (PDAC) bildet häufig Organmetastasen aus. Hierbei spielt die epitheliale-mesenchymale Transition (EMT) ein wichtige Rolle. Zudem führt die EMT zu einer Aktivierung des stromalen Wirtsgewebes. Diese reziproke Wechselwirkung ist ein weiteres zentrales Merkmal der Tumorprogression. Hierbei sind auch Exosome beteiligt. Bei Exosomen handelt es sich um Mikrovesikel mit einer Größe von ca. 50-150 nm. Über Exosome können Tumorzellen und Fibroblasten Nukleinsäuren und Proteine austauschen und dadurch das Metastasierungspotential steigern. Die Grundhypothese des Antrages lautet, dass die EMT die wechselseitige, Exosomen-gesteuerte Interaktion erhöht und die Metastasierung beim Pankreaskarzinom fördert. In Ziel 1 soll mit Hilfe von in-vitro und von Patienten abgeleiteten Modellen untersucht werden, inwiefern die EMT die Aktivierung des umliegenden Wirtsgewebes durch Tumorexosome steigert. Ziel 2 soll klären, ob durch eine zielgerichtete Hemmung von Zielgenen der EMT die Exosomen-vermittelte Aktivierung des Tumormikromilieus beeinflusst wird. In Ziel 3 werden EMT-assoziierte Exosomenmarker als Biomarker für die Diagnostik und Therapieentscheidung evaluiert.
Dr. rer. nat. Svetlana Karakhanova
Sulforaphan-vermittelte Inhibierung der B7-H1 immunregulatorischen Moleküle verbessert Immunantwort im Pankreaskarzinom
Das duktale Pankreasadenokarzinom ist eine der tödlichsten Krebsarten mit geringen therapeutischen Optionen wegen seiner ausgeprägten Therapieresistenz und immunsuppressiven Umgebung. Das Isothiocyanat Sulforaphan, das in hohen Konzentrationen in Brokkoli zu finden ist, gilt als vielversprechende zukünftige KoBehandlungsmöglichkeit, weil es das Pankreaskarzinom nachweislich für Chemotherapeutika sensibilisieren kann. Die immunmodulatorischen Eigenschaften von Sulforaphan im Pankreaskarzinom sind aber noch nicht erforscht. Könnte Sulforaphan auch gegen immunsuppressive Umgebung im Pankreaskarzinom angehen? Unsere Vorarbeiten zeigen, dass Sulforaphan-behandelte humane dendritische Zellen die oberflächliche Expression von immunregulatorischen Molekülen, einschließlich des B7- H1 Moleküls, nach unten regulieren, was Einfluss auf die Lymphozytenstimulation hat. Die Sulforaphan-Behandlung von Pankreaskarzinomzellen vermindert auch die Expression des „Checkpoint“ Moleküls B7-H1, was zu einer geschwächten Tumorzellsuppression und einer verbesserten Proliferation von Lymphozyten führt. Mit Hilfe von spezifischen Inhibitoren, Western Blot und mikro RNA (miRNA) Array ist es uns gelungen, die ersten Signalweg- und miRNA- Kandidaten zu identifizieren, die für diese Sulforaphan Effekte verantwortlich sein könnten. Die Immun-Checkpoint Moleküle spielen bei der anti-Tumor Immunantwort eine entscheidende Rolle, wie es bereits im vergangenen Jahr durch die Nobelpreisverleihung hervorgehoben wurde. Ein Sulforaphan-Einfluss auf solche Moleküle könnte weitreichende Konsequenzen für die anderen Immunzellsubpopulationen und insgesamt für die anti-Tumor Immunantwort im Pankreaskarzinom haben. Unsere Hypothese ist, dass Sulforaphan durch Herunterregulieren von regulatorischen B7-H1 Molekülen, das Suppressionspotential der Zellen und die suppressive Umgebung im Pankreaskarzinom angreift und dadurch auch die Immunabwehr verbessen könnte. Diese Hypothese werden wir in primären menschlichen Immunregulatorischen- und Bauchspeicheldrüsenkrebszellen, durch immunologische, molekulare, histologische, Hochdurchsatz- und bioinformatische Methoden prüfen, um damit zukünftige Ernährungsstrategien bei der Ko-Behandlung von Bauchspeicheldrüsenkrebs zu begründen.
Prof. Dr. med. Ulrich Keller
Synthetische Letalität – Ein Konzept zur Therapie eines aggressiven Pankreaskarzinom Subtyps
Das Pankreaskarzinom bleibt bei zunehmender Inzidenz und gleichbleibend schlechter Prognose ein klinisch hochrelevantes Problem. Zielgerichtete Therapien sind bisher nicht etabliert. Konservative Chemotherapien sind bei Ansprechraten von maximal 30% nicht zufriedenstellend. Die Arbeiten der ersten Förderperiode zeigen in großen Patientenkollektiven die Existenz eines Pankreaskarzinomsubtyps mit Koaktivierung des MYC Netzwerkes und der SUMOylierungsmaschinerie. Dieser Pankreaskarziomsubtyp ist sensitiv auf eine Inhibition der SUMOylierung. Unsere Daten lassen aber auch den Schluss zu, dass eine alleinige Hemmung des SUMO Signalwegs nicht ausreichen wird um einen klinischen Durchbruch zu erzielen. Konsequenterweise soll daher in der zweiten Förderperiode eine SUMO Inhibition-basierte Kombinationstherapie entwickelt und deren molekulare Wirkweise untersucht werden. Die entwickelte Kombinationstherapie soll in prädiktiven Pankreaskarzinommodellen getestet werden. Wir verfolgen zudem Hinweise, dass eine Subgruppe von Patienten durch einen Verlust der DeSUMOylase SENP6 charakterisiert ist, und dass eine dadurch bedingte HyperSUMOylierung für PARP Inhibition sensibilisiert.
Prof. Dr. rer. nat. Gisela Keller
Charakterisierung alternativer Formen der Mikrosatelliteninstabilität im Magenkarzinom
Eine hochgradige Mikrosatelliteninstabilität (MSI-H) tritt in ca. 10% der Magenkarzinome auf und beruht auf Defekten in DNA-Mismatch-Reparaturgenen. Eine niedriggradige MSI (MSI-L) tritt in 4-20% der Tumoren auf. Die Ursache hierfür ist unklar. In der Analyse von 760 Magenkarzinomen zeigten wir für MSI-L eine prognostische und eine prädiktive Relevanz. Eine weitere Form der MSI, die an Tetranukleotid-Repeats (EMAST) auftritt, war in Vorarbeiten in 13/50 (26%) Tumoren nachweisbar. In der Literatur liegen für das Magenkarzinom hierzu keine Daten vor. Ziel des Projektes ist es, die prognostische und prädiktive Relevanz dieser alternativen Formen der MSI zu charakterisieren und zu validieren. Mit der Next Generation Sequencing Technologie soll ein genetisches Profil von MSI-L und EMAST Tumoren einschließlich der Mutationslast erstellt werden. Expressionsanalysen und eine morphologisch, immunologisch basierte Analyse des Tumormikroenvironments ergänzen die Untersuchungen. In einem Folgeprojekt sind Untersuchungen zum molekularen Hintergrund der MSI Phänotypen geplant und unsere Arbeiten sollen zu einem besseren Verständnis dieser Alterationen und deren klinischer Relevanz beitragen.
Dr. med. dent. Christian Knipfer
Entwicklung einer nicht-invasiven, Raman-spektroskopie basierten Biopsie zur Früherkennung von Karzinomen der Mundhöhle mittels künstlicher Intelligenz
Die Früherkennung von Karzinomen der Mundhöhle ist eine wesentliche Voraussetzung für die erfolgreiche Tumortherapie und entscheidend für das Überleben betroffener Patienten. Doch gerade die frühe Erkennung von Tumoren der Mundhöhle im klinischen Alltag ist fehleranfällig und führt meist zu einer Latenz in der Diagnosestellung. Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines optischen, berührungslosen Diagnosesystems für die nicht-invasive Biopsie des oralen Plattenepithelkarzinomes und dessen Vorläuferläsionen. Im klinischen Alltag kann durch die vorgeschlagene Methodik eine objektive Grundlage für die frühzeitige Erkennung von Tumoren der Mundhöhle realisiert werden. Eine in vivo Datenbank spektraler Parameter (chair side / direkt am Patienten) soll nach den im vorangegangenem Projektabschnitt erfolgten erfolgreichen ex vivo Untersuchungen an Gewebeproben generiert werden. Auf Basis dieser optische Biomarker soll durch statistische Modellierung und Analyse der Datenpakete mittels maschineller Lernverfahren (Deep Learning / Neuronale Netzwerke / Künstliche Intelligenz) eine standardisierte, vollautomatische Beurteilung der verdächtigen Läsionen etabliert werden. Die bisher bestehende diagnostische Lücke zwischen der subjektiven Beurteilung durch den Arzt und der chirurgischen Probengewinnung mit dem Goldstandard der histo-pathologischen Gewebeaufarbeitung kann so – durch objektive Parameter gestützt – geschlossen werden. Die Latenz in Diagnosestellung und somit Therapieeinleitung wird mit dem Ziel der Verringerung der Sterblichkeit der betroffenen Patienten verkürzt.
Dr. rer. nat. Christopher Kurz
Dosisakkumulation für bewegliche Ziel- und Risikoorgane in der MRT-geführten online adaptiven Strahlentherapie
Eine weitaus präzisere Behandlung von Krebspatienten in der Radioonkologie wird durch die Magnetresonanztomographie (MRT)-geführte online adaptive Strahlentherapie ermöglicht. Hierbei wird die applizierte Dosis bei jeder einzelnen Behandlungsfraktion an die tagesaktuelle Patientenanatomie, wie auf dem in-room MRT zu sehen, angepasst. Zum heutigen Zeitpunkt erfolgt jedoch keine Erfassung der tatsächlich im Verlauf der Behandlung applizierten akkumulierten Dosis, welche jedoch für die Interpretation von Behandlungserfolgen und möglichen Nebenwirkungen essentiell ist. Im Rahmen dieses Projektes sollen daher Methoden und Werkzeuge für eine akkurate Dosisakkumulation in der MRT-geführten Strahlentherapie entwickelt werden. Als Mustererkrankung dient das Prostatakarzinom. Um eine genaue Dosisakkumulation zu ermöglichen, sollen zunächst Ziel- und Risikostrukturen automatisch mit Hilfe tiefer neuronaler Netzwerke segmentiert werden. Die Akkumulation der Dosis soll entweder über deformierbare Bildregistrierung oder spezielle Organmodelle erfolgen. Schließlich werden potenzielle klinische Benefits durch Berücksichtigung der akkumulierten Dosis in der täglichen Behandlungsadaption untersucht.
Prof. Dr. rer. nat. Bernhard Lüscher
Wechselwirkung der transformierenden Proteine E6 und E7 humaner Papillomviren mit Interferon-regulierten mono-ADP-Ribosyltransferasen
Humane Papillomaviren (HPV) sind mit Cervixkarzinomen und Plattenepithelkarzinomen des Kopf-Hals-Bereichs assoziiert. Die wesentlichen transformierenden Proteine der HPVs sind E6 und E7, die multiple zelluläre Interaktionspartner besitzen. Zentral sind dabei die Wechselwirkungen von E6 mit dem Tumorsuppressor p53 und von E7 mit dem Tumorsuppressor RB. Unsere Vorarbeiten weisen auf eine Verbindung von ADPRibosyltransferasen (ARTDs oder PARPs) in der Wirt-Virus-Interaktion hin, da z.B. mehrere ARTD-Gene durch Interferone (IFN) induzierbar sind. ARTDs sind Enzyme, die ADP-Ribose von NAD+ auf Substrate übertragen. PARP1-Inhibitoren werden in der Tumortherapie eingesetzt und wirken synthetisch letal zusammen mit Defekten in der DNADoppelstrangbruchreparatur durch homologe Rekombination. In diesem Projekt soll die Interaktion von E6 und E7 mit ARTDs untersucht werden. E7-Proteine werden durch IFNinduzierbare ARTDs mono-ADP-ribosyliert, während E6-Proteine diese Enzyme inhibieren können. Wir wollen deshalb verstehen, welche funktionellen Konsequenzen die Modifikation von E7 hat und welche Bedeutung der Inhibition der ARTDs durch E6 in der Zellproliferationskontrolle zukommt.
PD Dr. rer. physiol. Dirk M. Nettelbeck
Immunvirotherapie Gastrointestinaler Tumore basierend auf neuen Adenovirus Serotypen mit höherer onkolytischer und immunstimulierender Wirksamkeit
Onkolytischen Adenoviren (OAds) sind Krebstherapeutika, die Tumorzellen durch selektive Infektion und Vermehrung zerstören und dabei antitumorale Immunantworten auslösen. Ziel des Projektes ist es, eine neue Generation Effizienz-verbesserter OAds zu entwickeln, die für effektive Therapien, insbesondere auch bei häufigeren Tumoren, benötigt werden. Die OAd-Forschung und Entwicklung hat sich bisher nahezu ausschließlich auf einen der inzwischen >100 bekannten Ad-Serotypen konzentriert. In diesem Projekt soll nun erstmals eine umfassende Ad-Serotypen-Bibliothek systematisch untersucht werden, um Serotypen zu identifizieren, die besonders effektive Onkolyse- und Immuneigenschaften besitzen. Dazu werden wir Patienten-abgeleiteten Modelle gastrointestinaler Tumore in vitro und in vivo sowie humane Immunzellen einsetzen. Eine neue Methode zur direkten, sequenzunabhängigen Modifikation adenoviraler Genome ermöglicht es uns im nächsten Schritt, aus den selektierten wildtypischen Ad-Serotypen eine neue Generation tumor-spezifischer OAds zu entwickeln. Diese werden wir mit einem therapeutischen Antikörpergen ausstatten und ihre Wirksamkeit in den kliniknahen Tumormodellen charakterisieren.
Genitaltrakt, männlich
Prof. Dr. sc. hum. Matthias Eder
Intratumorale Heterogenität des Prostatakarzinoms: Entwicklung neuer nuklearmedizinischer Behandlungskonzepte
Die Therapie des metastasierten und hormonrefraktären Prostatakarzinoms stellt eine große klinische Herausforderung dar und Therapieoptionen sind für betroffene Patienten sehr limitiert. Durch die Entwicklung von radioaktiv markierten Inhibitoren des Prostataspezifischen Membranantigens (PSMA) konnte in den letzten Jahren eine vielversprechende neue Therapieform für das metastasierte und hormonrefraktäre Prostatakarzinom klinisch erprobt werden. Trotz überzeugender Erfolge in der klinischen Phase II schmälert jedoch die bekannte Heterogenität des Prostatakarzinoms den langfristigen nuklearmedizinischen Behandlungserfolg. PSMA ist zwar in ca. 90% aller Prostatakarzinome überexprimiert, allerdings wird häufig von einer intratumoralen Heterogenität berichtet. Aufgrund dieser Heterogenität der behandelten Läsionen ist nach initial erfolgreicher Therapie mit Rezidiven zu rechnen. Diese klinische Situation ist Ausgangspunkt des geplanten Projekts. Im Rahmen des Vorhabens werden Radiopharmaka gegen neue Zielstrukturen identifiziert und präklinisch erprobt. Über die beantragten Ansätze ergeben sich neue Diagnoseverfahren und potentiell neue Therapieoptionen im Rahmen eines theranostischen nuklearmedizinischen Konzeptes.
Prof. Dr. rer. nat. Daniel Nettersheim
Die molekularbiologische Untersuchung der Keimzelltumor-Mikromilieu-Interaktion zur Identifikation von Cisplatin-Resistenzfaktoren
Testikuläre Keimzelltumoren (KZT) stellen die häufigsten Tumoren junger Männer im Alter von 17-45 Jahren dar. Trotz hoher Heilungsraten entwickeln bis zu 30% der Pateinten eine Resistenz gegenüber der Cisplatin-basierten Standardtherapie. Diese Resistenzentwicklung ist in der Regel erst nach Metastasierung der KZTs entlang der Körpermittelachse zu beobachten, also außerhalb des ursprünglichen Mikromilieus des Hodens. Am Ansiedlungsort werden KZTs mit verschiedenen Mikromilieu-Komponenten, wie Fibroblasten, Endothel- und Immunzellen konfrontiert. Wir vermuten, dass diese Mikromilieuzellen die Ausbildung einer Cisplatin-Resistenz begünstigen. Daher soll die Interaktion von KZT-Zellen mit Stroma- / Immunzellen in einem 3D-Co-Kulturmodel nachgestellt werden und dessen Einfluss auf die Cisplatin-Sensitivität von KZT-Zellen untersucht werden. Diese Studie wird wichtige Erkenntnisse zu der Interaktion von KZT- mit Mikromilieuzellen liefern und zeigen, durch welche Faktoren die Ausbildung einer Cisplatin-Resistenz begünstigt wird. Ebenso stellen die identifizierten Resistenzfaktoren Ziele einer möglichen neuen Therapie dar.
Genitaltrakt, weiblich
Prof. Dr. med. Matthias Dobbelstein
Carboplatin in Kombination mit HSP90-Inhibitoren zur Elimination maligner Zellen des Ovarialkarzinoms
Bei der Chemotherapie des Ovarialkarzinoms ist Carboplatin meist nur initial wirksam. Zur Verbesserung haben wir Carboplatin mit einem Inhibitor des Heat Shock Protein 90 (HSP90), Ganetespib, kombiniert und eine ausgeprägte synergistische Wirkung beobachtet. Ganetespib führt zum Abbau des Fanconi-Anemia-Reparatur-Apparats (FANC), so dass die Carboplatin-induzierten DNA-Interstrand Crosslinks (ICLs) nicht mehr beseitigt werden. Auf dieser Grundlage wird die Kombination nun in einer multizentrischen Phase II-Studie NCT03783949 evaluiert. Wir wollen nun möglichst frühzeitidiejenigen Tumore identifizieren, die auf diese Therapie ansprechen, insbesondere durch direkt kultivierte Tumorzellen. Ein Dutzend solcher Präparationen lebender Tumorzellen haben wir bereits gewonnen. Sie zeigen erhebliche Unterschiede im Ansprechen auf Ganetespib und Carboplatin. Zudem planen wir, die ICL-Induktion mit FANC-Inhibition weiter zu optimieren, u. a. durch Anwendung verwandter Wirkstoffe mit unterschiedlicher Spezifität. So möchten wir den gezielten Einsatz der neuen Kombinationsbehandlung ermöglichen und parallel die Grundlagen für ihre weitere Verbesserung schaffen.
Dr. rer. nat. Florian Finkernagel
Entschlüsselung des Proteinkinase-Signalnetzwerks in Ovarialkarzinomzellen
Das Ovarialkarzinom (OC) ist die häufigste gyn. Todesursache. Besonders ist die frühe peritoneale Metastasierung (Met.), geprägt durch eine Tumormikroumgebung (TMU) aus Tumorgewebe und Peritonealflüssigkeit (Aszites). Diese spielt, im Kontrast zu Effusionen anderer Krebserkrankungen, eine aktive Rolle bei der Met. und Immunoevasion. Wir haben ein umfangreiches Signalnetzwerk zwischen Tumor- und Immunzellen aufgedeckt und klinisch relevanter Mediatoren identifiziert. Unklar blieb, besonders im Hinblick auf die verlaufsbestimmende peritoneale Met., wie die durch Aszites ausgelösten Signale intrazellulär umgesetzt werden. Wir wollen diese Weiterleitungen in “high-grade” serösem OC aufklären. Alle potentiell relevanten Proteinkinasen wurden identifiziert. Mittels siRNA-Interferenz, RNAseq und etablierter Bioinformatik sollen ihr Signalnetzwerk entschlüsselt werden. Dieses Netzwerk wird mit klinisch relevanten Mediatoren im TMU verknüpft. Aufgrund des Charakters dieses Ansatzes gehen wir davon aus, dass neue therapeutisch relevante Zielproteine entdeckt werden. Da Proteinkinasen pharmalogisch effizient hemmbar sind, wäre der Grundstein zur Entwicklung verbesserter Therapeutika gelegt.
Prof. Dr. rer. nat. Karin Hoppe-Seyler
Repression der STAT3-Expression in HPV-positiven Tumorzellen
Die Arbeitsgruppe der Antragstellerin hat kürzlich entdeckt, dass Eisenchelatoren, wie Ciclopirox (CPX), die HPV-Onkogenexpression hemmen und in HPV-positiven Tumorzellen Apoptose induzieren. Sie besitzen daher möglicherweise Potential für die Therapie HPVpositiver Tumore. Vorarbeiten der Antragstellerin ergaben, dass zu den am stärksten durch CPX reprimierten Faktoren das anti-apoptotische STAT3-Protein gehört, welches als eine wichtige therapeutische Zielstruktur für viele Tumorentitäten gilt. Mechanistisch führt CPX zu einer Destabilisierung des STAT3-Proteins - was unter therapeutischen Gesichtspunkten den interessanten Vorteil besitzen könnte, die vielfältigen pro-tumorigenen STAT3-Aktivitäten gemeinsam zu hemmen. Das Arbeitsprogramm untersucht: (1) Mechanismen der CPX-induzierten Apoptose in Zervixkarzinomzellen und die Rolle von STAT3 bei diesem Prozeß, (2) Wechselwirkungen zwischen den HPV-Onkogenen und STAT3 und (3) die Effekte von CPX auf die STAT3-Expression in weiteren Zellmodellen. Übergeordnetes Ziel des Vorhabens ist es, eine Basis für die Entwicklung neuer Therapieansätze für HPV-positive Tumore - und möglicherweise auch weiterer Tumorentitäten - zu schaffen.
Dr. sc. nat. Francis Jacob
Der Einfluss von Glykosphingolipiden auf molekulare und zelluläre Wirkmechanismen beim metastasierenden Ovarialkarzinom
Fundierte Beweise belegen, dass der Eierstockkrebs durch den reversiblen Übergang von epithelialen in mesenchymale Krebszellen (EMT) zur Metastasierung und Chemotherapieresistenz beiträgt. Weder ein gezielter Angriff auf krankheitstreibende mesenchymale, noch eine Überführung dieser in epitheliale Tumorzellen (MET) führten bisher zum Erfolg. Unsere Arbeit schlägt die im Zusammenhang mit EMT bisher wenig beachtete Molekülklasse der Glykosphingolipide (GSLs) vor. Außerdem korreliert die Expression der GSLs mit einem tumorspezifischen EMT Muster (z.B. E-cadherin ~ Globosides). Unter zu Hilfenahme der CRISPR-Cas9 Technologie können wir dies auch beweisen, indem wir das Gen ST8SIA1 mutieren und mesenchymale in epitheliale Krebszellen überführen (MET). Des Weiteren deuten Phospho-proteomische Daten auf eine GSL-spezifische HER2/Kalzium-Signaltransduktionskaskade hin – Ergebnisse, welche wir aktuell funktionell und translational mittels MALDI Imaging und Tissue Microarray untermauern. In diesem Fortsetzungsgesuch möchten wir diese Erkenntnisse weiter vertiefen und den GSL-basierten EMT entschlüsseln, um potenziell therapeutische Epitope („Targets“) weiter zu eruieren.
Haut + malignes Melanom
Prof. Dr. rer. nat. Charlotte Esser
Etablierung eines γδT—Zell-kompetenten Hautäquivalents: zur Rolle der γδT Zellen in der Haut bei UV Bestrahlung
Der weiße Hautkrebs ist der häufigste Tumor weltweit. 3D-Hautmodelle sind in diesem Zusammenhang ein wichtiges Forschungsinstrument, um Mechanismen zu untersuchen, auch für therapeutische Ansätze. In der Haut existieren verschiedene Wege, um Tumorzellen zu eliminieren, die z.B. durch UV-Bestrahlung entstehen. Hierzu gehören die Enzyme der DNA-Reparatur, sowie Tumorsuppressorgene wie p53, die Keratinozyten in Apoptose gehen lassen, wenn DNA-Schäden zu groß werden. Bisher ganz unzureichend erforscht sind allerdings lokal vorhandene Zellen des angeborenen Immunsystems, die entartete Zellen erkennen und abtöten können. In der humanen Haut sind dies insbesondere Vδ1 γδ T Zellen. Es gibt jedoch keine 3D- Hautmodelle, in denen solche γδ T Zellen integriert sind. Mit dem vorliegenden Antrag wollen wir diese Lücke schließen und auf der Basis unseres Langzeit-Hautäquivalents erstmals ein γδ T Zell-kompetentes Hautmodell generieren. Das Modell soll dann dazu verwendet werden, um die anti-tumorigene Potenz von γδ T Zellen im Gewebeverband der Haut zu analysieren und die Frage zu beantworten, welche Rolle der Arylhydrokarbonrezeptor, einem Sensor für UV-Lichtstress, hierbei hat.
Prof. Dr. rer. nat. Dr. sc. Edgar Serfling
Das Calcineurin/NFAT-Netzwerk als Werkzeug für Tumor- Immuntherapien
Das CN/NFAT (Calcineurin/Nuclear Factor of Activated T Cell) Netzwerk kontrolliert die Aktivität des Immunsystems und spielt eine wichtige Rolle bei der Tumor-Abwehr. CN de-phosphoryliert zytosolische NFAT-Faktoren, induziert dadurch ihren Kerntransport, ihre DNA-Bindung und transkriptionelle Aktivität. Die Inspektion menschlicher Melanome zeigte die ausschließliche Lokalisierung der NFAT-Faktoren im Zytoplasma Tumor-infiltrierender T-Zellen (TILs), während die Aktivität einer konstitutiv aktiven (ka) Version von CN in T-Zellen die Entstehung muriner Tumore hemmte. Entsprechend dieser Befunde über eine wichtige Rolle von CN/NFAT-Signalen beim Tumorwachstum nehmen wir an, dass die Überexpression einer ka-Version von CN, allein oder zusammen mit NFATc1, die ‚Fitness‘ von CD8+T-Zellen und ihre Aktivität gegenüber Tumoren verstärkt. Um diese Hypothese in einem Tiermodell zu überprüfen, planen wir, ka-Versionen von CN, allein oder zusammen mit NFATc1, in CD8+T-Zellen zu über-exprimieren und diese nach adoptivem Transfer in Mäusen hinsichtlich ihrer Anti-Tumoraktivität zu testen. Wir erwarten, dadurch einen wichtigen Beitrag zur Verbesserung von Immuntherapien zur Behandlung von Tumoren des Menschen leisten zu können.
Prof. Dr. med. Andrea Tüttenberg
GARP: regulatorisches Schlüsselmolekül im Tumormikromilieu und neues Target zur Tumorimmuntherapie
Das maligne Melanom gehört zu den bösartigsten Tumoren weltweit mit zunehmender Inzidenz. In frühen Stadien werden durch operative Verfahren Heilungsraten >80% erreicht. Im Falle einer Metastasierung sinkt die Überlebenswahrscheinlichkeit dramatisch. In den letzten Jahren erlangten verschiedene immuntherapeutische Ansätze (anti-CTLA-4, anti-PD-1 Antikörper) sowie zielgerichtete Therapien (BRAF/MEK-Inhibitoren) eine zunehmende klinische Bedeutung. Die aktive Suppression der immunologischen Abwehr in Tumorpatienten durch ein inhibitorisches Tumormikromilieu limitiert immuntherapeutische Strategien in ihrer Wirksamkeit. Ziel vieler Studien ist daher die Charakterisierung neuer regulatorischer Moleküle und Signalwege humaner Tumorzellen und ihrer Bedeutung für das Tumormikromilieu, um neue Biomarker sowie Zielstrukturen für immuntherapeutische Ansätze zu identifizieren. In der vorangegangenen Antragsperiode haben wir GARP, seine Regulation und seine Bedeutung für maligne Tumoren wie das Maligne Melanom und das Glioblastom genauer beleuchtet und seine Bedeutung als Biomarker sowie als mögliches Target für eine (Antikörper-basierte) Tumortherapie untersucht.
Immunsystem + Hämatopoese
Dr. rer. nat. Michael Aigner
Adoptive Immuntherapie mit SARS-CoV-2 spezifischen T-Zellen bei Patienten nach allogener Stammzell-Transplantation
Die durch das neuartige Coronavirus SARS-CoV-2 verursachte Erkrankung COVID-19 verursacht aktuell eine Pandemie mit tausenden Erkrankten und einer Letalität von ca. 0,5-10%. Insbesondere ältere und vorerkrankte Menschen sind einer hohen Gefahr durch dieses Virus ausgesetzt und versterben häufig an der dadurch verursachten Lungenentzündung. Unser Immunsystem spielt eine entscheidende Rolle bei der Bekämpfung von und dem Schutz vor derartigen Virusinfektionen. Daher sind insbesondere Patienten nach allogener Stammzelltransplantation durch dieses Virus bedroht. Ziel dieses Antrags ist es, die spezifische T-Zell Antwort gegen SARS-CoV-2 zu charakterisieren und die Generierung SARS-CoV-2 spezifischer T-Lymphozyten für einen adoptiven Transfer bei Patienten nach allogener Stammzelltransplantation zu etablieren.
PD Dr. rer. nat. habil. med. Hanna-Mari Baldauf
Targeting SAMHD1 for degradation to enhance Ara-C cytotoxicity in AML cells
2017 konnten wir SAMHD1 als potenten Biomarker für die Cytarabin Antwort in Patienten mit AML identifizieren. Innerhalb dieser Studie konnten wir nachweisen, dass die Behandlung von AML-Zelllinien und primären AML-Blasten mit Virus-ähnlichen Partikeln (VLPs), in die SAMHD1-interagierende Vpx Proteine des Makaken 251 Affen-Immundefizienzvirus inkorporiert waren, die Ara-C-Zytotoxizität bis zu 100-fach erhöht. Im bisher geförderten Projekt haben wir einen in vitro SAMHD1 Degradationsassay etabliert und validiert, mit dem wir bereits bakteriell hergestelltes Vpx in seiner Funktion testen konnten. Wildtyp 3xflag-Vpx-VLP als auch CPP (cell penetrating peptides)-vermittelte Aufnahme eines 67 Aminosäure Vpx-Fragmentes führten ebenfalls zu einer SAMHD1 Degradation als auch zusätzlich zu einer Steigerung der Ara-C Chemotoxizität. Eine weitere Struktur-basierte Reduktion der Aminosäuren ergab, dass alle drei Helices von Vpx vorhanden sein müssen, um SAMHD1 zu degradieren. Basierend darauf möchten wir im Folgeantrag rekombinantes, in Säugertierzellen hergestelltes Vpx in Liposome sowie drug-Liposome als auch nanoMOFs verpacken und parallel mit den bereits etablierten VLPs als auch CPPs anwenden, um so den Einfluss auf die Zytotoxizität von Ara-C als auch Decitabine auf AML-Zelllinien als auch Blasten von AML-Patienten auszutesten. Zusammengefasst wird diese Studie die Entwicklung von optimierten Peptid- oder lentiviralen Protein-basierten Verfahren unterstützen mit dem Ziel, neue Ara-C- und Decitabine-basierte therapeutische Optionen für AML-Patienten mit hoher Blasten-assoziierter SAMHD1-Expression zu eröffnen.
Dr. rer. nat. Wibke Bayer
Identifikation von immunsuppressiven Sequenzen in retroviralen Hüllproteinen und Analyse ihres Einflusses auf Tumor-Entstehung und -Kontrolle
Während die Inzidenz von Immundefizienz-assoziierten Tumorerkrankungen in HIV-Infizierten auf Grund der sehr effektiven antiretroviralen Therapie stark zurückgegangen ist, haben sich nicht-AIDS definierende Tumorerkrankungen zu einer der Haupt-Todesursachen bei HIV-infizierten Patienten entwickelt, was unter anderem auf höhere Inzidenzen und aggressivere Verläufe zurückzuführen ist. Ein Faktor der hierfür verantwortlich sein kann ist die durch HIV induzierte Immunsuppression, die auch in der effektiven Therapie bei stabilen CD4+ T-Zell-Zahlen beobachtet wird. Eine wichtige Rolle bei der Induktion der Immunsuppression wird dem HIV-Hüllprotein (Env) zugesprochen, es handelt sich hierbei um eine konservierte Eigenschaft, die sich bei allen Retroviren findet. Diese immunsuppressiven Eigenschaften von retroviralen Env-Proteinen sollen in dem vorgeschlagenen Forschungsvorhaben charakterisiert, und an ihr beteiligte Protein-Sequenzen identifiziert werden. Erkenntnisse über die Mechanismen der Immunsuppression nach retroviraler Infektion und den Einfluss auf die Tumorkontrolle können wichtige Erkenntnisse für eine verbesserte Therapie von Tumor-Erkrankungen bei HIV-Patienten liefern.
Prof. Dr. rer. nat. Thomas Blankenstein
Einfluss der Bindung von Interferon-γ an die extrazelluläre Matrix auf Wirksamkeit und Toxizität des Zytokins
Interferon-γ (IFNγ) ist essentiell bei der Bekämpfung von Krankheitserregern und Tumoren. T-Zellen sezernieren IFNγ, das in hohen Konzentrationen toxisch ist. Hohe IFNγ-Konzentrationen dienen als Marker für Toxizität beim Zytokinfreisetzungssyndrom, welches bei der CD19-CAR-T-Zelltherapie hämatologischer Erkrankungen, nicht aber bei der Abstoßung solider Tumore auftritt. Aufgrund dieses Unterschieds vermuten wir, dass bei soliden Tumoren IFNγ im Gewebe zurückgehalten wird. Diese Annahme wird durch Sequenzanalysen gestützt. Während 450 Millionen Jahren Wirbeltierevolution ist IFNγ wenig konserviert, ein Motiv von positiv geladenen Aminosäuren (KRKR) ist jedoch hoch konserviert, was auf die Bedeutung des Motivs hindeutet. KRKR bindet negativ geladenes Heparansulfat (HS) im Bindegewebe, allerdings ist die biologische Funktion dieser Bindung unbekannt. Unsere vorläufigen Daten legen nahe, dass die KRKR Deletionsmutante im Vergleich zu WT-IFNγ höhere Serumspiegel erreicht. Das Ziel des vorliegenden Antrags ist es, die biologische Funktion des KRKR-Motivs zu untersuchen. Basierend auf den Vorexperimenten vermuten wir, dass die HS-Bindung systemische Toxizität von IFNγ verhindert.
Dr. med. Philipp Greif
Veränderungen des Fettsäurestoffwechsels und pharmakologische Entgegenwirkung in ZBTB7A defizienter Leukämie
Tumorzellen haben oft einen veränderten Stoffwechsel, um sich ausreichend mit Energie für das unkontrollierte Wachstum zu versorgen. Der Transkriptionsfaktor ZBTB7A reguliert die Glykolyse und ist sowohl bei bestimmten Formen der akuten myeloischen Leukämie (AML) als auch bei verschiedenen soliden Tumoren mutiert. Vor kurzem konnten wir zeigen, dass ZBTB7A-Überexpression die klonale Expansion von humanen Blutvorläuferzellen unterdrückt. Weiterhin fanden wir, dass der Funktionsverlust von ZBTB7A in Leukämiezellen zu einer erhöhten Glucose-Abhängikeit und einer gesteigerten Empfindlichkeit gegenüber einem Hemmstoff der Glycolyse führt. Zuletzt haben wir beobachtet, dass ZBTB7A-Verlust auch den Fettstoffwechsel verändert und somit weitere therapeutische Angriffspunkte liefert. Daher werden wir nun die metabolische Inhibition von ZBTB7A- defizienten Leukämiezellen in Zellkultur- und Mausmodellen untersuchen. Transkriptionsprofile auf Einzelzellebene werden Einblicke in die Dynamik der zellulären Signalwege liefern. Weiterhin soll die Wechselwirkung zwischen Stoffwechsel und Differenzierung von Blutzellen untersucht werden.
Dr. med. Johann-Christoph Jann
Charakterisierung der Knochenmarknische myeloischer Neoplasien mittels „Single-cell Sequencing“ bei Patienten mit Myelodysplastischen Syndromen (MDS)
Die Knochenmarknische ist ein wichtiger Bestandteil in der Pathogenese Myelodyplastischer Syndrome (MDS) bei der Entstehung von hämatopoetischer Insuffizienz und leukämischer Transformation. Die Wechselwirkung von Nische und Hämatopoese stellt ein vielversprechendes Ziel für neue Therapiestrategien dar, weil damit gemeinsame Signalwege adressiert werden, die unabhängig von den vielen molekularen Aberrationen myeloischer Neoplasien sind. Single cell RNA-Sequencing erlaubt eine neu aufgelöste molekulare Charakterisierung der Subpopulationen der Knochenmarknische. Damit werden wir die primäre Knochenmarknische auf Einzelzellebene in Patienten mit MDS untersuchen. Gleichzeitig werden wir auch ein umfangreiches Panel an FACS-Epitopen bestimmen, dass es anschließend ermöglicht, krankheitsspezifische Nischenzellen prospektiv zu sortieren. In innovativen Xenotranplantationsexperimenten sollen diese funktionell näher charakterisiert werden. Mit umfangreichen Analysemethoden werden wir die Frage beantworten, welchen Beitrag diese Nischenzellen zur klonalen Progression, Stammzellerschöpfung und Differenzierungsstörung haben und für neue Therapieansätze weiterentwickeln.
Dr. rer. nat. Stefanie Verena Junk
Fall-Kontroll-Studie zur Risikobewertung konstitutioneller Varianten in 43 Kandidatengenen bei Zweitmalignomen nach Therapie pädiatrischer akuter lymphoblastischer Leukämie
Durch intensive Polychemotherapie können heute die meisten Kinder mit akuter lymphoblastischer Leukämie (ALL) geheilt werden, dennoch entwickeln bis zu 10% als Spätfolge der ALL-Therapie ein Zweitmalignom („secondary malignant neoplasm“, SMN) mit oft sehr schlechten Heilungschancen. Sowohl die Früherkennung der Patienten mit erhöhtem Risiko als auch ein besseres Verständnis der zugrundeliegenden Pathobiologie sind daher essentiell für die Entwicklung zukünftiger präventiver Strategien. Erste Forschungsergebnisse zeigen, dass bei der SMN-Entwicklung nach pädiatrischer ALL-Therapie erbliche Faktoren eine bedeutende Rolle spielen können. Wir möchten mit dem hier vorgeschlagenen Projekt dazu beitragen diese genetischen Faktoren besser zu charakterisieren. Der direkte Vergleich zu ALL-Patienten mit gleicher Therapie aber ohne SMN, erlaubt es diejenigen Faktoren herauszuarbeiten, die es ermöglichen die gefährdeten Patienten schon während der primären Therapie zu erkennen. Art und Lokalisierung der genetischen Varianten können Hinweise auf involvierte biologische Mechanismen liefern. Die gewonnenen Informationen möchten wir zur Entwicklung neuer und besserer therapeutischer Strategien nutzen.
Prof. Dr. med. Dietrich Kabelitz
Modulation der Interaktion zwischen gamma/delta T-Zellen und Tumorzellen durch TLR7/8 und STING Liganden
γδ T-Zellen haben großes Potential für die zellbasierte Immuntherapie in der Krebsbehandlung, da sie eine Vielzahl von Tumorzellen abtöten können. Ziel des Vorhabens ist die Charakterisierung der Modulation der γδ T-Zell/Tumorzell-Interaktion durch Liganden für TLR7, TLR8 sowie für den zytoplasmatischen DNA Sensor STING (STimulator of INterferon Genes); Liganden für alle drei Rezeptoren sind in der Entwicklung als Adjuvantien für den klinischen Einsatz. Im Rahmen der bisherigen Förderung haben wir bereits den Einfluss der Liganden auf die Aktivierung von γδ T-Zellen untersucht sowie Experimente zur Modulation der Sensitivität von Tumorzellen gegenüber γδ T-Zell Lyse durchgeführt. Diese müssen jedoch noch an größeren Serien verifiziert und mechanistisch weiter untersucht werden. Ferner soll der Einfluss der Liganden auf die reziproke Interaktion zwischen γδ T-Zellen und Tumorzellen untersucht werden. Wir versprechen uns neue Erkenntnisse darüber, wie die anti-Tumor Effektorfunktion von γδ T-Zellen durch diese PRR Liganden verstärkt und möglicherweise die in einigen Studien berichtete pro-tumorigene Aktivität von γδ T-Zellen durch PRR Liganden überkommen werden kann.
Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Karl-Heinz Klempnauer
Charakterisierung niedermolekularer Inhibitoren des Transkriptionsfaktors MYB
Akute myeloische Leukämie (AML) ist eine häufige Form der Leukämie bei Kindern und Erwachsenen, die insbesondere für ältere Patienten eine schlechte Prognose hat daher verbesserte therapeutische Ansätze erfordert. Arbeiten der letzten Jahre haben den Transkriptionsfaktor MYB als mögliches “drug target” in das Blickfeld gerückt. Meine Arbeitsgruppe hat erstmals niedermolekulare Verbindungen als Hemmstoffe für MYB identifiziert und erste Hinweise erhalten, dass MYB Inhibition therapeutisch relevante Effekte in AML Zellen auslöst, u.a. die Entwicklung einer aggressiven AML in einem Mausmodell signifikant verzögert. Die Hemmung der Aktivität von MYB durch niedermolekulare Inhibitoren erscheint als daher erfolgversprechender Ansatz zur Behandlung der AML und möglichweise anderer, MYB-abhängiger Neoplasien. In unseren Vorarbeiten haben wir kürzlich eine neuartige, sehr aktive MYB-inhibitorische Substanz identifiziert und initial charakterisiert. In dem beantragten Forschungsprojekt möchten wir die zellbiologische Wirkung den den molekularen Mechanismus dieses Inhibitors detailliert untersuchen, um das Potential der Inhibition von MYB als therapeutischem Ansatz weiter zu untermauern.
Prof. Dr. rer. nat. Rolf Marschalek
Biology of t(6;11) fusion proteins and their specific role in lineage switch from AML to T-ALL – part II
We have quite successfully developed an in vitro model system for t(6;11) translocations which resemble the fusion proteins deriving from breakpoints in the major and minor BCR of the human MLL gene. Our results showed not only the different gene expression signatures when these fusion proteins were tested alone or in combination, we also realized myeloid and T-cell signatures in the different settings. Now, we apply here for a second funding period where we want to use the established expression constructs to investigate their feature in a homologous setting, namely in human hematopoietic stem cells (huHSC's). We will repeat our previous experiments in this more complicated system, by the help of external experts. Our constructs will be nucleofected and selected before transgenes were turned-on for 48h or for a longer period of time. RNA will be again investigated by our established RNASeq technology to gain insight into the consequences in terms of differential gene expression followed by target gene validation. In addition, dimerization capacity of all fusion proteins will be tested, and potential binding partners that explain the oncogenicity will be investigated.
PD Dr.med. Sebastian Ochsenreither
Identifikation von Antigenen in leukämischen Stammzellen für die adoptive T-Zelltherapie der akuten myeloischen Leukämie
Die Elimination der leukämischen Stammzellen (LSC) bei der akuten myeloischen Leukämie (AML) ist essentiell für eine Heilung. Dieses ist durch eine adoptive T-Zelltherapie gegen Leukämie-assoziierte Antigene (LAA) zu erreichen, bei der T-Zellen des Patienten mit einem LAA-spezifischen T-Zellrezeptor (TCR) transfiziert werden. Die Identifikation LSC-spezifischer LAA ist das Ziel dieses Projektes. In diesem Rahmen wurden bereits 35 Gene mit selektiver Expression in LSC (und in einem Fall zusätzlich in testis) durch Analyse von microarray-Daten identifiziert. Basierend auf deren Expressionsmuster in der quantitativen reverse transcribed (qRT) PCR und deren Funktion wurden drei Kandidaten-Proteine ausgewählt und diese bereits zusammen mit HLA A*02:01 in die Zelllinie HeLa transfiziert um präsentierte Epitope mittels Massenspektrometrie zu identifizieren. Gegen diese werden T-Zellklone generiert. Mit Killing assays wird durch Koinkubation von T-Zellklonen mit Zelllinien und primären Blasten die Prozessierung und Präsentation der Epitope gezeigt. Nach Abschluss des Projekts sollen ein bis zwei Antigene für die klinische Anwendung weiterentwickelt werden.
Univ.-Prof. Dr. med. Bodo Plachter
Präklinische Evaluierung einer Cytomegalovirus-Vakzine zur Prävention viraler Komplikationen nach allogener hämatopoetischer Stammzelltransplantation
Die allogene, hämatopoetische Stammzelltransplantation (HSCT) ist eine wichtige Option zur Behandlung von hämatologischen Neoplasien. Eine schwerwiegende Komplikation der HSCT ist die Reaktivierung von Cytomegalovirus (HCMV). Der Einsatz neuer Virostatika zur Prophylaxe ist mit einer verminderten Frequenz der HCMV-Reaktivierung assoziiert, sie kann jedoch Spätkomplikationen nicht verhindern. Als zusätzliche Strategie wird daher aktuell der Einsatz von HCMV-Vakzinen geprüft. Im Gegensatz zu herkömmlichen Impfstrategien verfolgen wir den Ansatz eines kombinierten Transfers antiviraler T-Zellen und der in-vivo Stimulation dieser Zellen durch Vakzinierung mit subviralen Dense Bodies (DBs) nach Beendigung der antiviralen Prophylaxe. In der ersten Antragsperiode haben wir sehr interessante Ergebnisse hinsichtlich der Interaktion von DBs mit verschiedenen Zelltypen erhalten. Diese Arbeiten sollen fortgeführt werden, um die molekularen Mechanismen zu verstehen, wie sich DBs auf die Zelle und die Virusinfektion auswirken. Die Ergebnisse sollen schlussendlich in den Genehmigungsprozess für die Durchführung von klinischen Studien zum Einsatz der DB-Vakzine nach HSCT einfließen.
Dr. med. Anne Rensing-Ehl
Autoimmun-lymphoproliferatives Syndrom als Modellerkrankung zur Untersuchung der Ontogenese, Signal-vermittelten Steuerung und Funktion hyperproliferativer FAS-kontrollierter T Zellen
Das autoimmune lymphoproliferative Syndrom (ALPS) wird durch FAS Mutationen hervorgerufen und ist durch Akkumulation von TCRαβ+CD4-CD8- doppelt negativen T Zellen (DNT) gekennzeichnet. In der ersten Antragsperiode konnten wir zeigen, dass diese Zellen überraschenderweise nicht Folge der ALPS Erkrankung sind, sondern bei Gesunden vorkommen, aber ohne FAS-Signal unkontrolliert proliferieren. Jetzt möchten wir die Ontogenese, spezifische Prägung und Funktion dieser FAS kontrollierten (FC) T-Zellen untersuchen. Mittels Massenzytometrie und single cell RNA sequencing von Thymozyten und reifen T Zellen wird die Ontogenese modelliert. Zell-intrinsische und extrinsische Faktoren werden identifiziert, die die Prägung und Expansion von FC T Zellen steuern. Durch sequentielle TCR Sequenzanalysen werden Eigenschaften des FC T-Zell Repertoires, des Zellumsatzes und der Antigenspezifität untersucht. Schließlich wird die Funktion dieser neuen physiologischen T Zellpopulation untersucht. Die Analysen werden Schlüsselelemente in der Kontrolle der Differenzierung, Proliferation und Funktion humaner T Zellen identifizieren mit Implikationen für benigne und maligne lymphoproliferative Erkrankungen.
Prof. Dr. med. Helmut Salih
Entwicklung eines optimierten Immunzytokins für die Immuntherapie der AML
IL-15 ist ein Zytokin, welches potent NK Zellen und auch CD8 T Zellen stimulieren kann und das, u.a. gekoppelt an Antikörper als sogenanntes Immunzytokin (IC), für die Tumortherapie erprobt wird. Das grundsätzliche Problem bisheriger IC sind die erheblichen Nebenwirkungen durch „off-target“-Effekte des Zytokinteils, was die Applikation therapeutisch optimaler Dosen verhindert. In Vorarbeiten wurden IC entwickelt, die aus Fc-optimierten Antikörpern und einem modulierten IL-15 bestehen, welches gentechnisch so modifiziert wurde, dass die Zytokinwirkung abhängig von der Bindung des Antikörpers ist (modifizierte IC, MIC Proteine). Dadurch wird, im Gegensatz zu bisher verfügbaren Formaten, eine weitgehend zielzell-restringierte Aktivität ermöglicht, die deutlich höher ist als die parentaler Fc-optimierter Antikörper. Als Zielantigene werden im geplanten Vorhaben FLT3/CD135 bzw. CD133 verwendet, wodurch ein Einsatz bei der AML ermöglicht wird, wo bislang keine immunstimulierenden Antikörper verfügbar sind. Im vorliegenden Projekt sollen diese MIC Proteine umfassend präklinisch, u.a. mit Patientenleukämiezellen in vitro sowie in Mausmodellen, funktionell charakterisiert werden.
PD Dr. med. Denis Martin Schewe
Mechanismen der ZNS-Infiltration bei der Akuten Lymphoblastischen Leukämie
Die verlässliche Detektion und gezielte Bekämpfung von ALL-Zellen im zentralen Nervensystem (ZNS) stellt eine Herausforderung in der Diagnostik und Therapie der akuten lymphoblastischen Leukämie (ALL) dar. Die Identifikation neuer Zielstrukturen scheint dringend erforderlich. Wir können zeigen, dass sowohl der prä-B-Zell-Rezeptor (präBCR)-Signalweg, als auch der assoziierte Interleukin 7 Rezeptor (IL7R)-Signalweg einen Einfluss auf die Infiltration des ZNS durch B Zell-Präkursor (BCP)-ALL-Zellen haben. Wir nehmen an, dass präBCR assoziierte Signalmoleküle, im speziellen CD79a und CD79b, als therapeutische Targets zur effizienten Bekämpfung von ALL-Zellen im ZNS geeignet sind, was in präklinischen Modellen getestet werden soll. Wir wollen zeigen, dass Veränderungen im AP-1 Transkriptionsfaktorsystem der präBCR-vermittelten ZNS-Infiltration zugrunde liegen. Weiterhin beabsichtigen wir auf Basis diagnostischer Durchflusszytometrie in großen Patientenkohorten ein präBCR-basiertes Surrogatmarkerpanel für die präzise Prognose einer ZNS-Manifestation mittels eines Machine Learning Ansatzes zu entwickeln. Die erzielten Ergebnisse können künftig auch auf adulte Patienten übertragen werden.
Dr. med. Elisabeth Silkenstedt
Identifikation prognostisch relevanter genetischer Varianten im Mantelzelllymphom (MCL) und funktionelle Charakterisierung von Kandidatengenen
Der klinische Verlauf von Patienten mit MCL ist insgesamt sehr heterogen. Das tiefere Verständnis komplexer onkogener Alterationen im MCL unter anderem hinsichtlich ihrer prognostischen Relevanz ist von entscheidender Bedeutung für eine optimale Risikostratifizierung der Patienten und die Auswahl einer individuellen Behandlungsstrategie. Ziel des vorgelegten Projektantrags ist die Identifikation prognostisch relevanter genetischer Varianten sowie die Entwicklung einer prädiktiven genetischen Signatur hinsichtlich des Therapieansprechen des MCL sowohl auf die etablierte Standardtherapie als auch auf die zielgerichtete Therapie mit dem BTK-Inhibitor Ibrutinib, basierend auf der genetischen Charakterisierung einer MCL-Kohorte, die im Rahmen einer großen Phase III Studie therapiert wurde. Klinisch relevante Kandidatengene sollen zudem funktionell sowie bezüglich ihrer Eignung als Zielstrukturen für neue molekulare Therapieansätze in vitro und in vivo untersucht werden. Die Resultate dieses Projekts bilden die Basis für die dentifikation von Hochrisikopatienten und für die Entwicklung neuer, maßgeschneiderter Therapien, die auf die effiziente Behandlung resistenter Subgruppen abzielen.
Kanzerogenese allgemein / sonst. onkologische Themen
Dr. rer. nat. Falk Butter
Charakterisierung eines neuen telomerbindenden Proteins
Telomere, die repetitive DNA am Ende der Chromosomen, schützen die Integrität unseres Erbguts und begrenzen das Replikationspotential von Zellen. Damit beugen sie Tumorentstehung vor. Krebszellen entwickeln jedoch Mechanismen diese Schutzfunktion zu umgehen. Daher ist Telomerdysregulation ein Markenzeichen jeder Krebszelle und ein vielversprechender Ansatzpunkt für Therapien. Wir arbeiten an einem bisher noch nicht charakterisierten telomerbindenden Protein. Bislang konnten wir zeigen, dass ZNF524 direkt an Telomere in Krebszellen bindet. Zudem führt der Verlust von ZNF524 in CRISPR knock-out Zelllinien humaner Tumore zur Reduktion von Teilen des DNA-Reparaturschutzkomplexes an Telomeren. In Folge dessen konnten wir eine Zunahme von DNA-Defekten an Telomeren beobachten. Im Zuge des Antrags soll der molekulare Mechanismus weiter ergründet und die Möglichkeit von ZNF524 als Interventionsziel für die Krebstherapie abgeschätzt werden. Dazu untersuchen wir das Expressionslevel von ZNF524 in verschiedenen Krebsgeweben, die Anfälligkeit von Krebszellen mit reduziertem ZNF524 für Chemotherapeutika und die Funktion von ZNF524 in Signalkaskaden.
Dr. rer. nat. Aurélie Ernst
Vulnerabilitäten von Tumorzellen mit Chromothripsis
Chromothripsis ist eine Form der Genominstabilität, die bei der Tumorentstehung eine zentrale Rolle spielt, und die mit einer schlechten Prognose für Krebspatienten assoziiert ist. Unser Ziel ist es, Vulnerabilitäten von Tumorzellen mit Chromothripsis zu identifizieren. Die Assoziation zwischen Chromothripsis und mangelhafter homologer Rekombinationsreparaturkaskade (engl. Homologous Recombination Repair) bietet Vulnerabilitäten, die wir mit zwei Strategien angreifen wollen. Zunächst werden wir erst ein Pan-Cancer Screen für Synergien durchführen, um synthetisch letale Interaktionen in Tumorzellen mit Chromothripsis zu identifizieren. Wir werden die Wirkung von 375 Substanzen in Kombination mit einem PARP-Inhibitor oder mit Cisplatin auf die metabolische Aktivität von Tumorzellen mit Chromothripsis und entsprechenden Kontrollzellen testen. Die in vivo Aktivität der besten Hits werden wir in bereits etablierten orthotopen Xenograftmausmodellen testen, und die zugrunde liegenden Wirkungsmechanismen zu evaluieren. Dann werden wir die Wirkung von Schwerionen- oder Proton-Bestrahlung in Kombination mit einem PARP- Inhibitor in Xenograftmodellen testen, und die molekularen Auswirkungen der Kombinationstherapie auf die Tumorzellen und die umgebenden normalen Zellen zu testen. Da es keine Therapie gibt, um Tumorzellen mit Chromothripsis anzugreifen, könnten die Ergebnisse zukünftig dazu beitragen, klinisch relevante Indikationen für Krebspatienten zu identifizieren.
Dr. rer. nat. Philipp Rathert
Funktionelle Charakterisierung neuartiger Koregulatoren der Histon-Demethylase LSD1 in verschiedenen Krebskontexten
Die Lysin-spezifische Demethylase 1 (LSD1) hat sich als vielversprechendes Ziel für die Krebstherapie herausgestellt. Die Transkriptionsfunktion von LSD1 wird durch ein hochkomplexes Netzwerk assoziierter Proteine reguliert, und unser begrenztes mechanistisches Wissen über die meisten dieser LSD1-Koregulatoren erschwert das Verständnis der LSD1-Funktion bei der Krebsentstehung und -erhaltung. Traditionelle biochemische Ansätze haben meist ein statisches Bild dieser Komplexe geliefert, das nicht ausreicht, um ein umfassendes Verständnis der Zusammensetzung der aktiven Komplexe und ihrer funktionellen Interkonnektivität zu erhalten. Wir haben ein neuartiges fluoreszierendes Reportersystem in Kombination mit einem hochmodernen RNAi-Screening kombiniert und erfolgreich neuartige Koregulatoren für die LSD1-Transkriptionsaktivität identifiziert. Nach der Erhebung vielversprechender vorläufiger Daten wollen wir die beiden wichtigsten neuartigen Koregulatoren von LSD1 auf molekularer Basis und in verschiedenen Krebskontexten weiter charakterisieren, um potenzielle neue Wirkstofftargets zu identifizieren. Letztendlich werden die Ergebnisse die Entwicklung neuartiger Therapien erleichtern, die sich speziell auf diese Koregulatoren konzentrieren, welche ideale Ziele für kombinatorische Therapien darstellen.
Leber, Gallenwege + Pankreas (exokrin)
Dr. rer. nat. Anastasia Asimakopoulous
Die Schlüsselfunktionen von Perilipin 5 und Lipocalin 2 in der Pathogenese des nichtalkoholischen Steatohepatitis-Hepatozellulärkarzinoms
Das Hepatozelluläre Karzinom (HCC) ist weltweit eine der häufigsten Krebserkrankungen mit tödlichem Verlauf. HCC kann durch verschiedene Ätiologien induziert werden und hat eine komplexe Pathogenese. Die häufigsten Risikofaktoren sind chronische Infektionen, ausgelöst durch Hepatitis B- und Hepatitis C-Viren. Ein sehr wichtiger nicht-viraler Risikofaktor ist die Nicht-alkoholbedingte Steatohepatitis (NASH), die die am schnellsten wachsende Indikation für eine Lebertransplantation bei Patienten mit HCC ist. In unseren Vorarbeiten konnten wir zeigen, dass der Entzündungsmarker Lipocalin 2 (LCN2) im Serum und in tumorigenen Leberarealen von HCC-Patienten überexprimiert wird. Darüber hinaus fanden wir, dass das Fetttröpchen-assoziierte Perilipin (PLIN5) in Lebertumoren stark exprimiert wird. Das Projekt zielt darauf ab, mit einem neu etablierten HCC-Modell, das auf einer westlichen Ernährung basiert, Mäuse ohne LCN2 oder PLIN5 schrittweise über NASH in die HCC-Pathogenese zu treiben. Serum und Lebergewebe von Mäusen werden untersucht, um die Mechanismen aufzudecken, an denen LCN2 und PLIN5 in der Pathogenese von HCC über NASH beteiligt sind, um darüber hinaus mögliche Ansatzpunkte zur Behandlung und Therapie von NASH zu entwickeln.
Dr. med. Dr. rer. physiol. Peter Dietrich
Diagnostische, prognostische und therapeutische Rolle der Dipeptidylpeptidase 4 beim hepatozellulären Karzinom
Das hepatozelluläre Karzinom (HCC) zählt zu den tödlichsten Krebsarten. Kürzlich wurde durch den Antragsteller neu aufgezeigt, dass die Dipeptidylpeptidase 4 (DPP4), welche neben membrangebundener auch in löslicher Form vorkommt, eine entscheidende Rolle bei der Progression des HCC zukommen könnte. Unklar bleibt jedoch, ob die lösliche Form der DPP4 vermehrt im Serum von HCC Patienten nachweisbar ist. Unpublizierte Daten deuten darauf hin, dass die DPP4 einen Serummarker zur frühen Erkennung von Rezidiven bei HCC Patienten nach lokaler Ablationstherapie (RFA) darstellen könnte. Zudem zeigen Voruntersuchungen großer HCC-Patientenkohorten, dass DPP4 bei männlichen Patienten im Vergleich zu weiblichen Patientinnen überexprimiert ist. Die Prävalenz des HCC zeigt ein vermehrtes Vorkommen bei Männern. DPP4 könnte somit eine Schlüsselrolle zum Verständnis geschlechtsspezifischer Unterschiede beim Leberkrebs zukommen. DPP4-Inhibitoren werden erfolgreich zur Behandlung von Diabetes mellitus eingesetzt. Eine therapeutische Hemmung der DPP4 sowie die geschlechtsspezifischen funktionellen Auswirkungen in vivo sollen daher unter Benutzung präklinischer HCC-Modelle durchgeführt werden.
Prof. Dr. rer. nat. Inna N. Lavrik
Identifizierung neue Zielstrukturen in pankreatischen Zelltod-Netzwerken für die Entwicklung neuer Behandlungsstrategien
Die Chemoresistenz maligner Zellen beim Pankreaskarzinom beruht auf der Deregulierung von einem oder mehrere Zelltod Signalwege, die zur Hemmung des Zelltods führen. Die Identifizierung neuere Zielstrukturen in pankreatischen Zelltod-Netzwerken, die für die Resistenz der pankreatischen Krebszellen verantwortlich sind, ist eine höchst wichtige Aufgabe in der laufenden Krebsforschung. In dem Projektantrag sollen unter Verwendung von ‚state-of-the-art‘ Proteomik, Imaging Durchflußzytometrie Technologien und biochemischer Methoden Zelltod-Netzwerke beim Pankreaskrebs untersucht werden und neue therapeutische Zielstrukturen identifiziert werden. Insbesondere werden wir systematisch, die bekannten Zelltod-Netzwerkregulatoren untersuchen, sowie neue unbekannte potentielle Regulatoren des Zelltods beim Pankreaskrebs mittels Proteomik screening erhalten. Schließlich sollen die identifizierten Zielstrukturen durch die Analyse von Patienten material bestätigt werden. Zusammengenommen wird eine systematische Sicht auf die Empfindlichkeit und Resistenz des Pankreaskrebses untersucht, mit der Identifizierung neuer Wege für die Entwicklung neuer Behandlungsstrategien.
Dr. rer. biol. hum. Ivonne Regel
Irf3/Irf7-vermittelte epigenetische Genregulation in der Pankreaskarzinogenese
Das duktale Adenokarzinom des Pankreas (PDAC) ist eine hochmaligne Tumorerkrankung. Trotz intensiver Forschung sind die Ursachen der Tumorentstehung und des aggressiven Verlaufs nur unzureichend verstanden. Die ausgeprägte entzündliche Bindegewebsreaktion ist eine morphologische Besonderheit des PDAC und beeinflusst die Tumoraggressivität. Unsere Vorarbeiten haben gezeigt, dass der immun-modulierende Tlr3/Irf3/Irf7-Signalweg nicht nur in Immunzellen, sondern auch in Tumorzellen aktiv ist. Eine genetische Depletion der Transkriptionsfaktoren Irf3/Irf7 im Pankreastumor-Mausmodell verhinderte die Tumorentstehung, während eine Aktivierung des Signalweges die Tumoraggressivität förderte. Unsere Daten belegen einen Zusammenhang zu epigenetischen Regulationsmechanismen. Einerseits rekrutieren Irf3/Irf7 Histon-Acetyltransferasen zur Aktivierung spezifischer Zielgene, andererseits konnten wir zeigen, dass Irf3/Irf7 auch mit Histon-Deacetylasen Komplexe bildet, die eine Inaktivierung der Genexpression katalysieren. Im vorliegenden Projekt wollen wir die Proteininteraktion zu Histon-Acetyltransferasen und Deacetylasen genauer charakterisieren und untersuchen, ob und welche Irf3/Irf7-Zielgene epigenetisch reguliert werden. Dieser neu beschriebene Mechanismus einer Irf3/Irf7-vermittelten differentiellen Genregulation kann entscheidend zur Aufklärung der Tumorentstehung beitragen und als Ansatz für neue Therapieoptionen dienen.
Prof. Dr. med. Roland M. Schmid
Rolle des Zystische Fibrose (CFTR) ‐ Gens in der Pankreaskarzinogenese und Entwicklung von Grundlagen zur Prävention und Therapie
CFTR Mutationsträger entwickeln früher und häufiger Pankreaskarzinome. Daher stellen wir die Hypothese auf, dass CFTR als Effektormolekül die Biologie des Pankreaskarzinoms bestimmt. Mäuse, die KrasG12D in Progenitorzellen des Pankreas exprimieren und zusätzlich eine Inaktivierung von Cftr aufweisen, zeigen eine akzelerierte azino-duktale Metaplasie (ADM) aber keine mPanIN-Progression aufgrund von Seneszenz. Dieser Phänotyp wird durch Tp53 vermittelt, da nach Inaktivierung von Tp53 KrasG12D die Pankreaskarzinomentwicklung nach Deletion von Cftr deutlich akzeleriert wird, was eine Tumor-suppressive Wirkung von Cftr belegt. Da CFTR-/- Tumore von mehr Makrophagen infiltriert werden, postulieren wir auch nicht-zellautonome Einflüsse in der Tumorprogression. In WP1 werden wir Signalwege charakterisieren, die KrasG12D vermittelte ADM nach Deletion von funktionellem CFTR vermitteln. In WP2 werden wir CFTR abhängige Seneszenz untersuchen und in WP3 Determinanten der aggressiveren Pankreaskarzinombiologie. Längerfristig werden wir Vulnerabilitäten in Pankreaskarzinomzellen und humanen Organoiden in Abhängigkeit der CFTR-Funktion charakterisieren.
Prof. Dr. Dr. med. Daniel E. Stange
Spektroskopische Subtypisierung und Therapieresponse-Evaluation von humanen PDAC Primärtumoren und deren korrespondierenden Organoiden
Das duktale Pankreasadenokarzinom (PDAC) stellt die vierthäufigste zu Tode führende Krebserkrankung der westlichen Welt mit steigender Inzidenz dar. Jeglicher medizinische Fortschritt konnte das Gesamtüberleben über alle Stadien hinweg bisher nicht wesentlich über 9% steigern. Hauptgründe für das schlechte Outcome der Patienten ist die rasche Metastasierung sowie die hohe Resistenz gegenüber Chemotherapeutika. Aktuelle Forschungen konnten eine genetische, immunhistochemische sowie metabolische Subtypisierung des PDAC mit korrespondierenden Unterschieden der Chemosensitivität und des klinischen Verlaufs aufdecken. In Zukunft wird sich die multimodale Therapie – z.B. im Rahmen neuer, randomisierter Studien (z.B. ESPAC 6) – an Subtypenprofilen orientieren. Das vorliegende Projekt verfolgt einen neuen, innovativen Ansatz der Subtypisierung des PDAC anhand von Infrarot-(IR)-spektroskopischen Untersuchungen des Gewebes. Dies eröffnet den Weg zu einem molekularen Fingerabdruck als Echtzeitanalyse. Mittels Organoidkulturen von humanen Primärtumoren soll zusätzlich eine Evaluation und Prädiktion der Chemosensitivität entsprechend der spektroskopisch bestimmten Subtypen erfolgen.
PD Dr. med. Thomas Wirth
Immuntherapie von KRAS-mutierten Pankreaskarzinomen mit heteroklitischen Peptidvakzinen
Das Pankreaskarzinom stellt die Tumorentität mit der höchsten Letalität unter den gastrointestinalen Tumoren dar. Da 70-95% aller Pankreaskarzinome Mutationen im Onkogen KRAS aufweisen, soll dieses für den Tumor essentielle Onkogen für eine neuartige Neoantigen-Vakzinierung verwendet werden. Hierfür wurden in der ersten Förderphase des Projektes für die beiden am häufigsten vorkommenden KRAS Mutationen G12D und G12V Peptide mit verstärkter MHC-Bindung etabliert. Um die Testung dieser heteroklitischen Peptide in einem klinisch relevanten Tiermodell zu ermöglichen, wurde die KRAS-Vakzinierung in HLA-A2 und HLA-11 transgenen Mäusen durchgeführt. Die durch unsere Vakzine in den HLA-A11 transgenen Tieren innerhalb von nur 14 Tagen induzierte Immunantwort stellt die bislang stärkste bekannte KRAS-mutationsspezifische Immunantwort dar. In der beantragten Verlängerungsphase soll die klinische Wirksamkeit der Peptidvakzinen im Pankreasmodell getestet werden und bei nachgewiesener Wirksamkeit eine Patentanmeldung für die heteroklitische Peptidsequenz und die Gewinnung der TCR-Sequenz für einen möglichen adoptiven T-Zell Transfer erfolgen.
Prof. Dr. med. Sebastian Zeißig
Die Rolle von Calcineurin und NFAT im hepatozellulären Karzinom
Das hepatozelluläre Karzinom (HCC) ist eine der häufigsten Krebstodesursachen weltweit, wobei der nicht-alkoholischen Steatohepatitis (NASH) eine wachsende Bedeutung als Risikofaktor für die HCC-Entwicklung zukommt. Die NASH-assoziierte intestinale Barrierestörung fördert über Translokation mikrobieller Produkte in das portalvenöse Blut inflammatorische Prozesse in der Leber und unterstützt somit die HCC-Entwicklung. Die Mechanismen Mikrobiota-abhängiger tumorfördernder Effekte im HCC sind jedoch nur unzureichend verstanden. Wir konnten zeigen, dass Calcineurin, eine Phosphatase, die durch Transkriptionsfaktoren der nuclear factor of activated T cells (NFAT)-Familie inflammatorische Prozesse vermittelt, in Mikrobiota- und NFAT-abhängiger Weise die NASH-assoziierte Lebertumor-Entwicklung fördert. Im beantragten Vorhaben soll nun untersucht werden, über welche Signalwege mikrobielle Elemente Calcineurin-abhängig die Lebertumor-Entwicklung fördern und es soll die humane Relevanz dieser Beobachtungen adressiert werden. Diese Studien sollen der Charakterisierung eines onkogenen Signalweges im HCC dienen und Zielstrukturen für präventive und therapeutische Interventionen identifizieren.
Lunge + Atemwege
Prof. Dr. rer. nat. Sven Diederichs
Signalweg-Aktivierung nach RNA Schädigung durch Krebstherapie: Mechanismen und Funktionen in der zellulären Antwort auf zytotoxischen Stress und RNA Degradation
Chemo- und Strahlentherapie sind zentrale Säulen der Krebstherapie, deren Effekte auf Zellstoffwechsel und DNA Integrität gut untersucht sind, aber unmittelbare Effekte auf RNA sind nicht erforscht. Wir haben das Konzept der "RNA Dependence" zur Charakterisierung von RNA-Protein-Komplexen entwickelt (Mol Cell 2019, Nat Protoc 2020). In proteom-weiten Studien identifizierten wir neue RNA-abhängige Proteine und entdeckten dabei eine Verbindung zwischen RNA Integrität und zellulären Signalwegen. Dies begründet die Hypothese, dass RNA Schädigung nach Chemo- und Strahlentherapie Zellantworten aktivieren kann. Diese werden wir untersuchen, indem wir den Effekt von Zytostatika / Bestrahlung auf RNA-Integrität und Signalwege quantifizieren und mit dem Genom, Transkriptom und Proteom korrelieren. Wir werden die relevanten RNA-Spezies identifizieren und den aktivierenden Mechanismus charakterisieren, sowie deren Effekt auf zellulärer und molekularer Ebene unter Trennung von DNA- und RNA-Ebene analysieren. Das Projekt wird somit erstmals zeigen, ob es ein relevantes Signalsystem für RNA-Schädigungen gibt und dieses nach Chemotherapie und Bestrahlung untersuchen.
Prof. Dr. rer. nat. Susetta Finotto
NFATc1 und IL-2-/ anti-PD1-vermittelte anti-tumorale Immuntherapie beim nicht-kleinzelligen Bronchialkarzinom
Unsere Vordaten demonstrieren dass Checkpoint-Inhibitoren, wie anti-PD1 Antikörper, die Expression von NFATc1 erhöhen und hierdurch in vitro die anti-tumoralen, zytotoxischen Effekte von T Zellen verstärken. Im vorliegenden Antrag soll untersucht werden, ob eine The-rapie mit anti-PD1 Antikörpern in Kombination mit der Gabe von IL2/MAB602 in der An- oder Abwesenheit von NFATc1 in T Zellen zu einer effektiven Immuntherapie von experimentel-lem NSCLC in vivo führt. Die Verwendung von IL2/MAB602 Proteinen soll hierbei CD25- je-doch nicht CD25+ Zellen regulieren, um eine stärkere lokale Expansion von CD8+ T und NK Zellen ohne Treg Aktivierung zu erreichen und die Effektivität der Immuntherapie zu erhöhen. Zur Analyse der translationalen Relevanz der murinen Studien werden Analysen zur NFATc1 Expression und zu den Effekten einer anti-PD1/IL-2/MAB602 Therapie bei Patienten mit NSCLC durchgeführt werden. Die geplanten Untersuchungen sollen neue Einblicke in die Immunpathogenese bei NSCLC erlauben und können zu innovativen Therapieansätzen für NSCLC.
Nervensystem + Sinnesorgane
Dr. med. Kornelius Kerl
Identifizierung von Mechanismen der Zell-Zell-Kommunikation von AT/RT-Zellen mit infiltrierenden Makrophagen
Atypische Teratoid/Rhabdoid Tumoren (AT/RT) sind aggressive Hirntumoren, die mit einem Altersgipfel bis zum dritten Lebensjahr auftreten und trotz intensiver Therapieansätze eine schlechte Prognose haben. In Vorarbeiten zu diesem Projekt hat der Antragsteller gezeigt, dass primäre AT/RT eine heterogene, subgruppenspezifische Immunzellinfiltration aufweisen und dass eine Infiltration mit CD68+ Zellen zu einer schlechten Prognose korreliert. Einzelzell-RNA-Sequenzierung zeigen, dass definierte Zellpopulationen (intermediäre Zellen) in der molekularen AT/RT-MYC Subgruppe eine ausgeprägte Expression von makrophagentypischen Genen aufweisen (z. B. CD68). Intermediäre Zellen werden als prädominante Population in einem AT/RT-Rezidiv-Mausmodell im Vergleich zu dem entsprechenden AT/RT-Primärtumor-Modell detektiert, so der Antragsteller die Hypothese verfolgt, dass intermediären Zellen an der Entstehung von Therapieresistenzen beteiligt sind.
Prof. Dr. rer. nat. Manuel Montesinos-Rongen
Defekt des Immunglobulin-Klassenwechsels bei primären Lymphomen des ZNS: Ursachen und Konsequenzen für die Pathogenese
Die Tumorzellen primärer Lymphome des Zentralnervensystems (PCNSL) starten einen Immunglobulin (IG)-Klassenwechsel (CSR) ohne erfolgreichen Abschluss. So zeigten 52% zeigten Transkripte für IGHA/IGG1 als Hinweis auf die Zielklasse des CSR. In 64% der PCNSL kam es zu Deletionen der in den CSR involvierten Sµ Region. Unklar ist, warum der CSR-Versuch in PCNSL scheitert und welche pathogenetischen Konsequenzen dies hat. Deshalb sollen die kodierenden und nicht-kodierenden Anteile der kompletten IG-Loci genomisch in 30 PCNSL vollständig mittels Anreicherungs-basierter Sequenzierung analysiert werden. Durch die klonalen Sequenz- und Rearrangement-Muster wird die Frage beantwortet, welche genomischen Varianten Ursache des fehlverlaufenden CSR und möglicherweise auch sekundär von onkogenen Translokationen in PCNSL sind. An denselben PCNSL werden mittels RNAseq die Expression der am CSR beteiligten Gene untersucht, um die Auswirkungen einer potentiellen Dysregulation dieser Gene auf den frustranen CSR-Versuch zu erfassen. Die tatsächliche funktionelle Relevanz identifizierter Kandidatengene für den CSR wird in einem in vitro CSR-Modell durch Überexpression bzw. Inaktivierung untersucht.
Dr. rer. nat. Gesine Saher
Analyse einer Kombinationstherapie aus Chemotherapie mit induzierter Blut-Hirn Schranken Störung in einem Gliomamodell der Maus
In der vorliegenden Studie wollen wir zunächst die Wirkung von klinisch relevanten Anästhetika auf die Integrität der Blut-Hirn Schranke (BBB) in Mäusen und in vitro untersuchen. In einer Pilotstudie konnten wir beobachten, dass sich die Permeabilität der BBB zeitlich begrenzt und dosisabhängig manipulieren lässt. Ziel dieser Studie ist, optimierte Bedingungen zu ermitteln, die eine hinreichend starke Öffnung der BBB bei möglichst geringer Schädigung des ZNS erlauben, die wir durch biochemische und histologische Analysen ermitteln werden. Die optimierten Bedingungen wollen wir dann auf die präklinische Therapie an einem Tumormodell anwenden. Dazu wollen wir Mäusen Tumorzellen implantieren und mit der Kombinationstherapie von zeitlich gekoppelter Anästhesie und Chemotherapie behandeln. Die Effizienz der Therapie soll über Tumorwachstum mittels MRT und Histopathologie bestimmt werden. Ein weiteres Ziel ist die Identifizierung von Biomarkern, die ein nicht-invasives Monitoring der BBB in Menschen erlauben könnten. Wir erwarten, dass wir in der vorliegenden Studie Parameter identifizieren können, die die Translation unserer Ergebnisse in klinisch anwendbare Protokolle ermöglicht.
Prof. Dr. rer. nat. Paolo Salomoni
Untersuchung der Tumor Infiltration während der Entstehung von Gliomen mit Histon Mutationen
Gewebsinfiltration ist ein Hauptmerkmal vom pädiatrischen, hochmalignen Gliom (pHGG). Viele dieser Gliome zeigen Mutationen in der Histonvariante H3.3. Wir haben das erste präzise Modell für die Entstehung von pHGG mit H3.3 Mutation erschaffen, welches die Kennzeichen von humanem pHGG, wie die diffuse Infiltration, zeigt. Zudem kann es für die Identifizierung von Krankheitsmechanismen und Verwundbarkeiten von pHGG genutzt werden. Hypothese. Erhöhte Plastizität von onkohiston-transformierten Zellen und Verhinderung der Erkennung durch das Immunsystem fördert die Gliominfiltration. Ziele. 1. Untersuchung des invasiven Verhaltens und dessen Dynamik während der Entstehung von Gliomen mit H3.3 Mutation. 2. Ermittlung der Rolle von Tumorüberwachungsmechanismen des Immunsystems bei Tumorinvasion Methoden. Das pHGG Tiermodell wird mit den neuesten Methoden der Genomik, Bioinformatik und der Visualisierung von Tumorzellverhalten kombiniert. Auswirkungen. Diese Studie wird die molekularen Veränderungen, die durch mutiertes H3.3 verursacht werden, mit dem invasiven Verhalten von pHGG Zellen verbinden, und damit neue Angriffsstellen der Tumore für die Therapieentwicklung sichtbar machen.
Prof. Dr. Maja Tomicic-Christmann
Epigenetische Mechanismen der TMZ-induzierten Repression von MSH2 und MSH6 in Glioblastomzellen, Organoiden und Rezidiven und deren Bedeutung für die Zytostatikaresistenz
Das maligne Gliom ist eine der aggressivsten und therapieresistentesten Tumorarten. Die Behandlung beruht auf einer kombinierten Therapie mit Temozolomid (TMZ) und ionisierender Strahlung. Der Therapieerfolg beruht auf der DNA-Reparaturkapazität der Tumorzellen, wobei neben MGMT die Basenfehlpaarungsreparatur (MMR) die Hauptrolle spielt. Wir konnten zeigen, dass es nach TMZ-Behandlung zu einer Repression der MMR-Faktoren MSH2 und MSH6 kommt. Die Repression wird durch die verminderte Aktivität des Transkriptionsfaktors E2F1 vermittelt und ist mit der Seneszenz-Induktion assoziiert. Die Repression dieser Faktoren konnte auch mehrere Wochen nach Behandlung noch in Seneszenz-entkommenden Klonen beobachtet werden. Weitere Arbeiten anderer Arbeitsgruppen konnten diese Repression auch in Rezidiven von Glioblastomen beobachten. Daher ist anzunehmen, dass die transkriptionelle Repression mittels epigenetischer Mechanismen verstetigt wurde. Im Rahmen dieses Projektes sollen diese epigenetischen Mechanismen identifiziert werden, und es soll untersucht werden, ob Glioblastomzellen und Organoide mit reprimierter MMR von alternativen Therapieschemata profitieren.
Prof. Dr. med. Katharina Zimmermann
Identifizierung protektiver Genvarianten für die Oxaliplatin-induzierte Neuropathie
Krebsbehandlung mit antineoplastischen Medikamenten, z.B. mit Oxaliplatin, verursacht bei vielen Patienten variabel ausgeprägte neuropathische Schmerzen, z.B. Kaltallodynie (Kälte wird als Schmerz empfunden). Bisher gibt es wenig Wissen über genetische Unterschiede für die variable Intensität neuropathischer Schmerzen, aber individualisierte Therapieansätze könnten einen Durchbruch bei der Behandlung chronischer Schmerzen bedeuten. Unser Labor hat ein Screening in Inzucht-Mausstämmen verwendet, um Stämme mit geringer (z.B. C57BL/6J) und starker (z.B. A/J) Oxaliplatin-Kaltallodynie zu identifizieren und über die genomische Variation Einzelnukleotidpolymorphismen mit möglicher protektiver Wirkung auf verschiedenen Chromosomen entdeckt. In diesem Projekt phänotypisieren wir Neuropathie und neuropathischen Schmerz neuroanatomisch und funktionell in C57BL/6J und A/J und in Chromosomensubstitutionsstämmen (CSS), um die Kandidatengene zu bestätigen. In CSS bewirkt ein Chromosom des empfindlichen A/J im C57BL/6J-Hintergrund eine Phänotyp-Umkehrung wenn Gene des kausal wirkenden SNPs auf dem Chromosom liegen. Bestätigte Kandidatengene werden mit weiteren Experimenten validiert.
Niere + Harnwege
Dr. rer. nat. Stefan Garczyk
Molekulare Charakterisierung nicht-muskelinvasiver High-Grade Urothelläsionen der Harnblase und Ableitung zielgerichteter, Blasen-erhaltender Therapieoptionen
Das muskelinvasive Harnblasenkarzinom ist mit einem 5-Jahres-Überleben <50% assoziiert und entwickelt sich aus flach- und papillär-wachsenden nicht-muskelinvasiven High-Grade (HG) Läsionen (NMIBC HG). Die Behandlungsmöglichkeiten für diese Hochrisiko-Läsionen sind limitiert und die Entscheidung fällt recht frühzeitig zur Radikalen Zystektomie (RZ). Eine mögliche Übertherapie und gleichzeitige drastische Änderung der Lebensführung durch die RZ machen die Identifikation neuer Blasen-erhaltender Alternativtherapien notwendig. Auf Basis eigener vielversprechender Vorarbeiten soll eine multizentrische Gewebekohorte mithilfe eines etablierten Next Generation Sequencing (NGS)-Panels retrospektiv auf das Vorliegen von Veränderungen mit potentieller therapeutischer Relevanz hin untersucht werden. Es gilt zu entschlüsseln, inwieweit sich HG-Subgruppen molekular unterscheiden. Identifizierte häufige Alterationen sollen im Zellkulturmodell modelliert werden, um ein Ansprechen auf etablierte zielgerichtete Therapeutika zu analysieren. Diese Daten werden eine wesentliche Grundlage für eine geplante prospektive Studie im Rahmen des überregionalen Onkologischen Spitzenzentrums (CIO-ABCD) bilden.
Dr. rer. nat. Michaela Jung
Einfluss des Eisentransportproteins Lipocalin-2 (Lcn-2) in der Pathogenese des klarzelligen Nierenzellkarzinoms
Eigene Arbeiten aus der vorangegangenen Projektphase belegen, dass der Eisenmetabolismus in Patienten mit Nierenzellkarzinom stark verändert ist und es zu einer Verschiebung der Eisenverfügbarkeit innerhalb des Tumors kommt, indem Eisen dem Mikromilieu entzogen und vermehrt in Tumorzellen gespeichert wird. Hierbei nehmen Tumor-assoziierte Makrophagen einen Eisenfreisetzenden Phänotyp an, der durch Erhöhung des Eisenexporters Ferroportin, aber auch des Eisentransportproteins Lipocalin-2 (Lcn-2) gekennzeichnet ist. Interessanterweise weist Lcn-2 in Abhängigkeit seiner Eisenbeladung gegensätzliche biologische Funktionen auf. Während Eisenfreies Lcn-2 (apo) die Tumorprogression hemmt, ist die Eisenbeladung (holo) charakteristisch für die tumorfördernden Eigenschaften von Lcn-2. RNAseq-Analysen in renalen CAKI1 Tumorzellen zeigen eine Regulation der Stressantwort der Zellen auf Redoxstress und der Anpassung des Glutathion (GSH)-haushalts nach Stimulation mit holo-Lcn-2. Erhöhte GSH-Spiegel in Nierenzellkarzinomzellen wurde in der Vergangenheit nicht nur mit Immunparalyse, sondern auch mit diversen Resistenzmechanismen verbunden, die gerade im Nierenzellkarzinom häufiger als in anderen Tumorentitäten vorkommen und die zum verbesserten Überleben des Tumors beitragen. In der folgenden Projektphase möchten wir daher die molekularen Mechanismen aufklären, wie Lcn-2 in seiner GSH-modulierenden Funktion zur Progression des Nierenzellkarzinoms beiträgt. Hierfür möchten wir nicht nur die Rolle von Nrf2 (nuclear factor erythroid 2-related factor 2) als zentralen Schalter der oxidativen Stressantwort der Zelle mittels Knockdown- und Reporterversuchen analysieren, sondern die Funktion von holo-Lcn-2 bezüglich des Schutzes gegenüber verschiedener Arten von Zelltod mechanistisch aufklären und verifizieren. Um die tumorfördernden Effekte von holo-Lcn-2 auch in vivo zu charakterisieren, nutzen wir experimentell ein bereits etabliertes Xenograft-Modell der renalen subkapsulären Implantierung von CAKI1 Zellen.
2019
Brustdrüse
Prof. Dr. med. Georg Häcker
Niedrigschwellige Aktivierung des Apoptosesystems – ein neues Konzept der Metastasierung solider Tumoren
Zelltod durch Apoptose wird durch spezialisierte Signaltransduktion ausgelöst. Neue Arbeiten illustrieren, dass dieses System auch „subletal“ aktiviert werden kann, ohne dass die Zelle stirbt. Unsere Vorarbeiten zu diesem Projekt zeigen, dass eine solche geringe Spontanaktivität des Apoptosesystems in Tumorzellen eine Signalachse initiiert, die über die Induktion von Genomschäden, Mikronuklei und die Zellaktivierung durch Mikronuklei zu einer Form aggressiven Wachstums in vitro führt, das typischerweise mit Metastasierung in vivo verbunden ist. In diesem Projekt wollen wir diese Beobachtungen einerseits mechanistisch und molekular besser verstehen. Wir vermuten, dass diese Signalachse auch durch Tumortherapien initiiert werden könnte und wollen diese mögliche Nebenwirkung analysieren. Andererseits wollen wir die Bedeutung des Mechanismus in vivo in Mausmodellen bestätigen. Obwohl die in vitro Daten klare Hinweise liefern, kann nur das in vivo-Modell Metastasierung adäquat untersuchen. Metastasierung ist eine Haupttodesursache bei Tumorerkrankungen. Falls erfolgreich, wird dieses Projekt einen therapeutischen Ansatzpunkt für eines der zentralen Probleme von Tumorerkrankungen liefern.
PD Dr. med, PhD Anita Kremer
Antigenspezifität Tumor-infiltrierender T-Lymphozyten beim triple-negativen Mamma-Karzinom in Primärtumor versus Metastase
Das Mamma-Karzinom ist die häufigste Tumorentität bei Frauen. Etwa 15-20% der Mamma-Karzinome exprimieren weder Hormonrezeptoren noch HER2 (triple-negative breast cancer (TNBC)). Diese Entität verhält sich sehr aggressiv und spricht schlecht auf die gängigen Therapien an. Große Studien konnten zeigen, dass der Grad der Tumorinfiltration mit T-Zellen einen positiven prognostischen Wert hat. Unklar ist bislang gegen welche Antigene diese T-Zellen gerichtet sind und ob sich dies im Laufe der Metastasierung ändert. Im aktuellen Projekt soll die Reaktivität tumor-infiltrierender T-Zellen gegen tumor-spezifische Mutationen in Primärtumor und Metastasen getestet werden. In enger Zusammenarbeit mit der Frauenklinik sollen infiltrierende T-Zellen aus primärem Tumorgewebe sowie Tumormetastasen von TNBC gezielt auf tumor-spezifische Reaktivitäten untersucht werden. Hierfür werden tumor-spezifische Mutationen mittels whole-exome sequencing von Tumorgewebe und gesunden Blutzellen identifiziert und T-Zellreaktivitäten mittels Peptidstimulation ermittelt. Langfristig könnten diese Ergebnisse die Grundlage für eine spezifische zelluläre Therapie oder gar einer Immunisierung gegen das TNBC sein.
Prof. Dr. med. Claudia Lengerke
Charakterisierung der NKG2DL Expression und Immunevasion in therapieresistenten Tumor(stamm)zellen unter Hinzunahme präklinischer in vivo Modelle
Es wird angenommen, dass Tumore und deren Rezidive aus sogenannten Tumorstammzellen (TSZ) enstehen. Humane TSZ werden durch ihre Kapazität definiert, in murinen Xenografts anzuwachsen; die tiefgreifenden Immundefekte der Empfängertiere in diesen Modellen lassen jedoch wesentliche Interaktionen zwischen Tumor- und Immunzellen unberücksichtigt. Hier zeigen wir am Beispiel akuter myeloischer Leukämien (AML), dass Leukämiestammzellen (LSZ) die Expression von NKG2D Liganden (NKG2DL) unterdrücken und somit der Immunüberwachung durch NKG2D exprimierenden NK und T-Zellen entkommen. Hingegen erlauben korrespondierende Nicht-LSZ diese Expression und werden von Immunzellen erkannt. NKG2DLneg LSZ zeigen eine erhöhte PARP1 Expression und können durch Behandlung mit dem PARP1 Inhibitor AG-14361 zur Re-Expression von NKG2DL angeregt werden. Im vorgeschlagenen Projekt werden nun die Zusammenhänge zwischen fehlender NKG2DL Expression, PARP1, Stammzell-Status und Immunevasion in (1) syngenen immunkompetenten genetischen (Prä-)Leukämie Mausmodellen und (2) bei anderen Neoplasien (Mamma-/Ovarialkarzinome, akute lymphoblastische Leukämien, ALL) untersucht.
Prof. Dr. med. vet. Sven Rottenberg
Krebstherapieresistenz: Veränderungen der DNA-Reparatur als Ursache
Brust- und Eierstockkrebspatientinnen mit Tumoren in welchen die DNA-Reparatur fehlerhaft ist durch den Funktionsverlust der BRCA1 oder BRCA2 Proteine, sprechen häufig gut auf eine Chemotherapie mit „DNA-Crosslinkern“ (z.B. platinbasierte Therapien) und PARP Inhibitoren an. In der Regel wird der metastasierte Krebs leider nicht komplett vernichtet, und es entwickeln sich Tumore, die gegen alle verfügbaren Therapien resistent sind. Um die jährliche Brust- und Eierstockkrebstodesfallrate von ca. 23‘000 (D) und 1‘800 (CH) Patientinnen deutlich zu senken, ist es essenziell die zugrundeliegenden molekularen Mechanismen der Resistenz zu verstehen. In diesem Projekt sollen die Gene identifiziert werden, welche für die Entstehung der Krebstherapieresistenz verantwortlich sind. Erste Ergebnisse haben ergeben, dass Defekte der DNA Reparatur mittels der 53BP1-RIF1-REV7-Shieldin-CST Proteinkomplexe eine wichtige Rolle bei der Resistenzentstehung spielen. Nun sollen weitere Kandidaten getestet werden, die uns helfen könnten die genaue Funktionsweise der DNA Reparatur zu verstehen. Hierdurch sollen neue Schwachstellen der resistenten Tumore identifiziert werden, um diese gezielt zu vernichten.
Prof. Dr. rer. nat. Barbara Seliger
Charakterisierung der Expression, Funktion und klinischen Relevanz von Biglycan im Kontext einer HER-2/neu-vermittelten Transformation
Dem Proteoglykan Biglycan (BGN) wird abhängig von der Tumorentität entweder ein onkogenes oder tumorsuppressives Potential zugeschrieben. Eigene Vorarbeiten an Mammakarzinomproben zeigten eine Herunterregulation der BGN-Expression nach einer HER-2/neu-vermittelten Transformation, die mit einer Hochregulation des TGF-ß-Signaltransduktionswegs, einer verminderten Expression von Komponenten der MHC-Klasse-I-Antigenprozessierungsmaschinerie (APM), Immunzellinfiltration eines immunsuppressiven Tumormikromilieus sowie schlechter Prognose von HER-2/neu-positiven Mammakarzinompatientinnen assoziiert ist/war. Im Gegensatz dazu führte die Transfektion von BGN in HER-2/neu-exprimierenden Zellen zu einer Reversion dieses sogenannten Immune escape-Phäno-typs, bei dem sich Tumorzellen der Erkennung durch Immunzellen entziehen und erhöhte zudem die Frequenz von Tumor-infiltrierenden Immuneffektorzellen. Diese Daten postulieren eine tumorsuppres-sive Aktivität von BGN, die durch komplexe HER-2/neu-vermittelte Prozesse moduliert wird. Das vorliegende Projekt soll zu einem besseren Verständnis der zugrundeliegenden molekularen Mecha¬nismen der HER-2/neu-vermittelten Inhibition der onkosuppressiven und immunogenen Funktionen von BGN, insbesondere der Reversion des Immune escape-Phänotyps, beitragen.
Prof. Dr. rer. med. Dr. med. habil. Andreas Weigert
Die Interaktion zwischen Tumor-assoziierten Makrophagen und Fibroblasten hemmt die Metastasierung im Mammakarzinom durch PGE2
In den letzten Jahren wurden signifikante Fortschritte gemacht, Komponenten der Tumormikroumgebung therapeutisch zu nutzen. Ein entsprechender Ansatz zielt auf die Depletion Tumor-assoziierter Makrophagen (TAM) via Hemmung der CSF1R Signaltransduktion ab. In präklinischen Modellen u.a. des Mammakarzinoms resultiert die Depletion von Makrophagen zwar, wie erwartet, in kleineren Primärtumoren, führt jedoch zu vermehrter Metastasierung. Eigene Vorarbeiten in Mammakarzinommodellen zeigen, dass eine Hemmung der Prostaglandin E2 (PGE2)-Produktion im Stroma durch Akkumulation von Tumor-assoziierten Fibroblasten (CAF) das gleiche Phänomen auslöst. Wir stellen die Hypothese auf, dass TAM die Metastasierung durch Limitierung der Expansion von CAF hemmen, und dass die Depletion von TAM oder die Hemmung der Interaktion von TAM mit CAF die Metastasierung fördert. Im vorgeschlagenen Projekt testen wir diese Hypothese, identifizieren Signale die ausgehend von CAF die Metastasierung fördern, analysieren ob durch kombinatorische Depletion von Makrophagen und assoziierter Signale in/von CAF eine Hemmung der Metastasierung erreicht wird, und validieren unsere Befunde mittels Patientenmaterial.
Endokrines System
Prof. Dr. rer. nat. Andrew Cato
Regulation der Aktivität des Androgenrezeptors und seiner Splicevariante AR-V7 durch das Co-Chaperon Bag-1L im fortgeschrittenen Stadium des Prostatakarzinoms
Androgene spielen eine zentrale Rolle bei der Entstehung maligner Prostatatumoren. Die in der Therapie von Prostatakarzinomen eingesetzten Anti-Androgene konkurrieren mit endogenen Androgenen um die Bindung an die C-terminale Ligandenbinde-Domäne (LBD) des Androgen Rezeptors (AR). Dieser Therapieansatz führt zunächst zu einer Reduktion des Tumorvolumens, jedoch entwickeln die meisten Patienten therapieresistente, letale Rezidive, die man als kastrations-resistenten Prostatakrebs (CRPC) bezeichnet. Im CRPC bleibt das Wachstum der Tumoren weiterhin abhängig von der Aktivität des AR. Dies ist auf die Expression konstitutiv aktiver AR Splicevarianten zurückzuführen, von denen AR-V7 bisher am besten charakterisiert ist. Die Hemmung der N-terminalen AR-Domäne ‚Activation Function 1‘ (AF-1) könnte die Aktivität des gesamten AR sowie seiner Splicevarianten inhibieren, erweist sich aus pharmakologischer Sicht jedoch schwierig, da diese Domäne keine stabile dreidimensionale Struktur besitzt. Eine vielversprechende Alternative stellt die Inhibierung von Interaktionen regulatorischer Proteine, wie z.B. das Co-Chaperon Bag-1L, mit der AF-1 des AR oder AR-V7 dar.
Dr. rer. nat. Ilaria Marinoni
Anwendung und Validierung einer 3D Primär-Zellkultur Pipeline für pankreatische neuroendokrinen Tumoren als Modell zur personalisierten Therapie-Indikation
Personalisierte Therapieansätze für PanNET Patienten fehlen bis heute in der Klinik. Die Seltenheit von, PanNET und fehlende aussagekräftige in vitro Modelle verhindern Fortschritte in personalisierten Therapieansätzen. Wir haben mit einer 3D in vitro Drug Screening Pipeline für PanNET ein Werkzeug entwickelt, um das Ansprechen von Tumoren auf bestimmte Therapien in vitro zu testen. Innerhalb dieses Projekts verfolgen wir das Ziel, das laufende in-vitro Medikamenten Screening in Lebermetastasen und fortgeschrittenen PanNET Primär-Tumoren zu komplettieren und neue prädiktive Biomarker zu identifizieren. Um die biologische Relevanz unseres PanNET Tumoroid Modells genauer zu untersuchen, planen wir das DNA Methylierungsprofil wie auch das Transkriptionsprofil der 3D-Zellkultur mit deren des primären Tumormaterials zu vergleichen. Zusätzlich werden wir unsere Drug Screening Pipeline für Biopsien von PanNET Lebermetastasen erweitern. Wir sehen in diesem Projekt grosses Potential, die Basis für klinische Studien basierend auf unserem Modell aufzusetzten und eine personalisierte Therapie-Selektion für PanNET Patienten zu ermöglichen.
Prof. Dr. Matthias Schott
BRAF V600E – Neoantigen-spezifische T-Zellen bei Patienten mit papillärem Schilddrüsenkarzinom
Das papilläre Schilddrüsenkarzinom (PTC) ist durch eine lymphozytäre Infiltration gekennzeichnet; dies ist a.e. Ausdruck einer Antitumorimmunität und mglw. Autoimmunität. Eine positive Korrelation zwischen Infiltrationsausmaß und klinischer Prognoseverbesserung wurde beschrieben. Bisher wurden beim PTC keine Tumor-Neoantigen-spezifische T-Zellen beschrieben. Aufgrund der häufigen BRAF V600E -Positivität von PTCs scheint es jedoch naheliegend, dass diese Zellen entsprechend nachzuweisen sind. Ein ähnliches Phänomen wurde für das maligne Melanom (häufig BRAFV600E -positiv) beschrieben. Auch hier werden Autoimmunphänomene (Vitiligo) beschrieben. Um die Bedeutung der BRAFV600E -spezifischen T-Zellen beim PTC untersuchen und einen möglichen Therapie-Ansatz entwickeln zu können (z.B. Vakzinierungs- bzw. Zelltransferstudien bei BRAFV600E -positiven, metastasierten PTC-Patienten), sollen in diesem Projekt sowohl in vivo Versuche im transgenen Tiermodell (einschl. adoptiver Zelltransfer) als auch in vitro Versuche im humanen System (u.a. Quantifizierung und funktionelle Analyse der Neoantigen-spezifischen T-Zellen) durchgeführt werden.
Gastrointestinaltrakt, Mundhöhle + Speicheldrüsen
Prof. Dr. med. Konrad Aden
Die Bedeutung des ER-Stress Proteins XBP1 für die Regulation von DNA Reparaturmechanismen und intestinaler Karzinogenese
Die Akkumulation von Mutationen in der intestinalen Stammzelle ist die molekulare „conditio sine qua non“ für die Entstehung des kolorektalen Karzinoms. Die RNaseH2b vermittelte Ribonukleotidexzisionsreparatur (RER) ist hierbei ein entscheidender Prozess zur Aufrechterhaltung genomischer Integrität. Der Abwesenheit von RNaseH2b im intestinalen Epithel (H2b∆IEC ) führt zu chronischen DNA Schäden und bei zusätzlicher Deletion des Tumorsuppressor Gens p53 zur spontanen Tumorentstehung. In dem vorgestellten Antrag soll die Hypothese getestet werden, dass der ER-Stress Regulator XBP1 eine entscheidende Rolle in der Regulation von DNA-Reparaturmechanismen und der intestinalen Karzinogenese spielt. Um diese Hypothese zu untersuchen wird mittels genetischer Mausmodelle die Funktion des ER-Stress Regulationsproteins XBP1 auf die Regulation von DNA Reparaturmechanismen und die intestinale Tumorgenese untersucht. Durch die Verwendung von next-generation sequencing Technologien (Exome-, Transcriptome-, Whole Genome Sequencing; WGS) sollen die zu Grunde liegenden molekularen Mechanismen der XBP1-abhängigen DNA Reparatur entschlüsselt und für eine potentielle klinische Translation getestet werden.
Dr. rer. nat. Frank Edlich
Selektive Applikation von BAX-Fusionsproteinen zur Apoptose-Initiation in gastrointestinalen Tumorzellen
Apoptose wird zell-autonom induziert und bewirkt einerseits Zelltod in anfälligen Nicht-Tumorzellen und andererseits Therapie-induzierte Selektion von Tumorzellen. In der ersten Förderperiode konnten wir die mechanistische und klinische Relevanz unterschiedlicher Apoptose-Prädisposition in human Leberkrebspatienten aufzeigen. Zudem konnten wir BAX-Varianten herstellen, die Signalweg-unabhängig den geregelten Zellsuizid initiieren. Das präzise Liefern dieser Proteinvarianten zu den Zielzellen wurde herbei durch N-terminale Fusionen mit Rezeptorliganden ermöglicht und konnte bereits in vitro belegt werden. Die Verlängerung dieses Projektes ist nun darauf ausgerichtet, die Entwicklung einer zytotoxischen Tumortherapiestrategie mittels toxischer BAX-Fusionsproteinen in Leberkrebszellen mit dosisabhängiger Induktion mitochondrialer Apoptose in vivo zu ermöglichen. Durch die hier eingesetzte regulationsunabhängige BAX-Aktivität kann unterschiedliche Prädisposition und Adaption der Tumorzellen effektiv umgangen werden. Perspektivisch soll eine hoch-wirksame und personalisierbare Tumortherapiestrategie etabliert werden.
Prof. Dr. rer. nat. Jörg Fahrer
Untersuchung des therapeutischen Potentials von CPI-613 und Irinotecan zur Hemmung von Invasion und Metastasierung beim kolorektalen Karzinom
Dickdarmkrebs (kolorektales Karzinom, KRK) ist eine häufige Krebserkrankung, bei welcher die Chemotherapie eine wichtige Therapiesäule darstellt. Trotz verbesserter Therapiemodalitäten ist die 5-Jahresüberlebensrate beim fortgeschrittenem KRK gering, weshalb neue Ansätze benötigt werden. In der ersten Förderperiode konnten wir demonstrieren, dass die Verbindung CPI-613 in KRK-Zellen unabhängig von deren molekularen Subtyp zytotoxisch und der Muttersubstanz α-Liponsäure überlegen ist, sowie in Zelllinien und Xenograft-Mausmodellen des KRK mit dem Zytostatikum Irinotecan (IT) synergistisch wirkt. Basierend auf diesen Befunden und weiteren Vorarbeiten ist geplant, im ersten Projektteil die anti-metastatische Wirkung von CPI-613 und IT in verschiedenen KRK-Zellen und von Metastasen-abgeleiteten Zelllinien zu untersuchen. Im zweiten Projektteil sollen die Befunde auf ein Mausmodell der pulmonalen sowie hepatischen Metastasierung von KRK-Zellen übertragen und die therapeutische Wirkung von CPI-613 in Kombination mit IT überprüft werden. Außerdem ist vorgesehen, die aussichtsreiche Pilotstudie zur therapeutischen Wirkung von CPI-613 zusammen mit IT im AOM/DSS-Modell des KRK abzuschließen.
Prof. Dr. PhD Stephan Feller
Kombinationstherapie-Entwicklung für das Plattenepithelkarzinom der Zunge
Molekular zielgerichtete Monotherapien bei Tumoren sind meist nur begrenzt effektiv, da sich oft rasch Therapieresistenzen entwickeln. Die Anwendung klinisch etablierter Medikamente in neuen Kombinationen (Drug Repurposing) kann hier möglicherweise schnellere Abhilfe schaffen als die Suche nach völlig neuen Substanzen. Dieser ‘FastTrack’ ist jedoch für Pharmafirmen kommerziell wenig interessant. Neue Institute wie das Target Discovery Institute der Universität Oxford (TDI) werden daher eigens eingerichtet um akademischen Forschern Kombinationscreens zu ermöglichen. Wir haben mit dem TDI eine Pilotstudie und anschließend sehr erfolgreich einen robotergestützten, großen Kombinationsscreen durchgeführt, sowie ausgesuchte, vielversprechende Kombinationstherapieansätze initial validiert. Diese Zusammenarbeit wird auch im Rahmen des seit 2017 EU-geförderten Forschungsnetzwerkes Halle - Oxford (HAL-OX) fortgesetzt und ausgebaut. Durch unsere umfangreichen Studien konnten wir z.B. zeigen, dass die Inhibition von Src Familie Kinasen mit Dasatinib in Kombination mit klinisch getesteten HSP90 Inhibitoren interessante, synergistische Effekte ermöglichen. In dieser zweiten Antragsphase, für die lediglich Sachmittel beantragt werden, da es uns gelungen ist einen hochmotivierten Doktoranden mit eigenem, kompetitiven Stipendium für das Projekt zu gewinnen, sollen neben mechanistischen Analysen und 3D-Zellexperimenten, erste Tierexperimente initiiert werden, um eine Grundlage für klinische Testungen zu generieren. Bisher gibt es keine etablierten, molekular zielgerichteten Therapien für Zungenkarzinome, so dass unser Ansatz im Erfolgsfall einen sehr signifikanten Fortschritt bei der Therapie dieser Tumoren bedeutet.
Prof. Dr. rer. nat. habil. Heiko Hermeking
Parakrine Regulation der Progression des Kolorektalkarzinoms durch Nidogen-1
Die epithelial-mesenchymale Transition (EMT) trägt entscheidend zur Metastasierung bei, indem sie Invasivität, Stammzell-Eigenschaften und Chemoresistenz von Tumorzellen vermittelt. Wir konnten zeigen, dass konditioniertes Medium (KM) von mesenchymal-artigen Kolorektalkarzinom (KRK) Zell-Linien in epithelial-artigen KRK Zell-Linien EMT, Invasivität und Chemoresistenz induziert. Zudem konnte eine Aktivierung des Tumorsuppressors p53 in den KM-produzierenden, mesenchymal-artigen Zellen die Induktion von EMT in den Empfängerzellen verhindern. Hierfür war die Repression der NID1/Nidogen-1 Expression durch die p53-induzierten MicroRNAs miR-192 und miR-215 notwendig. Unsere Ergebnisse legen nahe, dass KRKs nach p53-Inaktivierung vermehrt NID1 ausscheiden, welches durch die Induktion von EMT in benachbarten Zellen zur Tumorprogression beiträgt. Alle bisherigen Untersuchungen hierzu wurden in der Zellkultur durchgeführt. In der hier vorgeschlagenen Studie werden wir Patientenmaterial und Mausmodelle analysieren, um die in vivo Rolle von NID1 bei der KRK-Progression zu bestimmen. Darüber hinaus werden wir den Mechanismus der durch NID1-induzierten EMT und die Regulation der NID1 Expression im Detail untersuchen.
Prof. Dr. rer. nat. Jörg König
Cancer-type OATP1B3 (Ct-OATP1B3): Untersuchungen zum Substratspektrum, zur Lokalisation, zu pathophysiologischen Mechanismen sowie zur klinischen Relevanz beim kolorektalen Karzinom
Gegenstand dieses Forschungsvorhabens ist eine Variante des Aufnahmetransporters OATP1B3, das Ct-OATP1B3-Protein (Cancer-type-Organic Anion Transporting Polypetide 1B3), welche in verschiedenen Tumorgeweben identifiziert wurde. Da die bisherige Datenlage zur Expression, Lokalisation, zum Substratspektrum und zur klinischen Relevanz sehr uneinheitlich ist, soll diese Transportervariante genauer charakterisiert werden. Dazu werden verschiedene Zellmodelle verwendet und mittels Transportassays, konfokaler Fluoreszenzmikroskopie, LC-MS/MS-basierten Protein-Quantifizierungen und „untargeted“ Proteomics Analysen sowie NGS-RNA-Expressionsanalysen sowohl Lokalisation, Substrateigenschaften und Auswirkungen der Ct-OATP1B3-Expression auf Signalwege untersucht. Zudem besteht Zugang zu mehr als 400 Kolonkarzinom- und ca. 250 Rektumkarzinomproben mit zahlreichen Informationen zum Krankheitsverlauf der Patienten. Anhand von Expressions- und Korrelationsanalysen kann damit die klinische Relevanz dieses Transporters bei einer großen Kohorte analysiert werden. Alle Daten sollen zur Klärung der pathophysiologischen Relevanz dieses Transportproteins beim Kolon- und Rektumkarzinom beitragen.
Prof. Dr. rer. nat. habil. Oliver Krämer
Tumorrelevante Funktionen und therapeutische Relevanz des Phosphatase-2A/PR130 Komplexes im Pankreaskarzinom
Bauchspeicheldrüsenkrebs ist eine besonders schwer zu behandelnde und fast immer tödliche Tumorart. Um für solche Pankreaskarzinome präzise Therapien zu finden, müssen sie molekular besser charakterisiert werden. Die onkogene Signalleitung über die Phosphorylierung und Dephosphorylierung von Proteinen durch Kinasen beziehungsweise Phosphatasen ist in vielen Tumoren, einschließlich dem Bauchspeicheldrüsenkrebs, gegenüber normalem Gewebe entartet und treibt die Entstehung von Krebszellen und deren Therapieresistenz an. Obwohl die Funktionen von Phosphatasen in Tumoren weitgehend unverstanden sind, gibt es erste Hinweise darauf, dass Phosphatasen vielversprechende Ansatzpunkte für neuartige therapeutische Interventionen darstellen. Die Proteinphosphatase-2A (PP2A) kommt in Zellen als Dimer aus einer strukturellen Untereinheit A (PPP2AA) und einer katalytischen Untereinheit C (PPP2CA) vor. Mindestens 17 unterschiedliche regulatorische B-Untereinheiten vermitteln in einem trimeren Komplex die Spezifität des PP2A A/C Komplex für dezidierte Substrate. Unsere Vorarbeiten legen eine kontextabhängige, onkogene Funktion der regulatorischen Untereinheit PPP2R3A, welche in der Literatur aufgrund ihres Molekulargewichts von 130 kDa überwiegend PR130 genannt wird, in einem aggressiven Pankreaskarzinomsubtyp nahe. Wir wollen daher die Funktionen von PR130 eingehend untersuchen und verstehen. Weiterhin wollen wir überprüfen ob die pharmakologische Hemmung der PP2A Aktivität eine neue therapeutische Option für das Pankreaskarzinom darstellt und PP2A-basierte Kombinationstherapien entwickeln. Hiervon erhoffen wir uns ein hohes Potential für die Etablierung neuer Therapien und eines neuen Stratifizierungsmarkers für Patienten mit Pankreaskarzinom.
Prof. Dr. rer. nat. Martin Müller
Papillomvirus-Impfstoff mit prophylaktischen und therapeutischen Eigenschaften
Das Zervixkarzinom ist weltweit die vierthäufigste Krebserkrankung bei Frauen und ist fast immer mit Infektion von humanen Papillomaviren (HPV) assoziiert. Es besteht Bedarf an alternativen Impfstoffen der 2. und 3. Generation. Das HPV L2 Protein bietet die Möglichkeit, eine kreuzprotektive Immunantwort gegen viele HPV zu induzieren, zeigt jedoch eine geringe Immunogenität, so dass L2 Epitope zwingend einen Träger (‚scaffold‘) zur Präsentation erfordern. Dazu verwenden wir Thioredoxin (Trx), in welches wir Epitope von HPV L2 Proteinen einsetzen. Die Entwicklung dieses Impfstoffs wurde u.a. von der Sanderstiftung ermöglicht. In dem vorliegenden Antrag planen wir den Impfstoff auf therapeutische Wirkung zu erweitern, um auch solche Frauen zu erreichen, die bereits mit den HPV infiziert sind. Hierzu werden relevante T-Zell Epitope in das Impfstoffantigen eingefügt. Vorarbeiten zeigen, dass das Impfantigen für therapeutische Vakzinierung geeignet ist. Die Förderung soll uns eine systematische Weiterentwicklung der Impfstoffkandidaten ermöglichen.
Dr. Tobias Reiff
Konvergenz von lokalen und hormonellen Signalwegen in Tumorstammzellen des kolorektalen Karzinoms: Kontrolle des Wnt-Signalwegs durch crooked-legs in Drosophila melanogaster
Das kolorektale Karzinom (CRC) entsteht initial durch Mutationen in intestinalen Stammzellen (ISC) die zu abberanter Aktivierung des Wnt-Signalwegs führen. Generell ist für Frauen und im Besonderen bei Östrogenersatzbehandlung eine geringere CRC-Inzidenz zu beobachten. Unsere vorläufigen Daten in ISC adulter Drosophila melanogaster legen nahe, dass der dem Östrogenrezeptor verwandte Ecdyson-Steroidhormonrezeptor (EcR) über den Transkriptionsfaktor crooked-legs die ISC-Proliferation und Differenzierung durch Wnt-Liganden steuert. Interessanterweise rettet forcierte wg-Expression den crooked-legs-Funktionsverlust und belegt eine wichtige Rolle der EcR/crooked-legs/Wnt-Achse im Wnt-ligandenabhängigen CRC. Durch zeit- und zelltypspezifische in vivo-Manipulation von ISC in Physiologie und Pathologie (CRC-Modelle) werden wir crooked-legs und sein humanes Ortholog ZNF841 mit modernster Methodik wie CRISPR/Cas9-induziertem Knockout und RNA-Transkriptomsanalyse detailliert untersuchen. Unsere Ergebnisse werden mechanistisch erklären wie Ecdyson die Aktivierung des lokalen Wnt-Signalweg kontrolliert und somit Einblicke gewähren wie Steroidhormone die CRC-Pathogenese beeinflussen.
Jun. Prof. Christoph Reinhardt
Mikrobiom-abhängige Regulation des Hedgehog-Signalwegs über Toll-like Rezeptor-2 in der entzündungsabhängigen Entstehung kolorektaler Karzinome
Im Projekt wird kausal die Wirkung des Darmmikrobioms auf die entzündungsabhängige Entstehung kolorektaler Karzinome mit gnotobiotischen Mausisolatortechnik erforscht. Unsere Vorergebnisse mit keimfreien Mäusen zeigen, dass der Hedgehog (Hh)-Signalweg, dessen Inaktivierung mit der Entstehung von Karzinomen in Verbindung steht, durch die mikrobielle Kolonisierung des Darms über den Toll-like Rezeptor-2 (TLR2) Immunrezeptor inaktiviert wird. TLRs wurden mit Adenom- und Polypenbildung assoziiert. Um die Rolle von Mikrobiota-induziertem TLR2-Signaling bei der Entstehung von Darmkrebs in entzündlichen Darmerkrankungen zu untersuchen, wird die Dextran Natriumsulfat-induzierte Bildung kolorektaler Neoplasmen in keimfreien und konventionell-aufgewachsenen Wildtyp und TLR2-defizienten Mäusen verglichen. Durch die Verabreichung des Inhibitors Vismodegib und des Aktivators Purmorphamin wird die Wirkung Mikrobiota-regulierter Hh-Signale auf den inflammatorischen Phänotyp analysiert. Das Projekt wird klären ob eine pharmakologische Intervention oder probiotische Manipulation des Mikrobioms zur Verstärkung des Hh-Signalwegs die Entzündung und die Entstehung von kolorektalen Tumoren vermindert.
Prof. Dr. med. Jens T. Siveke
Charakterisierung und Targeting metabolischer Zielstrukturen in molekularen Subtypen des Pankreaskarzinoms
Zahlreiche Untersuchungen unterstützen die Existenz von zwei relevanten molekularen Subtypen des duktalen Adenokarzinom des Pankreas (PDAC), welche unterschiedliche metabolische Aktivitäten aufweisen: quasi-mesenchymale PDAC katabolisieren Glukose, während klassische PDAC Fettsäuren und Lipide verstoffwechseln. Diese Unterschiede könnten therapeutische Zielstrukturen darstellen. In diesem Antrag soll eine umfassende Analyse des Glukose- und Fettäure-Stoffwechsels in relevanten Modellsystemen wie Patienten-abgeleiteten Xenografts und primären Zellen durchgeführt werden, um metabolische Zielstrukturen zu identifizieren. Genexpressionsanalysen, metabolische Profile und Hochdurchsatz-Sensitivitätsassays zu Inhibitoren des Glukose- und Fettsäure-Stoffwechsels sollen in QM und klassischen PDACModellen durchgeführt werden. Metabolische Kandidaten werden mit klinischen Parametern korreliert und funktionell mittels genomischen und pharmakologischen targeting weiter charakterisiert.
Genitaltrakt, männlich
Dr. med. Felix Bremmer
Detektion neuer therapeutischer Zielgene in Cisplatin resistenten Keimzelltumoren
Die gute Prognose maligner Keimzelltumoren (germ cell tumours, GCT) wird weiterhin durch Minderheit therapieresistenter GCT mit sehr schlechter Prognose beeinträchtigt. Daher kommt dem Verständnis der Therapieresistenz und ihrer Überwindung eine entscheidende Bedeutung zu. Unsere Vorarbeiten deuten darauf hin, dass Kinasen eine wichtige Rolle bei der Resistenzentwicklung der GCT spielen könnten. Diese Rolle wurde im laufenden Projekt und soll im vorliegenden Forschungsprojekt mittels funktioneller Analysen an GCT-Zelllinien und menschlichen Tumorproben weiter untersucht werden. Ziele des Projektes sind: (I) Funktionelle Testung der aufgrund der vorangegangenen Periode schon identifizierten und weiteren Kandidatengene in den Zelllinien durch gezielte Gen-Regulation mit siRNAs und pharmakologischen Inhibitoren. (II) Verifizierung der differentiell exprimierten Kandidatenproteine an Formalin-fixierten, Paraffin-asservierten humanen Tumorproben therapie-sensibler und therapie-resistenter primären GCT und Proben aus deren Metastasen (soweit vorhanden)
Genitaltrakt, weiblich
PD Dr. med. Holger Bronger
Proteolytischer Abbau von Chemokinen als neuartiger Resistenzmechanismus einer PARP-Inhibition beim Ovarialkarzinom
PARP-Inhibitoren (PARPi) haben sich in den letzten Jahren einen festen Stellenwert in der Therapie des Ovarialkarzinoms erobert. Allerdings sprechen viele Tumoren gar nicht oder nur unzureichend an, so dass sich die Frage nach den zugrundeliegenden Resistenzmechanismen stellt. Mehrere aktuelle Arbeiten zeigen, dass PARPi nicht nur über die bekannte Hemmung der DNA-Reparatur funktionieren, sondern auch durch Aktivierung des STING-Signalwegs in Tumorzellen die Ausschüttung bestimmter Chemokine und damit eine echte eigene Immunantwort gegen den Tumor induzieren. Wir konnten in Vorarbeiten zeigen, dass Kallikrein-ähnliche Peptidasen (KLKs), die häufig im Ovarialkarzinom überexprimiert sind, genau diejenigen Chemokine spalten und inaktivieren können, die durch PARPi freigesetzt werden. Im vorliegenden Projekt wollen wir daher prüfen, welche Chemokine ganz genau durch PARPi hochreguliert werden, inwieweit die PARPi-Wirkung von dieser Chemokinsekretion abhängig ist und ob die KLK-Expression einen PARPi-Resistenzmechanismus darstellt. In diesem Falle könnten KLKs nicht nur prädiktive Marker, sondern neue therapeutische Zielstrukturen zur Durchbrechung einer PARPi-Resistenz sein.
Haut + malignes Melanom
Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Baki Akgül
Mechanismus der Integrin α3β1 / Fibronektin abhängigen Invasion HPV8 positiver Keratinozyten.
Sowohl Patienten mit der erblichen Hautkrankheit Epidermodysplasia verruciformis, als auch immunsupprimierte Organtransplantatempfänger stellen Patientengruppen dar, die ein hohes Risiko zur Bildung von Hautkrebs aufweisen. Diese Karzinome sind oftmals positiv für humane Papillomviren (HPV) des Genus Beta, wie z.B. HPV8. Der molekulare Mechanismus der HPV8-induzierten Keratinozyten-Invasion war jedoch bisher nicht bekannt. Im Rahmen von Forschungsprojekten, die bereits von der Wilhelm Sander Stiftung gefördert worden waren, konnten wir zeigen, das sowohl Zell-Zell (Heuser et al., 2016a), als auch Interaktionen der HPV positiven Zellen über den Integrin α3β1 Komplex mit dem Bindegewebsprotein Fibronektin (Heuser et al., 2016b) die Invasion von Keratinozyten ermöglichen. Im Rahmen dieses Fortsetzungsantrags sollen nun die α3β1 Integrin / Fibronektin abhängigen zellulären Signalwege beschrieben werden, deren Manipulation in HPV8 positiven Keratinozyten die Zell-Invasion steuern. Diese Befunde werden weitere Beweise für den Zusammenhang zwischen HPV und der Hautkrebsentwicklung liefern und Möglichkeiten zur Entwicklung von therapeutischen Impfungen eröffnen.
Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Baki Akgül
Mechanismus der Integrin α3β1 / Fibronektin abhängigen Invasion HPV8 positiver Keratinozyten
Sowohl Patienten mit der erblichen Hautkrankheit Epidermodysplasia verruciformis, als auch immunsupprimierte Organtransplantatempfänger stellen Patientengruppen dar, die ein hohes Risiko zur Bildung von Hautkrebs aufweisen. Diese Karzinome sind oftmals positiv für humane Papillomviren (HPV) des Genus Beta, wie z.B. HPV8. Der molekulare Mechanismus der HPV8-induzierten Keratinozyten-Invasion war jedoch bisher nicht bekannt. Im Rahmen von Forschungsprojekten, die bereits von der Wilhelm Sander Stiftung gefördert worden waren, konnten wir zeigen, das sowohl Zell-Zell (Heuser et al., 2016a), als auch Interaktionen der HPV positiven Zellen über den Integrin α3β1 Komplex mit dem Bindegewebsprotein Fibronektin (Heuser et al., 2016b) die Invasion von Keratinozyten ermöglichen. Im Rahmen dieses Fortsetzungsantrags sollen nun die α3β1 Integrin / Fibronektin abhängigen zellulären Signalwege beschrieben werden, deren Manipulation in HPV8 positiven Keratinozyten die Zell-Invasion steuern. Diese Befunde werden weitere Beweise für den Zusammenhang zwischen HPV und der Hautkrebsentwicklung liefern und Möglichkeiten zur Entwicklung von therapeutischen Impfungen eröffnen.
PD Dr. rer. nat. Hans-Dietmar Beer
Charakterisierung d. Rolle d. NLRP1-Inflammasoms bei d. Hautkrebsentstehung
Haut besteht aus der äußeren Epidermis mit Keratinozyten und der inneren Dermis mit Fibroblasten. Die Wechselwirkungen beider Zelltypen sind essentiell für Homöostase, Reparatur und Krebsentstehung der Haut. Weißer Hautkrebs ist die häufigste Krebsart und wird durch UVB-Strahlen verursacht. Das NLRP1-Inflammasom, ein Proteinkomplex, der von menschlichen aber nicht von murinen Keratinozyten hergestellt wird, fungiert als UVB-Sensor in der Haut, der den Sonnenbrand hervorruft. Neue Arbeiten zeigen, dass NLRP1 eine frühe tumorunterstützende und eine späte tumorinhibierende Rolle bei der Hautkrebsentstehung spielt. Zur Aufklärung schlagen wir Experimente mit einem UVB-bestrahlten dreidimensionalen Haut- und Tumormodel vor. Funktionen von NLRP1 bei der frühen Tumorentwicklung können über die Identifizierung UVB-induzierter NLRP1-abhängiger Signalwege in Fibroblasten und Keratinozyten durch Proteomics und Transcriptomics aufgeklärt werden. Experimente mit einem dreidimensionalen Tumormodel in vitro und in der Ratte werden zur Aufklärung der Rolle von NLRP1 im etablierten Tumor beitragen. Dies könnte zur Entwicklung neuer Strategien für Diagnose und Therapie von Hautkrebs beitragen.
Dr. rer. nat. Marco Frentsch
Aufklärung von Dysfunktionen der Anti-Tumor CD40L-CD40 Signalachse bei Melanom Patienten
Immun-Checkpoint-Inhibitoren (ICI) können bemerkenswerte Therapieerfolge bei Tumorpatienten erzielen. Jedoch bleibt bei einem Großteil der Patienten der Behandlungserfolg aus, sodass weiterhin neue, gezielte Ansätze benötigt werden. In Vorarbeiten konnten wir demonstrieren, dass die Expression von CD40L auf CD8+ T-Zellen essentiell für die Anti-Tumor Immunität, insbesondere bei CD40+ Tumoren, sein kann. Viele humane Tumorentitäten exprimieren CD40 und die T-Zell vermittelte Quervernetzung von CD40 durch CD40L kann Apoptose induzieren, während alleiniges Binden von αCD40 Antikörpern dafür meist nicht ausreichend ist. Dieser Mechanismus scheint aber bei progredienter Tumorerkrankung nicht zu funktionieren. Um dies besser zu verstehen, möchten wir zirkulierende und Tumor-infiltrierende T-Zellen im Verlauf von ICI Therapien charakterisieren. Komplementär werden wir die Empfindlichkeit von Melanomzellen für die CD40-vermittelte Apoptose sowie weitere in dem Zusammenhang wichtige Faktoren, wie z.B. Signalwege und Splicing, analysieren. Ein besseres Verständnis der Dysfunktionen bei der CD40L-CD40 Signalachse kann neue Therapieansätze beim Melanom und anderen Krebserkrankungen ermöglichen.
Prof. Dr. rer. nat. Frank Stubenrauch
Analyse des Replikationszyklus von nicht-melanozytärem Hautkrebs-assoziierten beta-humanen Papillomviren in humanen Keratinozyten
Bestimmte humane Papillomviren (HPV) aus dem Genus alpha, v.a. HPV16, verursachen Zervix-, Anal- und Oro-Pharynxkarzinome. Beta-HPV hingegen werden mit nicht-melanozytärem Hautkrebs bei Immunkompetenten, immunsupprimierten Transplantatempfängern und Patienten mit der Erbkrankheit Epidermodysplasia verruciformis (EV) in Verbindung gebracht. Die Pathogenesemechanismen von beta-HPV werden derzeit nach heterologer Expression viraler Gene in Keratinozyten oder transgenen Mausmodellen untersucht, da bisher kein Keratinozyten-Modell für beta-HPV beschrieben wurde, in welchem die viralen Genome replizieren und somit physiologische Mengen viraler Proteine exprimiert werden. Unsere Vorarbeiten zeigen erstmals, dass Transkripte von beta-HPV8, 38 und 49 Genomen in normalen humanen Keratinozyten nachweisbar sind und dass die virale Transkription durch das virale E8^E2 Protein limitiert wird. Dies legt nahe, dass eine limitierte Replikation von beta-HPV Genomen in humanen Keratinozyten stattfindet, was es erstmals erlaubt, den Beitrag viraler Proteine, insbesondere der Onkoproteine E6 und E7, und EV-Suszeptibilitätsgenen zur Replikation unterschiedlicher beta-HPV in Keratinozyten zu untersuchen.
Herz + Gefäße
Prof. Dr. med. Christian Sinzger
Hemmung der zell-assoziierten Ausbreitung des menschlichen Cytomegalovirus durch Peptid-Derivate des „platelet-derived growth factor receptor alpha“ (PDGFRα)
Das humane Cytomegalovirus (HCMV) bedroht nach wie vor immungeschwächte Patienten z.B. nach Stammzell-Transplantation. Zur Pathogenese trägt vermutlich die zellassoziierte Ausbreitung bei, indem sie das Virus dem Zugriff neutralisierender Antikörper entzieht. In Vorarbeiten fanden wir Peptidfragmente des zellulären HCMV-Rezeptors PDGFRα, die die zellassoziierte Ausbreitung hemmen können. Ziel des Projektes ist es, den Wirkmechanismus dieser Peptide aufzuklären, durch gezielte Modifikationen die Wirksamkeit weiter zu steigern, und potentielle Wirkstoffe in Zellkulturmodellen zu überprüfen, die physiologische Situationen simulieren. Methodisch soll die Analyse fluoreszierender Mutanten eines Isolat-ähnlichen HCMV-Stammes, die Suche nach viralen Zielstrukturen mittels getaggter Peptide und eine elektronenmikroskopische Analyse der zellassoziierten Ausbreitung von HCMV eingesetzt werden. Die minimal nötige Peptidsequenz soll definiert, die Löslichkeit und Stabilität gegebenenfalls optimiert und durch Multimerisierung die Bindungsstärke erhöht werden. Das Projekt soll eine neuartige zusätzliche Behandlungsoption entwickeln und Grundlagen der zellassoziierten Ausbreitung aufklären.
Immunsystem + Hämatopoese
Dr. rer. nat. Matthias Bartneck
Modulation myeloider Zellen in der Hepatokarzinogenese mit klinisch einsetzbaren Lipid-basierten Nanoträgern für Mikro-RNA-Modulatoren
Die Inzidenz von Leberkrebs, meistens in Form des hepatozellulären Karzinoms (HCC), steigt stetig, aber die Therapieoptionen sind immer noch stark begrenzt. Unsere Vorarbeiten haben gezeigt, dass eine Blockade der CCR2+ Tumor-assoziierten Makrophagen (TAM) im HCC zwar eine signifikante Reduktion der Angiogenese erreicht, das Tumorwachstum aber nur leicht reduziert wird. Die mRNA-Profile der TAM Subtypen unter CCL2 Inhibition deuten darauf hin, dass CCR2-TAM teilweise die Funktionen der reduzierten CCR2+ TAM kompensieren. Auf der Basis ihrer Phagozytose nehmen die TAM Nanoträger viel stärker auf als andere Zellen und können daher mit geeigneten Formulierungen zur verbesserten Behandlung von Leberkrebs effektiv mit den miRNT umprogrammiert werden. Daher sollen nun alle TAM-Subtypen in eine Modulation eingeschlossen werden. Ein neues Mikrofluss-Verfahren ermöglicht die Generierung von klinisch einsetzbaren, fluoreszenten Nanoträgern für mikro-RNA-Modulatoren (miRNT) zur Hemmung angiogener, suppressiver oder aktivierender Funktionen der TAM. Das Tumorwachstum soll dadurch noch stärker gehemmt werden.
Prof. Jean-Pierre Bourquin
Funktionelle Präzsisionsmedizin für rezidivierende Leukämien im Kindesalter
Leukämien werden oft durch chromosomale Veränderungen verursacht, die zur Fusion von Transkriptionsfaktoren führen. In der Regel genügt dies nicht, um eine Leukämie zu erzeugen. Weitere kooperierende genetische Läsionen sind notwendig, um die hämatopoietischen Vorläuferzellen zur Leukämie umzuprogrammieren. TCF3-PBX1 als Resultat der Translokation t(1;19) ist ein solch chimärer Fusions-Transkriptionsfaktor, der in blutbildenden Vorläuferzellen die Entstehung einer fatalen Leukämie vorantreibt. TCF3-PBX1 positive ALL ist in vielen Fällen mit hochdosierter Chemotherapie heilbar. Kommt es zu einem Rezidiv, wird die Prognose deutlich schlechter, und Kinder mit rezidivierter TCF3-PBX1 positiver ALL können heutzutage oft nicht mehr geheilt werden. Wir haben eine weltweit einmalige Sammlung von Patientenproben von Erstdiagnose, Remission und Rezidiv mit TCF3-PBX1 ALL innerhalb der IntReALL Studiengruppe zusammengestellt. Wir schlagen vor, damit die genomische Landschaft von TCF3-PBX1 Rezidiven zu untersuchen, die kooperierenden Läsionen zu identifizieren und neue Behandlungswege auf unserer bildgebungsgestützten Analyseplattform auf den relevanten Patientenproben funktionell zu testen.
Dr. rer. nat. Heiko Bruns
Funktion und Bedeutung der Tumor-assoziierten Makrophagen beim Multiplen Myelom
Das Multiple Myelom (MM) ist eine der häufigsten hämatologischen Neoplasien und kann trotz der Entwicklung neuer Therapiemodalitäten (Imide, Proteasomen-Inhibitoren, Antikörper und CAR T-Zellen) bisher bei der Mehrheit der Patienten nicht geheilt werden. Bislang nur teilweise verstandene Interaktionen mit Zellen des Knochenmark-Mikromileus spielen für das Überleben der Myelomzellen eine entscheidende Rolle. Mit Hilfe des Erstantrages haben wir darlegen können, dass Tumor-assoziierte Makrophagen (TAMs) aufgrund eines aktiven Inflammasoms wesentlich am Erhalt des malignen Wachstums und an der Chemotherapie-Resistenz beteiligt sind. Außerdem konnten wir zeigen, dass die Effektorfunktionen von TAMs beim MM beeinträchtigt sind, und diese durch Lenalidomid teilweise wieder restauriert werden können. Die Antikörpervermittelten Effektorfunktionen wollen wir nun genauer untersuchen. Obwohl therapeutische Antikörper bei der Behandlung des MM Einzug erhalten haben, gibt es doch noch Unklarheiten wie sich auch hier Resistenzen und Antigenverlustvarianten entwickeln. Im vorliegenden translationalen Projekt soll daher das Wechselspiel zwischen Myelomzellen und Makrophagen bei der Antikörper-vermittelten Phagozytose (ADCP) genauer analysiert werden. Aufbauend auf entsprechenden Vorarbeiten soll untersucht werden, (i) ob die Phagozytose von Myelomzellen einen immunsuppressiven Makrophagen-Phänotyp induziert, (ii), inwieweit Makrophagen nach ADCP noch in der Lage sind T-Zellen zu aktivieren, und (iii) ob durch die ADCP Antigenverlustvarianten entstehen können. Langfristiges Ziel ist eine Modulation der Phagozytose als neuartige therapeutische Strategie beim MM.
Dr. med. Alexander Carpinteiro
Mitochondriale Kv1.3-Ionenkanäle als therapeutischer Angriffspunkt zur Behandlung des Multiplen Myeloms
Der Kaliumkanal Kv1.3 wird in Mitochondrien von Tumorzellen exprimiert. Hemmung von Kv1.3 durch neue, von uns synthetisierte Mitochondrien-spezifische Inhibitoren, verändern mitochondriale Funktionen so, dass über die Freisetzung von Sauerstoffradikalen Zelltod induziert wird. Da sich der mitochondriale Sauerstoffradikal-Metabolismus zwischen nicht-malignen und malignen Zellen unterscheidet, können durch Kv1.3-Hemmung spezifisch maligne Zellen getötet werden. In Vorarbeiten konnten wir zeigen, dass eine einmalige Behandlung von Myelomzellen mit unseren neuen Kv1.3-Hemmern ausreicht, um bereits ca. 95% der Tumorzellen abzutöten, während gesunde hämatopoetische Zellen selbst in vielfach höheren Konzentrationen überleben. Wir werden anhand von unterschiedlichen Patientenproben die Wirksamkeit von Kv1.3 Inhibitoren charakterisieren. Anhand von Zelllinien werden wir molekulare Wirkungs- und Resistenzmechanismen identifizieren und diese für eine bessere Wirksamkeit in vitro und, darauf aufbauend, in vivo in einem Mausmodell für das Multiple Myelom pharmakologisch manipulieren. Diese arbeiten sollen die Grundlage für eine neuartige Therapie des Multiplen Myeloms legen.
Dr. med. Monica Cusan
Effekt der Mikroumgebung auf die AML Behandlung mittels LSD1-Inhibition
Es ist heutzutage bekannt, dass die Mikroumgebung eine wichtige Rolle für das Wachstum und Therapieansprechen von Krebszellen spielt. Diese Effekte sind allerdings von Tumorart, Immunstatus des Patienten und Therapie abhängig. Die Erforschung von Interaktionen zwischen Milieu und Tumorzellen der akuten myeloischen Leukämie bietet die Chance, „Schwachstellen“ der Erkrankung zu identifizieren und neue Therapieoptionen zu entwickeln. Bei einer vielversprechenden Therapieoption mittels eines Inhibitors der Lysin-spezifischen Demethylase 1 für die Behandlung von verscheidenen Krebserkrankungen haben wir beobachtet, dass leukämische Empfängermäuse resistent wurden, wenn eine myeloablative Bestrahlung vor Transplantation der Leukämie durchgeführt worden war. Hiermit erzielen wir Erläuterung der Resistenzmechanismen durch in vitro und in vivo immunbasierten-Versuche, serielle Transplantationen von modifizierten Stromazellen und next generation sequencing Methoden erforschen. Obwohl die Bestrahlung nicht die übliche Therapie der AML wiederspiegelt, weist unsere Beobachtung darauf hin, dass Veränderungen der Mikroumgebung das Therapieansprechen beeinflussen.
Prof. Dr. med. Martin F. Fromm
Semi-quantitatives Multidrug Monitoring von Kinase-Inhibitoren in einem Assay als Basis für zukünftige Expositionsabschätzungen bei vielen Patienten
Kinase-Inhibitoren (KIs), von denen circa 40 in Deutschland zugelassen sind, haben die Therapie verschiedenster Tumorentitäten entscheidend beeinflusst. Für einige dieser Substanzen (z.B. Imatinib) wurde gezeigt, dass bei höheren Plasmakonzentrationen das therapeutische Ansprechen besser ist. Trotz des großen Fortschritts gibt es auch erhebliche Probleme wie mangelnde Adhärenz der Patienten, z.T. ausgeprägte Effekte von Mahlzeiten auf die Resorption der Wirkstoffe und Wechselwirkungen mit anderen Medikamenten. Diese verursachen eine erhebliche interindividuelle Variabilität der Plasmakonzentrationen. Es wird diskutiert, ob routinemäßige Messungen der KI-Konzentrationen im Blut der Patienten dazu beitragen könnten, Therapieerfolge weiter zu verbessern. Ein wesentliches Hindernis hierfür war bislang die Limitation der massenspektrometrischen Messverfahren (meist Triple- Quadrupole-Massenspektrometer), die meist nur wenige KIs gleichzeitig erfassen können. Wir beabsichtigen die Orbitrap-Massenspektrometrie zu nutzen, um mit einem neuartigen Assay bei möglichst vielen Patienten, die mit unterschiedlichen KIs (ca. 35) therapiert werden, die Exposition abschätzen zu können.
PD Dr. med. Daniel Fürst
Die Bedeutung von KIR2DS4, MICB und HLA-G Polymorphismen für den Erfolg der unverwandten Blutstammzelltransplantation
Die Bedeutung von klassischen HLA-Merkmalen im Rahmen der unverwandten Blutstammzellspenderauswahl ist gut untersucht. Sie stellen das Hauptkriterium für die Selektion geeigneter Spender dar. Auch wenn nach gegenwärtigem Kenntnisstand optimale Spender ausgewählt werden, stellen transplantationsassoziierte Mortalität und Krankheitsrezidiv relevante Probleme dar, die in rund 40% der Fälle zu einem Scheitern der Behandlung führen. Die Identifikation zusätzlicher relevanter Genorte und deren Berücksichtigung bei der Spenderauswahl könnten für diese schwerstkranken Patienten die Erfolgsaussichten einer Transplantation verbessern. Über die klassischen HLA-Merkmale hinaus gibt es in der Literatur erste Hinweise, dass Polymorphismen der Genorte KIR2DS4, MICB und HLA-G die Inzidenz von Komplikationen nach allogener Blutstammzelltransplantation beeinflussen. Aussagekräftige Daten an großen Kohorten liegen jedoch noch nicht vor. Wir wollen diese Polymorphismen an einer großen und gut charakterisierten Kohorte (n= 2624 Transplantationspaare) untersuchen und deren Bedeutung für die unverwandte Blutstammzelltransplantation bewerten. Daraus möchten wir Empfehlungen für optimierte Spenderauswahlalgorithmen ableiten.
Prof. Dr. med. Florian H. Heidel
Untersuchungen zur Proteostase bei akuten myeloischen Leukämien mit MLL-Rearrangement
Der Einsatz zielgerichteter Therapien kann die Behandlung akuter myeloischer Leukämien verbessern. Zielgerichtete Hemmung von Fusions-Onkogenen (wie MLL-Rearrangements, MLLr) ist bislang jedoch noch nicht gelungen. Diese Fusionsgene können jedoch sekundäre Abhängigkeiten von bestimmten zellulären Funktionen bedingen, die potentiell therapeutisch nutzbar sind. Mittels globalen Proteom-analysen an MLLr-Leukämiezellen konnten wir im Tiermodell die Deregulierung der zellulären Proteostase belegen. In menschlichen MLLr Leukämiezellen fand sich zudem eine erhöhte Expression von Immunoproteasom (IP)-Komponenten, einer Entzündungs-induzierten Form des Proteasoms. MLLr Zellinien zeigten nach genetischer und pharmakologischer Hemmung der IP-Einheit LMP7/PSMB8 eine spezifische Proliferationshemmung sowie eine globale Deregulierung von inflammatorischen Immun-prozessen und Störung der zellulären Homöostase. Inaktivierung von LMP7/PSMB8 führte zu einer verzögerten Leukämieentwicklung im Tiermodell. Im vorliegenden Forschungsantrag wollen wir daher die Rolle des IP in der Pathogenese der MLLr AML definieren um sie für diese schlecht behandelbare Subgruppe der AML therapeutisch nutzbar zu machen.
Prof. Dr. med. Ernst Holler
Dysbiose und intestinale Immunregulation bei GvHD nach allogener Stammzelltransplantation
Bei der allogenen SZT stellt die intestinale GvHD die schwerwiegendste Komplikation dar. Zahlreiche Untersuchungen bestätigen, dass Verschiebungen des intestinalen Microbiota im Sinne einer Dysbiose in den ersten Wochen nach SZT eine hohe prognostische Bedeutung für die GvHD haben. Dies kann nur durch langanhaltende und nachhaltig störende Einflüsse auf die intestinale Immunrekonstitution erklärt werden. Die im Erstantrag erhobenen Befunde untermauern diese Hypothesen und sollen im Folgeantrag weiter spezifiziert werden Insbesondere soll die Kaskade pathophysiologischer Ereignisse, die von Veränderungen kurzkettiger Fettsäuren oder Tryptophanmetaboliten durch das Mikrobiom bis zur gestörten Immunregulation reichen, weiter differenziert und auf Ebene der betroffenen Zellpopulationen exakt charakterisiert werden. Ein weiterer Mechanismus, der zur Gewebsschädigung bei der GvHD beiträgt, ist die intestinale Stammzellschädigung. Diese soll ebenso in Bezug zur Veränderungen mikrobieller Metaboliten, aber auch zu der neu beschriebenen Schädigung durch Corticosteroide gesetzt werden. Zugleich soll ein in vitro Modell der Interaktion von Metaboliten, Immunzellen und Darmstamm- und Epithelzellen in Form eines Organoidmodells ergänzend etabliert werden, in dem Ansätze zur protektive Mikrobiommodulation unter Beteiligung aller Komponenten simuliert werden können.
Prof. Dr. rer. nat. Albert Jeltsch
Karzinogener Mechanismus von somatischen Mutationen in der DNMT3A DNA Methyltransferase in AML
Bis zu 25% aller AML-Tumore enthalten DNMT3A Mutationen mit Abstand am häufigsten R882H. Wir haben 2018 Veränderungen der Sequenzpräferenzen von DNMT3A-R882H nachgewiesen (Emperle et al., 2018, Nucl Acids Res). Diese Veränderungen sollen hier genauer charakterisiert werden und mit neuen bioinformatorischen Methoden DNA Methylierungsmuster in humanen Zellen und Patientendaten mit R882H untersucht werden. Damit sollen die Zielgene der Fehlregulation durch die R882H Mutation identifiziert werden. Tumorzellmodelle für mutiertes DNMT3A sollen entwickelt werden, um die Auswirkung von DNMT3A Mutationen auf die Zellproliferation und pathogene Mechanismen zu untersuchen und DNMT Inhibitoren zu testen. Weitere häufige Mutationen in DNMT3A sollen mit ähnlichen biochemischen, molekularbiologischen und bioinformatorischen Ansätzen untersucht werden. Unsere Studie soll den von uns gefundenen Wirkmechanismus der R882H Mutation validieren und damit unser Verständnis der AML Tumore mit R882H wesentlich befördern. Von der Untersuchung der anderen häufigen Mutationen in DNMT3A erwarten wir weitere wichtige Einsichten in die fundamentalen Pathogenitätsmechanismen dieser Varianten.
PD Dr. rer. nat. Andreas Moosmann
Neue Targets der CMV-spezifischen T-Zellantwort nach Stammzelltransplantation
Das humane Cytomegalievirus (CMV) verursacht schwere Komplikationen nach allogener hämatopoetischer Stammzelltransplantation (allo-HSCT). Hauptursache ist ein unzureichender Schutz durch CMV-spezifische T-Zellen. Dieser Schutz soll durch adoptive T-Zelltherapie wiederhergestellt werden, also durch Transfer spezifischer T-Zellen. Jedoch ist noch unklar, welche T-Zellen am besten gegen CMV-Komplikationen schützen. Wir haben bei gesunden CMV-Trägern (1) HLA-C-restringierte CMV-spezifische CD8-T-Zellen und (2) CD4-T-Zellen gegen das CMV-Antigen 1E-1 identifiziert und ihre besonders vielversprechenden Funktionen ex vivo und in vitro festgestellt. In diesem Projekt wollen wir untersuchen, ob T-Zellen dieser Spezifitäten bei Patienten nach allo-HSCT nachgewiesen werden können und welche funktionell wichtigen Eigenschaften sie aufweisen. Die geplante Methodik umfasst Färbung mit HLA-Peptid-Multimeren, Analysen von Zytokinproduktion und Zytotoxizität, Analyse von Aktivierungs-, Gedächtnis- und Zielsteuerungsmarkern, und Analysen des T-Zell-Rezeptor-Repertoires. Übergeordnetes Ziel ist die Identifizierung der besten T-Zellen für Immunmonitoring und adoptive T-Zelltherapie.
PD Dr. rer. nat. Wolfgang Seifarth
Aberrante Separaseaktivität und ihre Bedeutung für Genexpression und Chromatinstruktur beim myelodysplastischen Syndrom (MDS)
Cohesin ist essentiell für den Zusammenhalt homologer Schwesterchromatiden und für die Aufrechterhaltung genexpressionsrelevanter übergeordneter Chromatinstrukturen. Erst seine proteolytische Spaltung durch Separase ermöglicht die korrekte Verteilung genetischer Information auf die bei der Mitose entstehenden Tochterzellen. Bei myeloproliferativen Neoplasien führt eine mutationsbedingte Haploinsuffizienz von Cohesin-Untereinheiten zu einer gestörten Hämatopoiese. Vorarbeiten zeigten, dass die Transformation vom myelodys-plastischen Syndrom (MDS) in eine sekundäre akute myeloische Leukämie mit dem Auftreten von CD34+ Knochenmarkzellen mit aberrant erhöhter Separaseaktivität einhergeht. Unsere Hypothese ist, dass eine überaktive Separase die Cohesin-Homöostase „stört“ und durch Änderungen der Genexpression zur Progression des MDS beiträgt. Mit Hilfe von NGS-basierten Genexpressions- (RNA-Seq) und Chromatinstrukturanalysen (ATAC-Seq) an rekombinanten in vitro-Modellen und primären MDS Knochenmarkzellen wollen wir Separaseaktivitätsabhängig regulierte Gene identifizieren und bezüglich ihrer Rolle in pathogenetisch relevanten Signalwegen funktional charakterisieren.
Prof. Dr. med. Marion Subklewe
Aufklärung der Wirk- und Resistenzmechanismen von T-Zell rekrutierenden Antikörperkonstrukten für die Therapie von Akuten Leukämien
Ein neues Konzept sind bispezifische Antikörper, die T-Zellen durch Bindung an CD3ε im T-Zell Rezeptor (TCR) zum Tumor rekrutieren. Erfolgreiche Studien mit dem CD19/CD3 Antikörper Blinatumomab (CD19-BiTE) führten 2014 zur Zulassung für die Therapie der Akuten Lymphatischen Leukämie (ALL). Jedoch zeigten über 50% der Patienten kein Ansprechen. Die Interaktion von kostimulatorischen und koinhibitorischen Molekülen auf T-Zellen mit deren Liganden auf Antigen-präsentierenden- und Tumorzellen bestimmt die T-Zell Aktivierung und Expansion. Aufbauend auf eigenen Vordaten postulieren wir, dass diese Moleküle eine wichtige Rolle in der BiTE-mediierten T-Zell Aktivierung, Proliferation und Zytotoxizität spielen und somit das Therapieansprechen beeinflussen. Um systematisch den Einfluss solcher Moleküle auf CD19- bzw. CD33-BiTE aktivierten T-Zellen zu untersuchen, werden wir transduzierte murine Ba/F3-Tagetzellen verwenden (1). Zudem werden wir an Leukämiezelllinien (2) sowie primärem Patientenmaterial (3) analysieren, ob die kontinuierliche Stimulation des TCRs durch BiTEs zur T-Zell Erschöpfung führt. Proben von BiTE-behandelten Patienten, stehen zur Hypothesenvalidierung zur Verfügung (4).
Prof. Dr. med. Lorenz Thurner
Identifikation neuer B-Zell-Rezeptor-Zielantigene von Non-Hodgkin-Lymphomen sowie Charakterisierung der Immunantwort auf Moraxella catarrhalis RpoC beim nodulären Lymphozyten prädominanten Hodgkin Lymphom
Identifikation neuer B-Zell-Rezeptor-Zielantigene von Non-Hodgkin-Lymphomen sowie Charakterisierung der Immunantwort auf Moraxella catarrhalis RpoC beim nodulären Lymphozyten prädominanten Hodgkin Lymphom
Dr. med. Juliane Walz
Charakterisierung des Immunopeptidoms der chronisch myeloischen Leukämie (CML) und weiterer myeloproliferativer Erkrankungen zur Entwicklung Peptid-basierter Immuntherapiekonzepte (2)
Die T-Zell-vermittelte Immunantwort spielt eine wichtige Rolle für den Krankheitsverlauf und das Therapieansprechen der chronisch myeloischen Leukämie (CML), aber auch anderer BCR-ABL-negativer myeloproliferativer Neoplasien (MPN). Antigen-spezifische Immuntherapieansätze bergen das Potential die MPN-spezifischen Immunkontrolle weiter zu steigern. Basis solcher Therapien sind Tumor-assoziierte Antigene (TAA), die als Peptide über humane Leukozytenantigene (HLA) exklusiv und hochfrequent auf malignen Zellen präsentiert werden. Solche TAAs konnten wir in der ersten Förderperiode des Projektes mittels massenspektrometrischer Analyse des HLA-Ligandoms für die CML charakterisieren. In der beantragten Fortsetzungsperiode soll nun basierend auf einer Ausweitung der Analyse natürlich präsentierter HLA-Liganden weiterer MPNs sowie CD34+ Blasten der CML, der Evaluation der Effektivität kombinatorischer Multi-Peptidvakzine in vivo im Mausmodell sowie der Analyse der Rolle löslicher HLA-Liganden als potentieller „Immunescape“-Mechanismus in der CML schlussendlich eine rationale Grundlage für einen therapeutischen Einsatz Peptid-basierter Immuntherapien in MPN-Patienten geschaffen werden.
PD Dr. rer. nat. Manja Wobus
Funktionelle und klinische Charakterisierung extrazellulärer Vesikel aus mesenchymalen Stamm-und Vorläuferzellen von Patienten und Mäusen mit Myelodysplastischen Syndromen
Myelodysplastische Syndrome (MDS) sind heterogene, klonale Erkrankungen früher Stammzellen der Hämatopoese, die mit peripheren Zytopenien, Dysplasie sowie einem erhöhten Risiko der Transformation in eine akute myeloische Leukämie (AML) einhergehen. Auch das stromale Mikromilieu im Knochenmark scheint bei der Fehlregulation der Hämatopoese eine wichtige Rolle zu spielen, doch die genauen Mechanismen, insbesondere der Einfluss extrazellulärer Vesikel (EV) der Stromazellen, sind weitgehend unbekannt. EV werden u.a. von mesenchymalen Stamm- und Progenitorzellen (MSPC) sezerniert und transportieren RNA und Proteine, die auf andere Zellen, wie z.B. hämatopoetische Zellen übertragen werden können und dadurch zur interzellulären Kommunikation wesentlich beitragen. Wir möchten mit diesem Antrag die Hypothese testen, dass sich die Qualität und Quantität von EV bei Patienten mit MDS signifikant von denen gesunder Kontrollen unterscheiden. Außerdem möchten wir untersuchen, inwieweit EV potenzielle Biomarker für die Diagnose, Prognose als auch die Vorhersage des Ansprechens auf pharmakologische Intervention darstellen.
Kanzerogenese allgemein / sonst. onkologische Themen
Dr. med. Alexander Hahn
Onkogene Signaltransduktion durch Tumorvirusrezeptoren
Das Kaposi-Sarkom-Herpesvirus (KSHV) verursacht proliferative B-Zellerkrankungen sowie mit dem Kaposi-Sarkom (KS) eine der häufigsten Krebserkrankungen in Subsahara-Afrika. KSHV, das verwandte Rhesusaffenrhadinovirus (RRV) und das Epstein-Barr Virus (EBV) interagieren mit Rezeptortyrosinkinasen der Eph Familie, KSHV und EBV mit EphA2. EphA2 spielt weiterhin eine Rolle bei der Infektion mit dem Hepatitis C Virus, Chlamydia trachomatis, Cryptococcus neoformans und Malaria. EphA2 wird in vielen Tumoren überexprimiert, auch im KS. RRV interagiert mit zwei weiteren Tumor-assoziierten Molekülen, Plxdc1 und Plxdc2. Wir vermuten, dass Ephs und EphA2 von verschiedenen Pathogenen sowie Plxdc1/2 von RRV aufgrund von Eigenschaften, die auch der Expression in Tumoren zugrunde liegen, als Rezeptoren evolutionär favorisiert wurden. Wir wollen durch Analyse Rezeptor-assoziierter Signaltransduktion und daraus resultierender Genexpression in Rezeptor-Knockoutzellen und bei Infektion mit Wildtypvirus und Virusmutanten, die diese Rezeptoren nicht mehr binden können, das onkogene und pro-virale Potential dieser Rezeptoren verstehen. Das Hauptaugenmerk wird dabei auf der Interferonantwort liegen.
Knochen, Muskulatur + Bindegewebe
PD Dr. med. Simone Hettmer
Untersuchung des Impakts von TP53 Mutationen, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten während der Tumorentwicklung aktiviert werden, auf den Phänotyp, die Expression therapeutisch relevanter Targets und das Therapieansprechen bei Rhabdomyosarkomen.
Rhabdomyosarkome (RMS) sind klinisch und biologisch heterogene maligne Tumore mit Muskeldifferenzierung. TP53 Mutationen im Keimbahn- und Tumorgenom wurden mit unterschiedlichen RMS-Phänotypen assoziiert. Dieses Projekt baut auf der Hypothese auf, dass die Abfolge RMS-relevanter genetischer Ereignisse während der Tumorentwicklung das klinische/ biologische Verhalten der resultierenden Tumore beeinflusst. Wir werden eine experimentelle Plattform aufbauen, um den Impakt früher bi-allelischer TP53 Mutationen (vor Einführung anderer Onkogene) und später mono-allelischer TP53 Mutationen (nach Einführung anderer Onkogene) auf murine RMS Tumore zu untersuchen. Dazu werden Satellitenzellen aus Mausmukulatur per FACS isoliert, onkogenes TP53 und KRAS(G12v) aktiviert, und die transduzierten Zellen intramuskulär implantiert. Tumore mit (i) früher bi-allelischer TP53 Mutation und (ii) später mono-allelischer TP53 Mutation werden verglichen um Unterschiede in Histologie/ Muskeldifferenzierung, in der Aktivierung onkogener Pathways und dem Ansprechen auf Chemotherapie/ Bestrahlung zu bestimmen. Die geplanten Experimente werden wichtige Informationen über die Rolle von TP53 in RMS liefern.
Prof. Dr. med. Claudia Scholl
Entwicklung von “Designed Ankyrin Repeat Proteins” zur gezielten Hemmung und funktionellen Charakterisierung des embryonalen Transkriptionsfaktors Brachyury in Chordomen
Chordome sind seltene bösartige Tumoren des Achsenskeletts, die bei betroffenen Patienten neurologische Ausfälle und starke Schmerzen verursachen. Trotz Resektion des Tumors und adjuvanter Bestrahlung erleiden viele Patienten einen Progress. Die medikamentöse Therapie ist schwierig, da Chordome resistent gegenüber Zytostatika sind. Folglich werden dringend neue Behandlungsstrategien benötigt. Bislang ist nur wenig zur Pathogenese von Chordomen bekannt. Ein etablierter Chordom-Treiber und attraktiver therapeutischer Angriffspunkt ist der Transkriptionsfaktor Brachyury, der in mehr als 90% der Chordome überexprimiert wird und für das Überleben von Chordom-Zellen essenziell ist. Der genaue Mechanismus, wie Brachyury zur Tumorgenese beiträgt, ist unbekannt. Im beantragten Projekt möchten wir Brachyury-gerichtete „Designed Ankyrin Repeat Proteins“ (DARPins) entwickeln, die Brachyury binden und/oder hemmen können. Diese DARPins werden genutzt, um die Funktion von Brachyury in Chordomzellen zu untersuchen und BrachyuryEffektoren zu identifizieren. Mit dieser Studie werden wir auf die Anwendung von Brachyurygerichteten DARPins als zielgerichtete Therapie bei Chordom-Patienten hinarbeiten.
Leber, Gallenwege + Pankreas (exokrin)
Dr. med. Ihsan Ekin Demir
Der Einfluss der Immunzellen auf die nervale Invasion im Pankreaskarzinom
Die nervale Invasion (NI) ist in fast 100% der Patienten mit duktalem Adenokarzinom des Pankreas (PDAC) anzutreffen und ist mit einer Verkürzung der Gesamtüberlebensdauer assoziiert. Aktuelle Studien zur NI konnten eine gegenseitige, Chemokin-gesteuerte Interaktion der Nerven mit den Tumorzellen aufdecken, die zu einer Migration der Tumorzellen entlang der Nervenfasern im Tumor führt. In unseren vorläufigen Experimenten konnten wir zeigen, dass die NI mit dem Vorkommen einiger spezifischer Immunzellpopulation im Tumorstroma deutlich korreliert. Hierbei zeigten sich v.a. die Natural-Killer-Zellen (NK-Zellen) und die Myeloid-Derived-Suppressorzellen (MDSC) als die Schlüsselregulatoren in der perineuralen Niche, wobei auch die CD8+ zytotoxischen T-Zellen und die Foxp3+ regulatorischen T-Zellen eine signifikante Korrelation mit dem Schweregrad der NI aufwiesen. Im vorgelegten Projekt möchten wir daher im Rahmen eines mechanistisch-funktionellen Ansatzes herausfinden, ob und welche Immunzell-Subpopulationen die NI im PDAC antreiben, und die molekularen Pathways hinter dieser Immunzell-getriggerten perineuralen Tumorzelldissemination aufdecken.
PD Dr. med. Matthias Ilmer
Differentielle Rolle von LGR4/6 in der funktionellen Regulation und die klinisch-therapeutische Bedeutung im Pankreaskarzinom
Das duktale Pankreaskarzinom (PDAC) wird bis 2030 die zweithäufigste krebsbedingte Todesursache darstellen. Zur gezielten Behandlung sind Erkenntnisse über die Tumorentstehung, Signalwegsregulation sowie Metastasierung essentiell. Neuere Ergebnisse sprechen dafür, dass verschiedene Signalwege im PDAC auto- oder parakrin aktiviert sind, u.a. der kanonische WNT Signalweg. Dessen Aktivierung hat auch auf die Kultur von Organoiden (multizelluläre Tumoraggregate aus primärem PDAC-Gewebe) entscheidenden Einfluss. Bislang ist jedoch unklar, ob und welche PDACs WNT-abhängig sind und ob dies bei zumeist fehlenden aktivierenden Mutationen erfolgversprechende Therapieansätze bedingen kann. Ziel der Arbeiten dieses Antrags ist die Beschreibung der Rolle der WNT-Verstärker LGR4 und LGR6. Hierzu wird der WNT Signalweg in PDAC-Zelllinien sowie Organoiden deskriptiv und funktionell nach Manipulation von LGR4 und LGR6 untersucht. Auf dieser Basis soll auch das Verhalten in vivo vor dem Hintergrund einer therapeutischen Anwendung analysiert werden. Zusammenfassend erwarten wir detaillierte Einsichten zur WNT Signalwegsregulation des PDAC. Mit dieser Erkenntnis könnten PDACs identifiziert werden, die von einer gezielten Manipulation des WNT Signalwegs profitieren.
apl. Prof. Dr. rer.nat. Achim Krüger
Evaluierung der TIMP-1-induzierten prämetastatischen Nische in der Leber als Ansatzpunkt für Früherkennung und neue antimetastatische Therapiestrategien bei Pankreaskarzinom (2)
Die hohe Letalität des Pancreatic Ductal Adenocarcinoma (PDAC) resultiert maßgeblich aus dessen effizienter und frühen Metastasierung in die Leber. Aktuelle Studien zeigen, dass diese Lebermetastasierung von einer inflammatorischen Antwort der Hepatozyten vorangetrieben wird, wobei die zugrundeliegenden Prozesse unbekannt sind. Unsere Daten zeigen, dass Tissue Inhibitor of Metalloproteinases-1 (TIMP-1) wahrscheinlich über eine neuartige Signalaktivität bereits während prämaligner Erkrankungsstadien proinflammatorisch auf Hepatozyten wirkt. Nun möchten wir (a) die molekularen und zellulären Mechanismen dieses TIMP-1 Effekts klären und diese Erkenntnisse nutzen, um (b) eine therapeutische (Hemmung der Lebermetastasierung) und diagnostische (PDAC-Früherkennung) Nutzbarkeit zu untersuchen. Zur Analyse der Mechanismen werden in vitro-Zellkultursysteme und genetische Mausmodelle verwendet. Die therapeutische Nutzbarkeit wird im Kontext spontaner und experimenteller PDAC-Metastasierung in die Leber untersucht und das diagnostische Potential anhand humaner Patientenproben evaluiert. Von den Ergebnissen erwarten wir neue therapeutische und diagnostische Perspektiven für das PDAC.
Prof. Dr. Veronique Orian-Rousseau
Die Auswirkung der CD44v6-Inhibierung in Kombination mit Chemo-Radiotherapie in der lokoregionalen und systemischen Kontrolle in lokal fortgeschrittenem Pankreaskrebs
Das Pankreaskarzinom (PDAC) gehört zu den tödlichsten Krebsarten mit einer fünf-Jahres Überlebensrate von weniger als 8%. Strahlentherapie (EBRT) ist Teil der Behandlung von Borderline- und lokal fortgeschrittenen PDAC-Patienten (LAPC). Die ESPAC-5F-Studie untersucht derzeit den Nutzen der neoadjuvanten Strahlentherapie, um die lokale Kontrolle in frühen Stadien zu verbessern. Die durch EBRT hervorgerufene Steigerung der Rezeptortyrosinkinasenaktivität (RTK) unterstützt die Radioresistenz von Tumoren (Abdollahi & Folkman 2010). Die beiden Bewerber demonstrierten bereits, dass die Inhibierung der CD44-Isoform CD44v6, ein Co-Rezeptor für RTKs, welcher speziell in pathologischen Konditionen exprimiert wird, einen großen Einfluss in verschiedenen PDAC Modellen zeigt. Die CD44v6 Blockierung verhinderte die Neuformierung von Metastasen und führte sogar zur Regression von bereits etablierten Metastasen (Matzke-Ogi Gastroenterology 2016). Unsere Hypothese ist, dass die konkomitante Zugabe von CD44v6-Inhibitoren die therapeutische Wirksamkeit von Chemotherapie und EBRT bei der Downstaging- und lokoregionalen Langzeitkontrolle am primären Tumor sowie bei systemischen Erkrankungen erhöht.
Lunge + Atemwege
Prof. Dr. rer. nat. Ingrid Hoffmann
Der proteasomale Abbau des Tumorsuppressorproteins FBXW7 und seine Bedeutung bei der Entstehung von Chemotherapieresistenzen nicht-kleinzelliger Bronchialkarzinome
Die chemotherapeutische Behandlung von Krebszellen mit Mitoseinhibitoren (z.B. Taxane) führt zu einem verlängerten mitotischen Arrest wobei das Tumorsuppressorprotein FBXW7 den Zelltod durch Apoptose fördert und das Entkommen von Zellen aus dem mitotischen Arrest (mitotic slippage) verhindert und so der Entstehung von Resistenzen entgegenwirkt. Unsere Forschungsarbeiten zeigen, dass die E3-Ubiquitinligase FBXO45/MYCBP2 die Proteinmengen von FBXW7 durch Ubiquitin vermittelten Abbau in Folge der Behandlung mit Mitoseinhibitoren in NSCLC-Zellen steuern kann und die Entstehung von „mitotic slippage“ fördert. In dem geplanten Vorhaben soll die Regulation von FBXW7 durch FBXO45/MYCBP2 bei NSCLC in vivo und in vitro und in Abhängigkeit der Resistenz gegen Taxane genau untersucht und mitotische Substrate von FBXW7 identifiziert werden. Da FBXW7 den mitotischen Zelltod steuert, ist es wahrscheinlich, dass die Entschlüsselung der Regulation von FBXW7 durch FBXO45/MYCBP2 neue Ansätze für eine effizientere Chemotherapie von NSCLC mit weniger auftretenden Resistenzen liefert.
Dr. rer. nat. Meike J. Saul
Die Rolle der miR-574-5p in der Mikroumgebung von Prostaglandin E2 (PGE2)-abhängigen Tumore
Kürzlich identifizierten wir eine mikroRNA (miR) miR-574-5p, die über eine gesteigerte Prostaglandin E2 (PGE2)-Synthese das Lungenkrebswachstum signifikant erhöht. Wir konnten zeigen, dass es sich bei dieser miR um einen neuartigen Wirkmechanismus handelt. Die miR-574-5p antagonisiert die inhibitorischen Eigenschaften eines RNA-bindenden Proteins, welches regulatorisch auf die mikrosomale Prostaglandinsynthase-1 (mPGES-1) wirkt. Da in einem weiteren PGE2 induzierten Tumormodell, dem Neuroblastom, die PGE2-Synthese nicht direkt in den Krebszellen, sondern in den benachbarten Fibroblasten zu beobachten ist, möchten wir herausfinden, ob und in welchem Ausmaß die Kommunikation in der Tumormikroumgebung hier eine Rolle spielt. miRs sind wichtige Mediatoren in der Zellkommunikation, die mittels extrazellulärer Vesikel (sog. Exosomen) zwischen Zellen transportiert werden können. In dieser Studie möchten wir untersuchen, ob der Transport von miR-574-5p über Exosome in der Tumorgenese eine Rolle spielt und ob sich hier die unterschiedlichen Tumorarten voneinander unterscheiden. Wir versprechen uns hiervon neue Erkenntnisse über die Rolle von exosomalen miRs in der Tumorgenese sowie neuartige Ansätze für eine personalisierte Tumortherapie.
Nervensystem + Sinnesorgane
PD Dr. med. Marian Christoph Neidert
Die Kartierung des natürlichen Ligandoms der Humanen Leukozyten-Antigene aus gepaarten Glioblastomproben vom Primärtumor und Tumorrezidiv – Ein Antigenfindungskonzept für eine T-Zell-basierte Immuntherapie
Das Glioblastom ist der häufigste und der bösartigste hirneigene Tumor - aufgrund des aggressiv diffus-infiltrativen Wachstums kommt es trotz Chirurgie und Radio-Chemotherapie zwangsläufig zu einem Rezidiv. Das Ziel dieser Arbeit ist die Beschreibung effektiver und spezifischer immunologischer Zielstrukturen durch die Kartierung des Peptid-Ligandoms der Humanen Leukozyten-Antigene (HLA) aus gepaarten Tumorproben (Erstoperation vs. Zweitoperation nach Versagen der Standardtherapie). Die Peptidliganden werden durch Immunpräzipitation aus Tumorgewebe isoliert und massenspektrometrisch sequenziert. Tumor-spezifische HLA-Liganden dienen als Kandidatenantigene für T-Zell-basierte immuntherapeutische Ansätze. Dabei sollen insbesondere die Antigene des Tumorrezidivs charakterisiert werden, denn das Tumorrezidiv hat sich gegenüber der oben genannten Standardtherapie als resistent erwiesen. Zusätzlich werden die Tumor-infiltrierenden Lymphozyten (TIL) mittels hoch-dimensionaler Massenzytometrie (CyTOF) phänotypisch charakterisiert und das T-Zellrezeptorrepertoire der TIL wird analysiert. Ferner werden TIL funktionell bezüglich ihrer Antigen-Spezifität für Kandidatenpeptide getestet.
Dr. med. Franz Ricklefs
Diagnostik kindlicher Gehirntumoren anhand zirkulierender extrazellulärer Vesikel im Blut
Tumoren anhand von Blutproben zu charakterisieren, verspricht zahlreiche Vorteile gegenüber einem chirurgischen Eingriff. Eigene Vorarbeiten haben gezeigt, dass solide Tumoren extrazelluläre Vesikel (EVs) ins Blut abgeben, die Tumor DNA enthalten. Ziel des hier skizzierten Projektes ist es zunächst, DNA aus kindlichen Gehirntumorproben, aus hiervon angelegten Zellkulturen und aus EVs, die ins Zellkulturmedium abgegeben wurden, miteinander zu vergleichen. Angesichts unserer Vorarbeiten erwarten wir, dass das globale Methylierungsprofil der EV DNA alleine ausreicht, um den Tumor mithilfe eines Referenzdatensets von >2500 Gehirntumoren molekular exakt einzuordnen. Anhand einer großen Kohorte von Patienten mit kindlichen Gehirntumoren und Kontrollen möchten wir anschließend nachweisen, dass sich im Blut der Tumorpatienten signifikant mehr EVs nachweisen lassen als in Kontrollproben und dass sich die hieraus angelegten Methylierungsprofile der entsprechenden Tumorentität exakt zuordnen lassen. Unsere Ergebnisse sollen die Grundlage dafür darstellen, dass kindliche Gehirntumoren ohne neurochirurgischen Eingriff, sondern nur anhand einer Blutprobe analysiert werden können.
Niere + Harnwege
Prof. Dr. med. Jan Hinrich Bräsen
Präzisierte Diagnostik von Nierentumoren: Einfluss von Immunzellinfiltraten auf Therapieansprechen und Langzeitprognose
Die Inzidenz des Nierenzellkarzinoms hat in den letzten Jahren zugenommen. Die Risikoklassifizierung ist weiterhin unzureichend und es ist keine adjuvante Therapie etabliert. Im metastasierten Stadium konnte die PD-1 (Checkpoint) Inhibition (i) als neues wirksames Therapieprinzip etabliert werden. Die Therapie mit PD-1 ist mit einem Ansprechen in 25% der Fälle assoziiert und hilft damit nur einem Teil der Patienten. Resistenzmechanismen sind inkomplett beschrieben. Auch der Zusammenhang von Histiotyp und Immunogenität ist unzureichend geklärt. Nierenzellkarzinome sind in der 2016 erschienen WHO-Klassifikation mit zahlreichen Neuerungen beschrieben wurden. Ziel des Vorhabens ist die Definition von Immunphänotypen und deren prognostischer Bedeutung im Kontext der aktuellen WHO-Klassifikation von 2016. Es sollen personalisierte immunologische Therapiestrategien für metastasierte Stadien erarbeitet werden: -Reklassifizierung archivierter Nierentumoren -Immuntypisierung des Tumors -molekularpathologische Identifikation primärer Immunresistenzen -Definition eines Immunscores -Analyse der prognostischen Wertigkeit des Immunscores bei metastasierter Erkrankung Die Ergebnisse sollen im Sinne eines systemmedizinischen Ansatzes langfristig die individuell angepasste Therapie der Patienten verbessern.
Prof. Dr. rer. nat. Cagatay Günes
Funktionelle Charakterisierung kanonischer und nicht-kanonischer Mechanismen der Aneuploidie-Induktion bei der Tumorgenese des Harnblasenkarzinoms
Aneuploidie ist ein Merkmal von invasiven Blasentumoren, wohingegen nicht invasive Blasentumore geringe genetische Instabilität aufweisen. Wir haben in unseren früheren Arbeiten einen durchgeführt und neue Gene identifiziert, deren verminderte Expression zur erhöhten Aneuploidie führen können. Wir konnten zeigen, dass die verminderte Expression der Top 3 Kandidatengene (GJB3, RXFP1 und ORP3) die Transformation von primären humanen Zellen begünstigt. Vor allem ORP3 ist in humanen Tumoren (v.a. Blasenkarzinom) herunterreguliert, was auch mit einem schlechteren Überleben der Patienten assoziiert ist. Für viele der neu identifizierten Faktoren ist deren Rolle bei der Aneuploidieentstehung und Tumorgenese nicht bekannt. Wir postulieren, dass hierfür die Induktion und Selektion von genregulatorischen Netzwerken notwendig ist, was durch verschiedene Mechanismen der Mutagenese (e.g. chromosomale Aberrationen) beeinflusst wird. Wir wollen anhand von zellbiologischen, Organkultur- und in vivo Mausmodellen die kanonischen und nicht-kanonischen molekularen Mechanismen der Aneuploidieentstehung und deren Rolle bei der Initiation und Progression und Invasion von Blasentumoren identifizieren.
Prof. Dr. rer. nat. Wolfgang A. Schulz
Funktion der Histondemethylase UTX/KDM6A im Urothelkarzinom (2)
Zu den charakteristischen genetischen Veränderungen im Urothelkarzinom (UC) zählen inaktivierende Mutationen von Proteinen, die über Histonmodifikationen und Regulation der Chromatinstruktur die Genexpression steuern. Besonders häufig betroffen ist die Histondemethylase UTX (Gen: KDM6A). Die Auswirkungen solcher Mutationen auf die biologischen Eigenschaften der Tumoren sind unzureichend verstanden. Um die Funktion von UTX im Urothelkarzinom zu klären, haben wir im bisherigen Projekt verschiedene UC-Zelllinien mit Überexpression oder Knockout von UTX erzeugt. So haben wir Hinweise auf neue Interaktionspartner und Funktionen von UTX erhalten. In der Verlängerung des Projekts möchten wir diese Interaktionen validieren und ihrer Bedeutung für die Entstehung von Urothelkarzinomen nachgehen. Weiterhin haben wir in Zellkulturmodellen beobachtet, dass eine Herabregulation von UTX zwar nicht die urotheliale Differenzierung als solche verhindert, aber KRT14-positive Vorläuferzellen gegenüber KRT14-negativen anreichert. Dem Mechanismus dieses unerwarteten Effektes soll gleichfalls im Verlängerungszeitraum vertieft nachgegangen werden.
PD Dr. Tibor Szarvas
Entwicklung eines routinetauglichen Biomarker-Sets zur individuellen Prädiktion molekularer Subtypen und des Chemotherapie-Ansprechens beim muskelinvasiven Harnblasenkarzinom
Die 5-Jahres Überlebensrate beim muskelinvasiven Harnblasenkrebs (MIBC) liegt bei nur 50%. Hauptgründe dafür sind dessen molekulare Heterogenität und Resistenzen gegen Cisplatin-basierte Chemotherapien. Für stärker personalisierte Therapiekonzepte werden daher dringend prädiktive Biomarker benötigt. Diese sollten optimalerweise sowohl eine Patienten-Stratifizierung in Subgruppen mit ähnlichem Krankheitsverlauf und biologischen Veränderungen (molekulare Subtypen) als auch eine Prädiktion des Chemotherapie-Ansprechens (Resistenzmarker) erlauben. Für die Subtypisierung wurde ein eigenes kondensiertes Set an RNA und Protein Biomarker-Kandidaten erstellt, mit dem eine große Gewebesammlung von MIBC-Patienten charakterisiert wird. Für die bessere Vorhersage einer Chemotherapie-Resistenz werden zudem 10 neue Marker aus eigenen Vorarbeiten zur Cisplatin-Resistenz auf ihre Expression in Geweben und 5 sezernierte Marker in Serum und Urin überprüft. Ausgewählte Kandidaten dieser neuen Resistenzmarker sollen zusätzlich in Zellkultur-Experimenten auf ihre funktionelle Relevanz für die Resistenzvermittlung getestet werden. So soll letztendlich eine routinetaugliche Methode entwickelt werden, um die Prädiktion molekularer Subtypen und des Chemotherapie-Ansprechens zu ermöglichen.
2018
Brustdrüse
Prof. Dr. rer. nat. Hildegard Büning
Entwicklung einer auf Adeno-assozierten Virus (AAV) Vektoren basierenden Vakzine gegen Asparaginyl Endopeptidase (AEP) zur Eliminierung von Tumor-assoziierten Makrophagen (TAM) und Tumorzellen
Es wird eine auf Adeno-assoziierten Virus Vektoren (AAV)-beruhende Vakzine gegen Asparaginyl Endopeptidase (AEP) zur Tumortherapie entwickelt. AEP ist in M2-Makrophagen und in Tumorzellen solider Tumoren hoch exprimiert. M2-Makrophagen spielen eine protumorigene Rolle in soliden Tumoren und Lymphomen. Salmonella typhimurium und DNA-basierte Vakzinestrategien gegen AEP zeigten in Mausmodellen eine Hemmung des Tumorwachstums durch Depletion von M2-Makrophagen. Der AAV-basierte Prime-Boost Vakzine Ansatz beruht auf der Antigen (AG)-Präsentation im Kapsid bei gleichzeitiger Expression des AG in Kombination mit Flagellin zur Stimulierung des angeborenen Immunsystems. Die Probleme bisheriger Ansätze bezüglich Sicherheit (S. typhimurium) und Effizienz (DNA Vakzine) können so überwunden werden. Nach systematischer Testung unterschiedlicher Vektorkonstrukte mit dem Modellantigen Ovalbumin werden optimale AAV/AEP-Konstrukte zunächst in einem syngenen murinen Tumormodell getestet. Der Ansatz ist universell und kann perspektivisch mit anderen Tumortherapien einschließlich der Immune Checkpoint Inhibition sinnvoll kombiniert werden.
Univ.-Prof. Dr. rer. nat. et med. habil. Gerhard Fritz
Mechanismen der Strahlenresistenz von Tumorzellen und pharmakologische Strategien zu deren Überwindung
Die antitumorigene Wirksamkeit von Radiotherapien (RT) wird durch erworbene Strahlen(IR)-Resistenz der Tumorzellen limitiert. Zur Identifizierung und Charakterisierung von IR-Resistenzmechanismen wird eine Selektion IR-resistenter Tumorzellen unter in vivo Bedingungen mittels eines fraktionierten Bestrahlungsprotokolls angestrebt. Hierzu werden syngene Tiermodelle verwendet und die Tumorzellen subkutan (lokal Tumore) oder intravenös (Lungenmetastasen) injiziert. Nach hypofraktionierter Bestrahlung und Isolation von Tumorrezidiven werden mittels „Omics“ Analysen zelltypspezifische Strahlenresistenz-Mechanismen in Abhängigkeit des jeweiligen Tumormikromilieus identifiziert. IR-resistente Tumorzellen werden zudem ex vivo expandiert und hinsichtlich IR-induzierbarer Stressantworten in vitro charakterisiert. Abschließend wird überprüft, inwieweit ein ausgewählter Inhibitor der DNA-Schadensantwort im Vergleich zu einem Immuncheckpoint-Inhibitor eine (Re)-Sensibilisierung IR-resistenter Tumorzellen in vivo ermöglicht. Residuale DNA-Schäden, Zelltod und inflammatorische Reaktionen werden in Tumorarealen sowie im Normalgewebe erfasst. Ziel ist die präklinische Identifizierung neuer pharmakologischer Zielstrukturen zur Verbesserung der antitumorigenen Wirksamkeit von RT bei strahlenresistenten Tumoren.
Prof. Dr. med. Uwe Haberkorn
Identifizierung von Trop-2-affinen Peptiden zur nuklearmedizinischen Diagnostik und Therapie von Tumoren
Trop-2 ist in einer Vielzahl solider Tumoren, z. B. Tumoren von Brust, Colon, Prostata, Pankreas und Zervix überexprimiert, bei geringer Expression in Normalgeweben. Überexpression des Proteins korreliert mit gesteigerter Proliferation, Migration und Metastasierung von Tumorzellen und ist mit einem verringerten Überleben assoziiert. Eine große extrazelluläre Domäne, die Internalisierung von an Trop-2 gebundenen Liganden, sowie die Überexpression in Metastasen, qualifizieren Trop-2 als vielversprechende Zielstruktur für die Entwicklung theranostischer Ansätze mittels radioaktiver Trop-2-Liganden wie z. B. Antikörper oder Peptide. Peptide haben gegenüber Antikörpern einige Vorteile wie bessere Penetration und Verteilung im Tumor, schnelle Zirkulation und Clearance, leichte Produktion und Radiomarkierung sowie geringere Immunogenität. Ziel des Projekts ist die Identifizierung von bezüglich Stabilität und Affinität optimierten Peptiden für das Targeting von Trop-2 mithilfe von Phagen- und Ribosomen-Display. Die identifizierten Liganden werden in der Zellkultur und im tumortragenden Tier evaluiert und könnten nach erfolgreicher Testung zur Diagnostik und Therapie von Patienten mit metastasierten Tumoren eingesetzt werden.
Dr. rer. nat. Erik Henke
Mechanismen der Stabilisierung der extrazellulären Matrix während der metastatischen Kolonisierung und Auswirkung auf die Behandlung metastatischer Karzinome
Metastasierung ist ein mehrstufiger Prozess. Einmal im Zielorgan angelangt, müssen Tumorzellen einen neuen funktionsfähigen Tumor bilden. Dabei proliferieren sie nicht nur, sondern bauen sich auch schrittweise eine eigene Mikroumgebung aus extrazellulärer Matrix und Stromazellen auf. Diese Mikroumgebung unterstützt weiteres Tumorwachstum, aber schützt die entstehenden Metastasen auch vor Therapeutika. Inhibierung der Kollagensynthese /-stabilisierung führt zu einer verbesserten Wirkstoffeinbringung in Tumore und beeinträchtigt gleichzeitig den Neuaufbau der Mikroumgebung von Metastasen. Unsere Grundhypothesen sind, dass a) die Inhibierung des Aufbaus einer Mikroumgebung die Ausbildung etablierter Makrometastasen verhindert, und b) dies wiederum eine erhöhte Therapiesensitivität zur Folge hat. In dem Versuchsvorhaben soll zunächst über Expressions-Profiling der schrittweise Aufbau der Mikroumgebung von Brustkrebsmetastasen auf molekularer Ebene verfolgt werden. In einem zweiten Schritt soll untersucht werden, inwieweit matrixstabilisierende Enzyme beim Aufbau der Mikroumgebung beteiligt sind und inwiefern deren Inhibierung optimal zur Therapieunterstützung eingesetzt werden kann.
Gastrointestinaltrakt, Mundhöhle + Speicheldrüsen
Dr. rer. nat. Dominic Bernkopf
Hemmung des Wachstums kolorektaler Karzinome durch klinisch zugelassene α2-Adrenozeptor Agonisten
Eine gesteigerte Aktivität des Wnt/β-catenin Signalwegs bedingt Entstehung und Wachstum der meisten kolorektalen Karzinome. Daher bietet die Hemmung des Signalwegs einen möglichen Therapieansatz für das kolorektale Karzinom. Unsere Forschung eröffnet einen neuen Ansatz zur Hemmung des Wnt/β-catenin Signalwegs. Wie die Vordaten zeigen, hemmt die Stimulation von α2-Adrenozeptoren mittels chemischer Agonisten sowohl den Wnt/β-catenin Signalweg, als auch das Wachstum kolorektaler Krebszelllinien. Bemerkenswerterweise sind diese Agonisten (Clonidin, Guanabenz und Brimonidin) zugelassene Arzneistoffe, die klinisch z. B. als Blutdrucksenker und bei ADHS verwendet werden. In der vorgestellten Studie wollen wir untersuchen (i) über welchen molekularen Mechanismus α2-Adrenozeptor Agonisten den Wnt/β-catenin Signalweg hemmen, (ii) wie sich diese Hemmung auf Selbstregeneration und Differenzierung von Intestinalen- und Tumorstammzellen auswirkt und (iii) ob α2-Adrenozeptor Agonisten das Wachstum intestinaler Tumoren in Mausmodellen in vivo hemmen. Ziel der Studie ist es, zu klären, ob klinisch zugelassene α2-Adrenozeptor Agonisten zur Therapie kolorektaler Karzinome eingesetzt werden können.
PD Dr. rer. nat. Klaus Bratengeier
Ad‐hoc‐Adaptionsverfahren für schnelle Volumetric Arc (VMAT) und MR‐Linac‐basierte Intensitätsmodulierte IMRT–Bestrahlungstechniken auf der Basis der Anisotropie der Dosis‐Akkumulation (AiDA) im Zielvolumen
Für Risikoorganschonende VMAT-Bestrahlungstechniken konnte ein Zusammenhang zwischen Verformungen von Zielvolumen bzw. Risikoorganen und daraus resultierenden AiDA-Änderungen gezeigt werden. Darüber hinaus ergab sich eine Verbindung von Dosis-Anisotropieänderung und notwendigen Segmentverformungen. AiDA im Planungs-Zielvolumen (PTV) spiegelt die Anforderungen an die Gewebeschonung der Umgebung des PTV wider und macht diese für Segmentänderungen im Beams-Eye-View (BEV) zugänglich. Dadurch ließen sich aufwändige Neuplanungen umgehen und es eröffnet sich ein Weg zu hochwertigen Adaptionen beliebiger Bestrahlungspläne direkt vor einer Bestrahlung. Folgende Schritte sind dazu notwendig: 1. Quantitative Untersuchungen der statischen Eigenschaften der AiDA bei Änderung der Anforderungen an Zielvolumenerfassung und Risikoorgan-Schonung. 2. Untersuchung der dynamischen AiDA-Eigenschaften der AiDA. Algorithmenentwicklung zur Vorhersage der AiDA-Änderung bei Änderung der PTV- und OAR-Form bei gleichbleibenden Anforderungen an PTV-Erfassung und OAR-Schonung. 3. Erforschung AiDA-basierter Adaptionsalgorithmen für die Segmente eines Bestrahlungsplans. Erstellung eines Adaptions-Moduls, integrierbar in existierende Bestrahlungsplanungssysteme.
PD Dr. phil. nat. Dr. med. habil. Angela Brieger
Untersuchung der pathophysiologischen Relevanz der Phosphorylierung des humanen DNA Fehlerreparatur- Komplexes MutLα für die Dickdarmkrebs-Entstehung (2)
15%-20% aller Dickdarmtumore weisen eine defekte DNA-Fehlpaarungsreparatur (MMR) auf und zeigen ein deutlich schlechteres Ansprechen auf gängige Chemotherapien als MMR-profiziente Karzinome. Die häufigste Ursache für den MMR-Verlust ist ein Defekt des MMR-Proteins MLH1, das nicht nur in die MMR, sondern auch in wichtige MMR-unabhängige Signalwege, wie z. B. die Apoptose, involviert ist. Das fehlende Zusammenspiel von DNA-Schaden-Erkennung und Apoptose-Einleitung könnte ein Therapieversagen bedingen. Kürzlich konnten wir eine Phosphorylierungstelle bei MLH1 identifizieren, die als „Ein/Aus-Schalter“ der MMR zu fungieren scheint. Durch die Phosphorylierung von MLH1 wird die MMR blockiert. Im Rahmen des Antragprojektes wollen wir die verantwortliche Kinase identifizieren und die athophysiologische Bedeutung einer Kinase-Überaktivierung verbunden mit der erhöhten Phosphorylierung von MLH1 im Zellkulturmodell und an geeignetem Patientenmaterial ermitteln. Abschließend soll ein Xenograft-Modell dazu genutzt werden herauszufinden, ob sich durch den Einsatz von spezifischen Kinase-Inhibitoren das Ansprechen auf gängige Chemotherapien bei MMR-defizienten Kolontumoren verbessern lässt.
Dr. rer. nat. Peter Jung
Aufklärung von Mechanismen der Chemotherapie-Toleranz anhand von primären Tumor-Organoid Modellen
Trotz verbesserter Prognose durch zielgenaue Therapieansätze kommt es bei vielen kolorektalen Karzinom (KRK)-Patienten zu einem Wiederauftreten der Erkrankung (Rezidiv). Klinisch problematisch ist schlussendlich die Entstehung chemoresistenter Lebermetastasen. Nach unserer Hypothese passen KRK-Zellen bei Behandlung mit Anti-EGFR-Antikörper und dem FOLFIRI-Regime die Genexpression derart an, dass sie die Therapie besser tolerieren können. Dies geschieht bereits bevor Resistenz-vermittelnde Mutationen in den Zellen auftreten. Um die durch den Einfluss der Therapie veränderten Signalwege zu identifizieren, werden wir primäre und Leber-metastasierte KRKe in innovativer 3D Tumor Organoid-Kultur mit genannter Kombinationstherapie behandeln. Nach unseren vorläufigen Beobachtungen induziert diese Chemotherapie eine vermehrte Expression von Stammzell-Markern in KRK-Zellen. Signalwege, die mit diesem Behandlungs-induzierten, undifferenzierten Zellzustand assoziieren, werden wir mit CRISPR/Cas9 oder spezifischen Inhibitoren/Antikörpern angreifen. Ziel ist es, neue Kombinationen von Medikamenten zu finden, die den Übergang von Behandlungs-toleranten hin zu resistenten Tumorzellen verhindern.
PD Dr. rer. nat. Lutz Lüdemann
Bestimmung des hypoxischen Tumoranteils mittels funktioneller MRT-Methoden für eine individuelle ortsaufgelöste Strahlentherapie
Die Strahlentherapie mittels Dosismodulation würde die lokale Tumorkontrolle verbessern, indem das Tumorgewebe entsprechend seiner Strahlensensibilität bestrahlt wird. Der Sauerstoffeffekt ist eine Hauptursache von erhöhter Strahlenresistenz. Hypoxische Tumorareale selektiv höher dosiert zu bestrahlen, würde die lokale Tumorkontrollrate signifikant erhöhen. Die dynamische kontrastmittelverstärkte MRT eignet sich zur Quantifizierung der Tumorperfusion und somit der Sauerstoffversorgung. Niedermolekulare Kontrastmittel reichern sich in hypoxischen gefäßfernem Tumorgewebe relativ spät an, sodass so nekrotische Areale zu detektieren sind. Die Verfügbarkeit des Sauerstoffs im Tumorgewebe soll über die T1-Relaxationszeitänderung und im Blut über die T2*-Relaxationszeitänderung bei der Umstellung des Atmens von Luft auf reinen Sauerstoff erfasst werden. Der Gefäßdurchmesser soll über die Änderung der T2 und T2*-Relaxationszeitänderung nach Kontrastmittelinjektion bestimmt werden. Die mit einem zu entwickelnden Gewebemodell berechnete hypoxische Gewebefraktion soll zusammen mit einem geeigneten Tumorkontrollmodell über eine lokal erhöhte Dosis die Tumorkontrollrate verbessern.
Prof. Dr. med. habil. Dr. rer. nat. Manfred Marschall
Gezielte Nutzung der dualen antitumoralen-antiviralen Eigenschaften von klinischen und experimentellen Kinase-Inhibitoren: ein 3D-strukturbasiertes Optimierungskonzept
Die Cytomegalovirus-Infektion stellt ein gravierendes, in der Onkologie nach Stammzelltransplantation sogar lebensbedrohliches Problem dar. Der Erfolg der bisherigen Therapiemöglichkeiten wird durch geringe Verträglichkeit und virale Resistenzbildung gemindert. Um das Repertoire an antiherpesviralen Wirkstoffen zu verbreitern, wird eine neue Strategie in Anlehnung an Krebsmedikamente verfolgt. In einer computergestützten Projektion der bekannten 3D-Strukturen von tumorrelevanten Proteinkinasen, CDKs (Cyclinabhängige Kinasen), auf die CDK-ähnliche Cytomegalovirus-Proteinkinase pUL97 soll die Wirkstoff-Target-Bindung exakt ermittelt werden. Darauf basierend werden chemische Derivate von bekannten, antitumoral aktiven CDK-Inhibitoren generiert und in einer mehrstufigen Wirkstoff-Optimierung aus bioinformatischem Modeling, chemischer Neusynthese und Charakterisierung hinsichtlich der antiviralen Aktivität analysiert. Zwei Ausgangsquellen an Compounds stehen den Antragstellern zur Verfügung, zum einen zugelassene Kinase-Inhibitoren der Krebstherapie, zum anderen in unseren Laboratorien entwickelte experimentelle Kinase-Inhibitoren mit starken antiviralen Eigenschaften. Der bestnominierte Kinase-Inhibitor soll als Kandidat in die pharmakologische Entwicklung eingehen und somit, ausgehend von Krebsmedikamenten, eine neue Generation von antiviralen Wirkstoffen repräsentieren.
PD Dr. med. Michael Quante
Analyse der Bedeutung von Gallensäuren und deren Rezeptor FXR zur Prävention des Ösophaguskarzinoms
Barrett-Ösophagus (BE) ist der wichtigste Risikofaktor für das Adenokarzinom des gastroösophagealen Übergangs (AEG), aber die Pathogenese und damit die Möglichkeiten zur Prävention sind unbekannt. Im Mausmodel können wir diese nun besser verstehen: Tumoren entstehen durch entzündliche Veränderungen, in Abhängigkeit von Gallesäure Rezeptor Expression und einem spezifischen Mikromilieu. Das Mikromilieu wird maßgeblich vom Mikrobiom im Darmtrakt der Maus beeinflusst. Gallensäuren verstoffwechselnde Bakterien verändern die Serumkonzentration von Gallensäuren. Wir konnten zeigen, dass die Expression des nukleären Gallesäure Rezeptors FXR mit dieser Entwicklung korreliert und eine Elimination zur gesteigerten Karzinogenese führt. Zudem konnten wir zeigen, dass Mäuse unter Keim-freien Bedingungen weniger Tumore bekommen. Ziel ist eine medikamentöse Prävention der Karzinogenese mit Antibiotika gegen Gallesäuren verstoffwechselnde Bakterien (Metronidazol) oder einem FXR Agonisten (Ocaliva) am Mausmodel zu testen. Zusätzlich werden das Mikrobiom im Darm und Gallensäure im Serum bei Mäusen und bei Patienten im Prozess der Karzinogenese untersucht.
Prof. Dr. rer. nat. Konstantin Strauch
Biomarker und diagnostische Modelle für die individualisierte Prävention beim familiären Pankreaskarzinom
Aufgrund der schlechten Prognose ist es wünschenswert, Patienten mit Pankreaskarzinom (PC) in einem frühen Stadium zu diagnostizieren. Dies ist bei Personen mit familiärem Hintergrund wegen des erhöhten Risikos am ehesten möglich. Wir möchten die ELISA- und miRNA-Marker, die wir zuvor als gut diskriminierende Biomarker bei der Diagnose von PC oder Vorläuferläsionen identifiziert haben, in neu rekrutierten Personen unserer Nationalen Fallsammlung familiäres Pankreaskarzinom (FaPaCa) untersuchen. Dabei sollen die diagnostischen Modelle validiert und die Marker mit biostatistischen sowie Machine-learning-Verfahren in ein gemeinsames Modell integriert werden, um noch besser zwischen Betroffenen und Gesunden differenzieren zu können. Außerdem möchten wir bisher unbekannte für PC verantwortliche genetische Varianten der nukleären und mitochondrialen DNA sowie Gen-Gen-Interaktionen bei Betroffenen in Familien der FaPaCa-Studie identifizieren, um die Früherkennung auf Hochrisikopersonen zu fokussieren. Dies wird es uns ermöglichen, den Screening-Algorithmus zu optimieren und die Krankheitslast für Personen mit hohem Risiko für diese aggressive Krebsart so weit wie möglich zu reduzieren.
Genitaltrakt, männlich
Prof. Dr. rer. nat. Klaus Kopka
Entwicklung radiomarkierbarer NIR-Farbstoffe für die PET-Bildgebung und die Fluoreszenz-geführte intraoperative Detektion von Tumoren und Metastasen
Das Prostatakarzinom (PCA) steht an dritter Stelle der Krebstodesursachen von Männern, daher besteht ein großes Bedürfnis an modernen Behandlungsstrategien. Unsere Gruppe konnte durch die Kopplung von einem Prostatakrebs-spezif. PSMA-gerichteten Liganden mit einem 68Ga- Komplex die Diagnostik des PCAs im PET(/CT/MRT) drastisch verbessern. Der Nachweis von N+ Befall oder Metastasen ist wichtig für die Therapieentscheidung (z. B. radikale Prostatektomie (RPX)) und als Verlaufskontrolle. Eine kurative Resektion befallener LK kann aufgrund ihrer Lage schwierig sein. Auch sind bei invasiven Tumoren benachbarte Strukturen (wie Ureteren) gefährdet. Wir möchten daher einen PSMA-gerichteten, PET-aktivierbaren, Nahinfrarot-Farbstoff (NIR-F) entwickeln. Der Farbstoff soll in eine PET-kompatible Substanz überführt werden können, sodass Tumorgewebe im PET(/CT/MRT) für Staging und prä-OP-Diagnostik visualisiert werden kann. Durch die NIR-F-Eigenschaft wird dem Operateur während der OP Tumorgewebe angefärbt, sodass er gewebesparend resezieren und befallene LKs erkennen kann. Mit unserer Methode lassen sich vermutlich bessere onkologische Ergebnisse bei gleichzeitig reduzierten Nebenwirkungen durch die RPX erzielen.
Genitaltrakt, weiblich
Prof. Dr. med. Felix Hoppe-Seyler
Hemmung der E6/E7-Onkogenexpression humaner Papillomviren in hypoxischen Tumorzellen (2)
HPV-positive Tumorzellen induzieren unter Hypoxie einen reversiblen Dormanzzustand, der durch eine Hemmung der viralen E6/E7-Onkogenexpression und einen Proliferationsstopp charakterisiert ist. Ziel des Erstantrags war es, Einblicke in die Mechanismen der hypoxischen E6/E7-Repression zu erhalten. Wir können zeigen, dass die PI3K/AKT-Signalkaskade hierfür eine Schlüsselrolle spielt. Chemische Inhibitoren des PI3K/AKT-Signalwegs verhindern die hypoxische E6/E7-Repression. Dieser Effekt wird durch konstitutiv aktive AKT1- und AKT2-Proteine konterkariert. Studien, in denen differentiell die endogene AKT1- und/oder AKT2-Expression mittels CRISPR/Cas9 und RNA-Interferenz ausgeschaltet wird, belegen die zentrale Rolle von AKT1 und AKT2 für die hypoxische E6/E7-Repression und weisen auf eine funktionelle Redundanz der beiden AKT-Isoformen hin. Als Schwerpunkte des Fortsetzungsantrags sollen die Ereignisse „upstream“ und „downstream“ von AKT untersucht, die in vitro-Befunde durch Analysen an Gewebeschnitten erhärtet und Studien zur Regulation der HPV-Onkogene von der chronischen Hypoxie auf eine zweite wichtige Form von Hypoxie in Tumoren, die intermittierende Hypoxie, ausgeweitet werden.
Dr. sc. nat. Francis Jacob
Der Einfluss von Glykosphingolipiden auf molekulare und zelluläre Wirkmechanismen beim metastasierenden Ovarialkarzinom
Der reversible Übergang von epithelialen zu mesenchymale Krebszellen (EMT) ist essentiell für Metastasierung und Tumorwachstum und geht mit Chemotherapie Resistenz, vermehrter Tumorstammzelleigenschaften und erhöhter Zellmotilität einher. Aktuell werden mesenchymale Krebszellen wie folgt angegriffen: 1) Vernichtung durch Binding von mesenchymalen Zellmarkern und 2) Überführung in epitheliale Tumorzellen (MET), wie durch das Glykosphingolipid (GSL)-bindende Cholera Toxin gezeigt. Unsere Daten zum Eierstockkrebs weisen ein EMT-Expressionsmuster für Gene aus, welche GSL synthetisieren. Auch mit Überleben sind diese Muster assoziiert. Deshalb nehmen wir an, dass sich GSL während des Übergangs verändern und diesen Prozess sogar induzieren. Als Beweis dafür können wir EMT als auch MET in unseren CRISPR-Cas9 mutierten Tumorzellen aufzeigen. Deshalb möchten wir die entsprechenden Signaltransduktionswege in Zellen und Tumorgewebe aufdecken. Neben der physiologischen Relevanz erwarten wir, potenziell therapeutische Epitope („Targets“) zu identifizieren bzw. Wege aufzuzeigen MET zu induzieren, um Tumorzellen gegenüber Standardtherapien zu sensibilisieren und Metastasierung zu unterdrücken.
PD Dr. rer.nat. Sabine Windhorst
Mikrotubuli-assoziierte Proteine als potentielle Targets für die Therapie von Ovarialkarzinomen
Die Mikrotubuli (MT)-hemmende Substanz Paclitaxel wird zur Therapie von Ovarialkarzinomen eingesetzt, führt aber zu starken Nebenwirkungen und nach längerer Therapie bilden sich häufig Chemoresistenzen aus. Eine Alternative dazu wäre die gezielte Hemmung von Tumor-spezifischen Proteinen, die ebenfalls MTs modifizieren. Um mögliche Kandidaten zu finden, führten wir eine Datenbankrecherche durch und validierten die Kandidaten durch real-time PCR und Korrelationsanalysen von Patientendaten. Hierbei wurde CEP55 als der vielversprechendste Kandidat identifiziert. CEP55 ist ein Gerüstprotein, dessen zelluläre Funktion die Rekrutierung weiterer Proteine an die Zentrosomen und den Midbody ist. Deshalb ist CEP55 essenziell für die Zellteilung. In normalen Zellen ist CEP55 hauptsächlich in Testis und Thymus exprimiert und daher ein sehr gutes Target für die selektive Tumortherapie. Es soll aufgeklärt werden, welche CEP55-Protein-Interaktion gehemmt werden muss, um die zelluläre Funktion von CEP55 zu blockieren und damit die Zellteilung zu hemmen. Auf dieser Grundlage soll in einem Nachfolgeprojekt nach Inhibitoren gegen diese CEP55-Protein-Interaktion gesucht werden.
Haut + malignes Melanom
Prof. Dr. rer. nat. Dorothea Becker
Molekulare Analyse und therapeutische Intervention zielend auf das α-Synuclein Protein im fortgeschrittenen Melanom
Jüngste Studien haben gezeigt, dass Parkinson (PD) Patienten ein signifikant erhöhtes Risiko haben an einem Melanom zu erkranken. Da keine Hinweise auf genetische Faktoren für die Komorbidität dieser beiden Erkrankungen gefunden wurden, gingen wir der Arbeitshypothese nach, dass α-Synuclein, eines der drei wichtigsten mit PD korrelierten Proteine, welches auch im fortgeschrittenen Melanom überexprimiert wird, die beiden Krankheiten verbindet. Erstaunlicherweise führte die Behandlung von α-Synucleinüberexprimierenden Melanomzellen mit dem kürzlich identifizierten Oligomermodulator anle138b, der in PD-Mausmodellen neuroprotektiv ist und die Funktion dopaminerger Neurone wiederherstellt, zu einem massiven Melanomzelltod aufgrund von Dysregulation der Autophagie. Folgend dieses Befunds, wollen wir (I) die von α-Synuclein beeinflussten und die α-Synuclein beeinflussenden Signalwege sowie die darin hoch- bzw. herunterregulierten Proteine in Melanomzellen und PD-Neuronen vergleichend analysieren, und (II) eine präklinische Kombinationstherapie von anle138b mit zwei etablierten Therapeutika auf Effizienz für Melanome im fortgeschrittenen Stadium untersuchen.
Prof. Dr. rer. nat. Anja-Katrin Bosserhoff
Analyse von Melanom-relevanten microRNAs zum Verständnis von Differenzierung und Plastizität bei Melanomen
Molekulare Prozesse der Embryonalentwicklung, beispielhaft die pithelialmesenchymale Transition (EMT), werden in der Tumorentstehung oftmals reaktiviert. In diesem Projekt möchten wir, auf Basis eines in vitro Modells der De-Differenzierung von Melanozyten in Melanoblasten-ähnliche Zellen (MBrC), miRNAs identifizieren, die die Entstehung und Progression des Melanoms fördern. Melanozyten entstammen der Neuralleiste und wandern als Melanoblasten in der Embryogenese große Strecken, um sich über die gesamte Körperoberfläche zu verteilen. Neben diesem migratorischen Potential verfügen diese Zellen sogar über das Potential der Invasion, da sie durch die Basalmembran in die Epidermis einwandern. In ersten Studien haben wir die molekularen Unterschiede zwischen MBrCs, Melanozyten und Melanomzellen untersucht und konnten zeigen, dass miRNAs bei Differenzierungsprozessen eine wichtige Rolle spielen. Über die Hypothese, dass der Vergleich mit Prozessen der De-Differenzierung relevante Veränderungen der Tumorprogression aufzeigen kann, wollen wir mittels funktioneller Analysen aus der Fülle an fehlregulierten miRNAs im Melanom die wesentlichen Treiber für Migration und Invasion definieren.
Dr. rer. nat. Daniel Hasche
Investigation of the “hit-and-run” mechanism in the development of non-melanoma skin cancer by cutaneous papilloma viruses in the animal model Mastomys coucha and in patient samples
Recently we showed for the first time that cutaneous papillomaviruses (PV) in combination with UV act via a “hit-and-run” mechanism in the development of non-melanoma skin cancer (NMSC). A unique animal model that allows studying the whole PV infection cycle until NMSC formation in a natural and immunocompetent host was used. Notably, the animals develop the same tumor entities as found in patients: well-differentiated SCCs with high viral loads and dedifferentiated SCCs, either lacking or only harboring minor amounts of viral DNA, while in both cases preceding infections could be serologically confirmed. Since cancer is a multistep process, we will dissect the routes of tumor formation to understand the temporal and spatial order of infection, UV damage and (de)differentiation during skin carcinogenesis. This should answer the question how cutaneous PVs interfere with the cell at different time points of infection and identify the driving forces behind SCCs after loss of viral DNA. Experimentally, whole genome sequencing, transcriptomics, in situ metabolomics, functional assays and immunohistochemical analyses will be applied in vivo and in vitro and compared to clinical samples.
PD Dr. med. Andreas Ramming
Charakterisierung und Evaluation von Innate Lymphoid Cells als neue therapeutische Targets zur Behandlung der chronischen Graft-versus-Host Erkrankung
Typ-2 Innate Lymphoid Cells (ILC2) sind eine kürzlich entdeckte Gruppe von Zellen, die sich durch Produktion pro-fibrotischer Zytokine wie IL-5 und IL-13 auszeichnet. Als Zellen der angeborenen Immunität werden ILC2 antigen-unabhängig direkt durch Zytokinsignale aktiviert. Ihre Rolle in der sklerodermiformen chronischen GvHD (Scl cGvHD), für die bisher nur sehr limitierte Therapieansätze mit z. T. erheblichen Nebenwirkungen zur Verfügung stehen, ist bisher nicht bekannt. Das Ziel des beantragten Projekts ist, die funktionelle Rolle der ILC2 in der Scl cGvHD zu untersuchen. Im ersten Teil des Projekts werden die in Scl cGvHD Patienten vermehrt zu detektierenden ILC2 näher charakterisiert. In einem translationalen Ansatz sollen dann zunächst die Kinetik und die Funktion der ILC2-Antwort in verschiedenen Mausmodellen der Scl cGvHD bestimmt werden und deren Depletion in einem ersten, neuwertigen therapeutischen Verfahren getestet werden.
Prof. Dr. phil. nat. Mirjam Schenk
Entwicklung eines IL-32 enthaltenden Nanogels zur gezielten Aktivierung von dendritischen Zellen und Verbesserung der anti-Tumor Immunantwort
Das Ziel dieser Forschungsarbeiten ist die Entwicklung eines Nanogels (NG) zur Aktivierung von dendritischen Zellen (DZ), was eine wichtige Komponente zur Induzierung von Tumorimmunität darstellt. Dazu wollen wir ein NG herstellen, welches das DZ aktivierende, entzündungsfördernde Zytokin IL-32 enthält (NG32). Dafür soll IL-32 reversibel so vernetzt werden, dass es durch bestimmte intratumorale Stimuli gezielt freigesetzt werden kann. Unser erstes Ziel ist die Optimierung des Designs und die Wahl des geeigneten Linkers. Die Funktionalität und Bioaktivität von NG32 soll auf Immunzellen getestet werden, um anschließend im Maus-Melanom-Modell den Effekt auf das Tumorwachstum und auf verschiede Immun-Zellpopulationen zu untersuchen. Zudem soll das NG32 mit klinisch zugelassenen Immuncheckpunkt-blockierenden Antikörpern (z. B. anti-PD-1/-L1, anti-CTLA4) kombiniert und im Mausmodell validiert werden. Schließlich wird NG32 in Tumormodellen getestet, welche vom Immunsystem nur schwach erkannt werden. Relevante Erkenntnisse dieses Projekts könnten die Entwicklung effektiverer Behandlungen für bisher therapieresistente Krebspatienten ermöglichen.
PD Dr. med. Andrea Tüttenberg
GARP: regulatorisches Schlüsselmolekül im Tumormikromilieu und neues Target zur Tumorimmuntherapie
Das maligne Melanom gehört zu den bösartigsten Tumoren weltweit mit zunehmender Inzidenz. In frühen Stadien werden durch operative Verfahren Heilungsraten >80% erreicht. Im Falle einer Metastasierung sinkt die Überlebenswahrscheinlichkeit dramatisch. In den letzten Jahren erlangten immuntherapeutische Ansätze (anti-CTLA-4, anti-PD-1 Antikörper) sowie zielgerichtete Therapien (BRAF/MEK-Inhibitoren) eine zunehmende klinische Bedeutung. Die aktive Suppression der immunologischen Abwehr in Tumorpatienten durch ein inhibitorisches Tumormikromilieu verhindert effiziente Antitumorantworten und limitiert immuntherapeutische Ansätze in ihrer Wirksamkeit. Ziel vieler Studien ist daher die Charakterisierung neuer regulatorischer Moleküle und Signalwege humaner Melanomzellen und ihrer Bedeutung für das Tumormikromilieu, um neue Zielstrukturen für immuntherapeutische Ansätze zu identifizieren. In der letzten Antragsperiode konnten wir GARP als ein solches Schlüsselmolekül identifizieren. Im Folgenden möchten wir GARP und seine Bedeutung für das maligne Melanom genauer beleuchten und seine Bedeutung als Biomarker sowie als mögliches Target für eine Antikörper-basierte Tumortherapie untersuchen.
Prof. Dr. rer. nat. Sabine Werner
Funktion und Wirkungsweise des Nrf3 Transkriptionsfaktors bei der Entstehung und Progression von Hautkrebs
Unsere bisherigen Ergebnisse zeigten, dass der Verlust des Nrf3 Transkriptionsfaktors in Mäusen die maligne Progression von epithelialen Hauttumoren fördert. Zudem fanden wir eine starke Reduktion der NRF3 Expression in menschlichen Basalzell- und Plattenepithelkarzinomen. Dies ist funktionell relevant, da der Verlust von Nrf3 die Apoptose von Keratinozyten reduzierte und die Migration dieser Zellen förderte. Diese Daten sprechen für eine Tumorsuppressor-Funktion von NRF3 in der Haut. Wir möchten nun untersuchen, in welcher Phase der Hauttumorgenese es zu der Reduktion von NRF3 kommt und ob dies mit invasivem Wachstum korreliert. Weiterhin sollen die Konsequenzen des Verlusts bzw. der Überexpression von NRF3 in Plattenepithelkarzinomzellen in 2D und 3D Hautkulturen und im Maus-Xenograft Modell untersucht werden. Schließlich sollen durch die Identifizierung und Charakterisierung von NRF3 Interaktionspartnern und Zielgenen die Mechanismen untersucht werden, über die NRF3 die Hautkrebsprogression steuert. Diese Versuche bilden die Grundlage für eine mögliche Aktivierung von NRF3 bzw. relevanter NRF3 Zielgene zur Prävention und/oder Behandlung von Hauttumoren im Menschen.
Immunsystem + Hämatopoese
PD Dr. rer. nat. Barbara Adler
Entwicklung eines Impfstoffs zur Bekämpfung von HCMV-bedingten Komplikationen in der Tumortherapie: Untersuchungen im präklinischen Modell
Eine lebensbedrohliche Komplikation von Tumortherapien wie Knochenmarkstransplantationen oder Chemotherapien ist die Infektion mit humanem Cytomegalievirus (HCMV). Eine effektive HCMV-Vakzine könnte die klinischen Erfolgsraten nach Transplantation oder Tumortherapie deutlich verbessern. Cytomegalieviren exprimieren einen gH/gL/Chemokin-Komplex auf der Partikeloberfläche, der die Infektion von Monozyten und dendritischen Zellen vermittelt, Zellen, die essentiell für die Dissemination von CMV sind, gleichzeitig aber auch die antivirale Immunantwort regulieren. gH/gL/Chemokin-spezifische Antikörper gehören zu den in vitro am effizientesten neutralisierenden anti-HCMV Antikörpern. Inwieweit diese Antikörper auch die antivirale Immunantwort beeinflussen, ist unbekannt. Wir wollen in der Infektion der Maus mit murinem Cytomegalovirus untersuchen, ob gH/gL/Chemokin-spezifische Antikörper auch in vivo vor einer CMV-Infektion schützen und inwieweit sie die Komplex-unabhängige antivirale Immunantwort beeinflussen. Konzeptionell sollen diese Untersuchungen zeigen, ob gH/gL/Chemokin-basierte Impfstoffe einen vielversprechenden Ansatz für eine neue HCMV-Vakzinentwicklung darstellen könnten.
PD Dr. med. Dr. rer. nat. Maya C. André
Is checkpoint modulation of NK cell development with 5-AzaCytidine feasible?
In Vorarbeiten in Stammzelltransplantierten huNSG Mäusen konnten wir beträchtliche NK Zell vermittelte Graft-versus-Leukämie Effekte beobachten, wenn subtherapeutische Dosen von 5-AzaCytidin verabreicht wurden. Die immunologischen Mechanismen verstehen wir insofern, als wir zeigen konnten, dass vermehrt unreife NK Zell Vorläuferzellen nachzuweisen sind und dass sich das Transkriptionsfaktor-Expressionsprofil in sich differenzierenden Stammzellen ändert. Daher möchten wir hier die epigenetische Regulation dieser identifizierten Transkriptionsfaktoren untersuchen und untersuchen, ob eine Checkpoint-Regulation tatsächlich die Entstehung der NK Zell-Reihe begünstigt. Auch möchten wir in huNSG Mäusen, in denen wir die das Entstehen der Hämatopoese verfolgen können, untersuchen, ob die bevorzugte Entwicklung von NK Zellen auf Kosten anderer Zellreihen geht. Da ein Großteil des menschlichen NK Zell Pools nach Transplantation aus unreifen NK Zellen besteht, könnte 5-AzaC ein größeres therapeutisches Potential haben als bislang angenommen. Aus unseren Überlegungen lässt sich eine innovative und gering toxische Form einer Immuntherapie mit einem bereits zugelassenen Medikament ableiten.
Dr. rer. nat. Baubak Bajoghli
NAMPT-abhängige Deazetylierung von RUNX1 in akuter myeloischen Leukämie (AML)
Der Transkriptionsfaktor RUNX1 hat zentrale Rollen in der Differenzierung von hämatopoetischen Stammzellen und Leukämogenese. Bei 15% der Patienten mit akuter myeloischer Leukämie (AML) treten genetische Veränderungen in RUNX1 auf. Darüber hinaus können post-translationale Modifikationen von RUNX1 durch Enzyme zu Malignitäten beitragen. Die Wirkung der RUNX1-Deazetylierung auf die Hämatopoese und die leukämogene Transformation ist noch nicht bekannt. Die Ergebnisse aus unseren Vorarbeiten zeigen, dass RUNX1 mit SIRT1 in AML-Zellen interagiert. SIRT1 ist eine Nicotinamid-Phosphoribosyltransferase (NAMPT)-abhängige Protein-Deazetylase, die stark in AML aktiv ist. Die Behandlung von AML-Blasten mit NAMPT-Inhibitor beeinträchtigt die Interaktion zwischen RUNX1 und SIRT1 und führt zu einer erhöhten RUNX1-Azetylierung. Unsere Hypothese ist, dass RUNX1 ein Ziel der NAMPT/SIRT1-abhängigen Deazetylierung ist und die Hemmung von RUNX1 Funktion durch NAMPT/SIRT1 zur Leukämogenese beitragen kann. Dies könnte einen neuartigen Mechanismus der AML-Entwicklung darstellen und neue Wege für Therapien der AML durch Wiederherstellung von RUNX1-Funktionen öffnen.
Dr. rer. nat. Hanna-Mari Baldauf
Targeting SAMHD1 for degradation to enhance Ara-C cytotoxicity in AML cells
Kürzlich konnten wir SAMHD1 als potenten Biomarker für die Cytarabin Antwort in Patienten mit AML identifizieren. Innerhalb dieser Studie konnten wir nachweisen, dass die Behandlung von AML-Zelllinien und primären AML-Blasten mit Virus-ähnlichen Partikeln (VLPs), in die SAMHD1-interagierende Vpx Proteine des Makaken 251 Affen-Immundefizienzvirus inkorporiert waren, die Ara-C-Zytotoxizität bis zu 100-fach erhöht. Im aktuellen Antrag planen wir, verschiedene Applikationswege von lentiviralen Vpx- und auch Vpr-Proteinen zu untersuchen, um SAMHD1 gezielt einer proteasomalen Degradation zu zuführen und damit die Ara-C-Zytotoxizität zu steigern. Dieses möchten wir durch die Inkorporation in VLPs, Liposome und nanoMOFs als auch durch die Cell-penetrating peptide (CPP)-vermittelte Aufnahme von minimalen Vpx- und/oder Vpr-basierenden Peptidfragmenten mit SAMHD1- und Proteasom-Bindungsmotiven erreichen. Zusammengefasst wird diese Studie die Entwicklung von optimierten Peptid- oder lentiviralen Protein-basierten Verfahren unterstützen mit dem Ziel, neue Ara-C-basierte therapeutische Optionen für AML-Patienten mit hoher Blasten-assoziierter SAMHD1-Expression zu eröffnen.
Dr. rer. nat. Wibke Bayer
Identifikation von immunsuppressiven Sequenzen in retroviralen Hüllproteinen und Analyse ihres Einflusses auf Tumor-Entstehung und -Kontrolle
Während die Inzidenz von Immundefizienz-assoziierten Tumorerkrankungen in HIV-Infizierten auf Grund der sehr effektiven antiretroviralen Therapie stark zurückgegangen ist, haben sich nicht-AIDS-definierende Tumorerkrankungen zu einer der Haupt-Todesursachen bei HIV-infizierten Patienten entwickelt, was unter anderem auf höhere Inzidenzen und aggressivere Verläufe zurückzuführen ist. Ein Faktor der hierfür verantwortlich sein kann ist die durch HIV induzierte Immunsuppression, die auch in der effektiven Therapie bei stabilen CD4+ T-Zell-Zahlen beobachtet wird. Eine wichtige Rolle bei der Induktion der Immunsuppression wird dem HIV-Hüllprotein (Env) zugesprochen, es handelt sich hierbei um eine konservierte Eigenschaft, die sich bei allen Retroviren findet. Diese immunsuppressiven Eigenschaften von retroviralen Env-Proteinen sollen in dem vorgeschlagenen Forschungsvorhaben charakterisiert, und an ihr beteiligte Protein-Sequenzen identifiziert werden. Erkenntnisse über die Mechanismen der Immunsuppression nach retroviraler Infektion und den Einfluss auf die Tumorkontrolle können wichtige Erkenntnisse für eine verbesserte Therapie von Tumor-Erkrankungen bei HIV-Patienten liefern.
Prof. Dr. med. Thomas Boehm
Tiermodell für menschliche Thymome
In allen weltweit beschriebenen Kohorten findet sich bei Thymomen der A- und AB-Typen auffällig häufig eine erworbene identische Mutation im Transkriptionsfaktor GTF2I, die zu einer abnormalen Differenzierung des Thymusstromas führt. Bei einem in Vorarbeiten zu diesem Projekt entwickelten Mausmodell führte die Expression der mutierten Form des Gtf2i-Transkriptionsfaktors in thymischen Epithelzellen zu deren Fehlfunktion. Im beantragten Projekt soll mit Hilfe dieses Modells der Pathomechanismus der Thymomentstehung beleuchtet werden. Detaillierte morphologische und transkriptionelle Analysen sollen die dem Thymom zugrunde liegende Ausgangszelle definieren und Hinweise auf Störungen bei Differenzierung und Proliferation der Epithelzellen sowie der Immunhomöostase geben. Dazu planen wir, die klinische Situation des zellulären Nebeneinanders von Tumor- und Wildtyp-Zellen in tetraparentalen Chimären zu modellieren, um Erkenntnisse zu deren reziproken Wechselwirkung zu gewinnen. Diese Studien sollen in die Erstellung möglichst aussagekräftiger diagnostischer Kriterien münden, von denen wir hoffen, dass sie für klinisch-pathologische Fragestellungen zum Thymom von Nutzen sein werden.
Dr. rer. nat. Maike Buchner
Funktionelle Charakterisierung des CBM-Komplexes bei der Chronischen Lymphatischen Leukämie
Die Chronische Lymphatische Leukämie (CLL) ist eine der häufigsten B-Zellneoplasien in westlichen Ländern. Intensive Forschung hat bereits zu einer signifikanten Verbesserung des Verständnisses der CLL Pathogenese geführt, insbesondere im Hinblick auf den B-Zellrezeptor (BZR)-Signalweg. Trotz des klinischen Erfolges des BTK-Inhibitors Ibrutinib ist ein signifikanter Anteil der Patienten refraktär oder entwickelt schwer therapierbare Resistenzen. Der CBM-Komplex besteht aus den Molekülen CARD11, BCL10 und MALT1 und spielt eine entscheidende Rolle bei BZR-induzierter NF-κB Aktivierung und somit für das Überleben der CLL Zellen. Die funktionelle Rolle bei CLL wurde noch nicht ausreichend untersucht. In diesem Projekt benutzen wir genetische Strategien um die Abhängigkeit der CLL von CBM-Komponenten und MALT1-Paracaspase-Aktivität zu untersuchen. Wir charakterisieren die CLL Progression, Signalgebung, Genexpression, sowie Ibrutinib-Sensitivität nach CBM-Aktivierung oder Inaktivierung. Dabei werden nicht nur potentiell interessante therapeutische Ziele für Ibrutinib-resistente CLL untersucht, sondern auch eine mögliche Rolle der CBM-Aktivierung in der Richter-Transformation aufgedeckt.
Dr. rer. nat. Igor Cima
Entschlüsselung immunologischer Netzwerke im humanen Glioblastom unter besonderer Berücksichtigung von tumorassoziierten hämatopoetischen Stamm- und Vorläuferzellen
Immuntherapie ist ein vielversprechender Ansatz zur Behandlung des Glioblastoms (GBM), allerdings ist bis dato nicht vollständig bekannt, wie das Immunsystem während des Krankheitsverlaufs reagiert. Nach unserer Hypothese ermöglicht die vollständige Kartierung aller Immunzelltypen aus neurochirurgischen Resektaten, sowie angrenzender Infiltrationszonen des Gehirns, eine Entschlüsselung der wichtigsten immunologischen Netzwerke im humanen GBM. Hier stellen wir eine Methode vor, mit der es erstmalig möglich ist, alle bekannten Immunzelltypen in einem Gewebe zu kartieren. Vorläufige Ergebnisse dieses Ansatzes deuten auf eine überraschende Rolle von hämatopoetischen Stamm- und Vorläuferzellen (HSPC) als wichtige Prädiktoren zum GBM-Gesamtüberleben hin. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen schlagen wir Experimente vor, in denen GBM-assoziierte HSPCs mechanistisch untersucht werden. Unser "systemimmunologischer" Ansatz, angewendet auf klinisch relevante Fragestellungen und kombiniert mit der gründlichen Charakterisierung wichtiger Resultate, wird dazu dienen, die Translation neuerkannter immuntherapeutischer Ansätze für das GBM aus der Grundlagenforschung in die Klinik zu beschleunigen.
Prof. Dr. med. Simone Fulda
Smac Mimetic zur Apoptosesensitivierung des DLBCL: Molekulare Mechanismen und therapeutische Implikationen
Die Wirkung onkologischer Therapien beruht v. a. auf der Induktion des programmierten Zelltods in Krebszellen, sodass Apoptosedefekte, z. B. infolge einer Überexpression von "Inhibitor of Apoptosis" (IAP) Proteinen, zur Therapieresistenz führen können. Wir haben kürzlich entdeckt, dass die Hemmung von IAP Proteinen durch Smac Mimetic diffuse großzellige B-Zell-Lymphom (DLBCL) Zellen für Apoptose sensitivierte und Smac Mimetic in Kombination z. B. mit Proteasominhibitoren synergistisch in DLBCL Zellen Apoptose induzierte. Das Ziel des beantragten Projekts ist es, die molekularen Wirkmechanismen zu entschlüsseln, die für die Smac Mimetic-vermittelte Sensitivierung von DLBCL Zellen für Apoptose verantwortlich sind, und das therapeutische Potential einer Smac Mimetic-basierten Kombinationstherapie in einem präklinischen Mausmodell des DLBCL in vivo zu evaluieren. Da verschiedene Smac Mimetics derzeit in ersten klinischen Studien getestet werden, legt das Projekt wichtige Grundlagen für eine mögliche zukünftige Anwendung Smac Mimetic-basierter Kombinationstherapien zur therapeutischen Induktion von Apoptose beim DLBCL.
Prof. Dr. med. Martin-Leo Hansmann
Die Identität des Hodgkin- und Reed-Sternberg-Tumorzellklons im Hodgkin-Lymphom und Existenz CD30-positiver prämaligner B-Zellen
Die in der ersten Förderperiode etablierte und begonnene Exomsequenzierung von primären Hodgkin- und Reed-Sternberg (HRS)-Zellen soll als erstes Ziel durch Validierungsstudien abgeschlossen werden. CD30+ HRS-Zellen gelten als Tumorklon des Hodgkin-Lymphoms (HL). Es gibt allerdings Hinweise auf die Existenz von CD30- Tumorklonmitgliedern. Ziel 2 ist daher zu klären, ob der HRS-Tumorklon auch CD30- Mitglieder umfasst, was für das Verständnis der Pathobiologie, und für die HL-Therapie mit Anti-CD30-Antikörpern von großer Relevanz ist. Durch Analyse von IgV-Genen soll die klonale Verwandtschaft von mikrodissezierten CD30+ HRS-Zellen zu CD30- Kandidatenzellen untersucht werden. CD30+ und CD30- Klonmitglieder sollen auf differentielle Genausprägung analysiert werden. HRS-Zellen sind in ihrer Genausprägung ähnlich zu normalen CD30+ B-Zellen, so dass diese möglicherweise HRS-Vorläuferzellen darstellen. Ob lymphoproliferative Phänomene mit zahlreichen CD30+ B-Zellen prä-maligne Läsionen des HL darstellen ist unklar. Ziel 3 ist zu klären, ob CD30+ B-Zell-Expansionen in reaktiven Lymphknoten HL-Vorläuferläsionen repräsentieren. Dazu sollen CD30+ B-Zellen auf Monoklonalität mittels IgV-Gen-Analyse untersucht werden. Durch Analyse auf HRS-Zell-typische Mutationen soll ihre prä-maligne Natur geklärt und so erste Schritte der HL-Pathogenese charakterisiert werden.
Prof. Dr. rer. nat. Vigo Heissmeyer
Inhibition der Roquin-Aktivität zur Verbesserung adoptiver T-Zelltherapie
Trotz Tumor-infiltrierender Lymphozyten (TILs), die jedoch nicht ausreichend aktiviert werden, können Tumore vom Immunsystem nicht unter Kontrolle gebracht werden. In diesem Antrag schlagen wir deshalb vor, durch die Modulation von Roquin, einer "physiologischen Bremse“ der T-Zell-Funktion, die Effizienz Tumor-spezifischer T-Zellen zu steigern. Gestützt durch unsere Vorversuche wollen wir jetzt im Mausmodell zeigen, dass Roquin-defiziente CD8+ T-Zellen in vivo eine verbesserte zytotoxische Aktivität besitzen. Um die potentiellen Erfolge zukünftig im Patienten nutzbar zu machen, soll ein induzierter Knockout (CRISPR/Cas9 System) oder eine Inhibition von Roquin (“sponge“ Konstrukte) entwickelt werden. Weiterhin soll herausgefunden werden, ob TILs durch Biomarker der Roquin-Aktivität in ihrer Zytotoxizität unterschieden werden können. Insgesamt schlagen wir als neuen und vielversprechenden Ansatz in der Behandlung von Tumorerkrankungen eine Roquin-Inhibition in T-Zellen vor, um einen kooperativen therapeutischen Effekt zu erzeugen, da Roquin ein übergeordneter Regulator mehrerer pro-inflammatorischer Moleküle mit erwiesenem Nutzen in der Immunzelltherapie ist.
Prof. Dr. med. Martin A. Horstmann
Stress-induzierte DNA-Schadensantwort und -Reparatur bei leukämogener FOXM1 Insuffizienz in hämatopoetischen Stamm- und Vorläuferzellen
Die akute lymphatische Leukämie (ALL) des Kindesalters ist eine (epi-)genetische Erkrankung. Ihre Entstehungsgeschichte ist weitgehend ungeklärt. Insbesondere die Mechanismen der Mutagenese in ihrem ontologischen, reifungsabhängigen Kontext, die zu spezifischen molekulargenetischen Subtypen der ALL führen, sind kaum erforscht. Eine Infektionsstress-induzierte genomische Instabilität lymphopoetischer Zellen wird diskutiert. Wir postulieren hier eine übergeordnete Störung der genomischen Stabilität durch Haploinsuffizienz des Mitose- und potenziell DNA-Reparatur kontrollierenden FOXM1 Gens, das in einer Vielzahl unterschiedlicher ALL deletiert vorgefunden wird. In konditionellen Foxm1-knock-out Mausmodellen beobachteten wir eine hohe Penetranz akuter, zumeist lymphoblastischer Leukämien, die mit einer Tumorsuppressorfunktion des Foxm1 im Einklang stehen. Im Mausmodell sollen nun die Auswirkungen einer Foxm1 (Haplo-)Insuffizienz auf die in vivo stress-induzierte DNA-Schadensantwort und -Reparatur in hämatopoetischen Stamm- und Vorläuferzellen untersucht werden, um auf diese Weise die frühkindliche Stimulation des lymphatischen Immunsystems durch Infektionen nachzustellen.
Prof. Dr. med. Dietrich Kabelitz
Modulation der Interaktion zwischen γδ T-Zellen und Tumorzellen durch TLR7/8 und STING Liganden
Humane Vγ9Vδ2 γδ T-Zellen können Tumorzellen von gesunden Zellen aufgrund der erhöhten Konzentration endogener Pyrophosphate in transformierten Zellen unterscheiden. γδ T-Zellen sind daher für zellbasierte Immuntherapien von großem Interesse. Liganden für Mustererkennungsrezeptoren wie z. B. Toll-like Rezeptoren (TLR) werden als Adjuvantien für Tumorvakzine, aber auch in der lokalen Tumortherapie (z. B. TLR7 Ligand Imiquimod) eingesetzt. Ziel des Vorhabens ist die Charakterisierung der Modulation der γδ T-Zell/Tumorzell-Interaktion durch Liganden für TLR7, TLR8 sowie für den zytoplasmatischen DNA Sensor STING (STimulator of INterferon Genes); Liganden für alle drei Rezeptoren sind in der Entwicklung für den klinischen Einsatz. Wir werden im Detail den Einfluss der Liganden (i) auf γδ T-Zellen, (ii) auf die Sensitivität von Tumorzellen gegenüber γδ T-Zell Lyse, sowie (iii) auf die Interaktion zwischen γδ T-Zellen und Tumorzellen untersuchen. Wir erwarten neue Erkenntnisse darüber, wie die anti-Tumor Effektorfunktion von γδ T-Zellen verstärkt und möglicherweise die in einigen Studien berichtete pro-tumorigene Aktivität von γδ T-Zellen überkommen werden kann.
PD Dr. med. Jan Krönke
Identifizierung prädiktiver molekularer Marker mittels RNA Sequenzierung für die Therapiestratifikation älterer Patienten mit Multiplem Myelom
Das Multiple Myelom ist eine maligne Erkrankung der Plasmazellen. Bei jüngeren Patienten führt eine Kombination von Lenalidomid mit intensiver Chemotherapie zu langanhaltenden Remissionen. Bei älteren Patienten ist eine intensive Therapie gegenüber einer weniger intensiven Therapie jedoch mit einem erhöhten Risiko für schwere Nebenwirkungen und therapieassoziierter Mortalität verbunden. Es ist aktuell nicht möglich vorherzusagen, ob ein Patient von einer intensiven oder nicht-intensiven Therapieform profitiert. In der randomisierten, prospektiven DSMM XIII-Studie wurden ältere Patienten entweder kontinuierlich mit Lenalidomid/Dexamethason alleine oder gefolgt von zwei Hochdosistherapien behandelt. In dem beantragten Projekt wollen wir mittels RNA Sequenzierung der Tumorzellen Prädiktoren für das Ansprechen und Überleben in den beiden Therapiearmen identifizieren. Die Ergebnisse aus diesen Untersuchungen haben das Potential, die Therapie von Patienten mit Multiplem Myelom in Zukunft im Sinne einer personalisierten Medizin besser steuern zu können.
Prof. Dr. med. Peter Lang
Bedeutung von B7-H3 (CD276) als Zielantigen für ADCC-vermittelnde Antikörperkonstrukte und für Checkpoint-Inhibition bei pädiatrischen Malignomen
Zur Behandlung des Neuroblastoms bei Hochrisikopatienten wird das Disialogangliosid-Antigen GD2 erfolgreich als Ziel im Rahmen von Immuntherapien mit monoklonalen Antikörpern (mAbs, wie z. B. anti-CH14.18) genutzt. Allerdings sind sowohl die GD2 Expression als auch die Ansprechrate auf anti-CH14.18 variabel. In diesem Projekt soll B7-H3 (CD276) als alternatives oder zusätzliches Zielantigen für immuntherapeutische mAbs, die „antibody-dependent cellular cytotoxicity“ (ADCC) oder eine Checkpoint-Inhibition vermitteln, evaluiert werden. B7-H3 ist auf vielen Tumoren überexprimiert, jedoch auf gesundem Gewebe kaum oder gar nicht zu finden. Wir haben folgende Ziele: 1) Verschiedene anti-B7-H3 mAb Konstrukte (Fc-optimiert und/oder mAb-Zytokin Fusionen) sollen in vitro auf ihre Fähigkeit zur ADCC getestet werden. 2) Die in vivo Funktionalität des mAbs soll in einem Mausmodell verifiziert werden. 3) Durch einen unbekannten Rezeptor wirkt B7-H3 negativ-immunregulatorisch. Dieser soll identifiziert werden, um zukünftig als Ziel für mAbs zu dienen, die die Interaktion mit B7-H3 unterbinden. Hieraus soll eine effektive Checkpoint-Inhibition resultieren.
PD Dr. rer. nat. Jörn Lausen
Untersuchung der genregulativen Rolle eines PRMT6/LEF1/RUNX1 Komplexes bei Leukämien
Die Protein-Arginin-Methyltransferase 6 (PRMT6) stellt ein potenzielles Ziel für eine epigenetische Krebstherapie dar. Der Mechanismus, wie PRMT6 die Proliferation beeinflusst, ist weitgehend ungeklärt. Um zu ermitteln, wie PRMT6 das Zellwachstum beeinflusst, haben wir PRMT6 Interaktionspartner identifiziert. Dabei haben wir gefunden, dass PRMT6 mit den Transkriptionsfaktoren LEF-1 und RUNX1 interagiert. Weiterhin haben wir PRMT6/LEF1/RUNX1 Zielgene identifiziert, die das Wachstum von Leukämiezellen verändern. In den geplanten Untersuchungen wollen wir Genexpressionsstudien von PRMT6, LEF1 und RUNX1 in Leukämiezelllinien und primären Blutzellen durchführen und direkte Zielgene des PRMT6/LEF1/RUNX1-Komplex genomweit ermitteln. Außerdem möchten wir untersuchen, ob PRMT6 zu einer epigenetischen Regulation dieser Gene beiträgt, und ob diese Gene durch PRMT6 Inhibition beeinflusst werden. Des Weiteren möchten wir untersuchen, ob PRMT6 Zielgene unterhalb des wichtigen WNT/-Catenin Signalweges liegen. Eine pharmakologische Inhibition von PRMT6 könnte zu einer Aktivierung von PRMT6/LEF1/RUNX1-Zielgenen und dadurch zu einer Wachstumsinhibition von Krebszellen beitragen.
Prof. Dr. rer. nat. Rolf Marschalek
Biology of t(6;11) fusion proteins and their specific role in lineage switch from AML to T-ALL
The chromosomal translocation t(6;11) is predominantly diagnosed in patients with high-risk AML (acute myeloid leukemia) which is associated with a very poor prognosis (survival is ~10%). The MLL fusion partner AF6 is known to impact on RAS signaling and to directly interact with BCR and LMO2. Here, we want to functionally characterize 2 different MLL-AF6 fusions with breakpoint either in MLL intron 9 (AML) or intron 21 (T-ALL). By using the different breakpoints, an important control domain (PHD1-3/BD) is swapped from AF6-MLL (AML) to MLL-AF6 (T-ALL). We are mainly interested in the molecular mechanism leading to this lineage switch and the resulting disease phenotypes. In first instance, cellular model system will be created to investigate potential mechanism at the molecular level. We expect fundamental changes in gene expression profiles when using the four different t(6;11) fusion proteins, and hopefully, novel insights into this type of high-risk leukemia which will be useful on the long run for developing of novel therapeutic strategies.
Prof. Dr. med. rer. nat Peter Oefner
Proteomanalysen in Formalin-fixierten Paraffingewebe-Schnitten von diffusen großzelligen B-Zell Lymphomen zur Identifizierung neuer Marker zur Therapiesteuerung
Die molekulare Klassifikation von diffusen großzelligen B-Zell Lymphomen (DLBCL) in „Germinal Center B (GCB)“ und „Activated B Cell (ABC)“ ähnliche Subtypen bildet die Grundlage für die Erprobung neuer, gezielter Therapieansätze. Erforderte die Klassifikation mit DNA-Mikroarrays noch frisches Gewebe, erlaubt heute das NanoString nCounterTM System die gezielte Genexpressionsanalyse in Formalin-fixiertem Paraffin-eingebettetem (FFPE) Gewebe. Mittels Flüssigchromatographie-Massenspektrometrie (LC-MS) erstellten wir kürzlich eine aus acht Proteinen bestehende GCB/ABC-Signatur, die ausgezeichnet mit Genexpressionsdaten übereinstimmt aber an keine herstellerspezifischen Instrumente und Reagenzien gebunden ist. Die LC-MS erlaubt überdies die ungezielte Quantifizierung hunderter weiterer Proteine für die Identifizierung neuer Biomarker. Hier beantragen wir Mittel, um (1) die bestehende GCB/ABC-Proteinsignatur an 400 FFPE-Schnitten, für die Genexpressionsdaten vorliegen, zu validieren, (2) weitere Biomarker für die Therapie-Stratifizierung zu identifizieren, und (3) die immunhistochemische Eignung der gefundenen Marker zu testen.
Dr. med. Anne Rensing-Ehl
Autoimmun-lymphoproliferatives Syndrom als Modellerkrankung zur Untersuchung der Signal-vermittelten und metabolischen Steuerung unkontrollierter T-Zell Proliferation
Das autoimmune lymphoproliferative Syndrom (ALPS) wird durch FAS Mutationen hervorgerufen. Der FAS Defekt führt zur Akkumulation von CD3+TCRab+CD4-CD8- doppelt negativen T-Zellen (DNT). Auf zellulärer Ebene stellt sich die Frage, aus welchen Zelldifferenzierungsstadien die DNT hervorgehen. Über Massenzytometrie (CYTOF) werden die DNT multiparametrisch phänotypisch charakterisiert. Mittels TCR deep sequencing wird analysiert, ob die DNT-Differenzierung über die TCR Spezifität determiniert wird und ob Sequenzen CMV/EBV-spezifischer T-Zellen unter den DNT zu finden sind. Auf molekularer Ebene sollen aktivierte oder inhibierte Signal- und Stoffwechselwege in DNT über RNAseq identifiziert werden. Die Aktivität der wichtigsten metabolischen Wege sowie die Aktivität von Zellorganellen wird untersucht. Identifizierte Schlüsselmoleküle werden auf Proteinebene bestätigt und die Relevanz wichtiger Signalwege validiert. Wir erwarten, dass die Untersuchung von ALPS modellhaft Mechanismen identifizieren kann, die Schlüsselelemente in der Kontrolle der Zelldifferenzierung und Zellproliferation darstellen und damit auch zum Verständnis von ALPS als Lymphom-Suszeptibilitätssyndrom beitragen.
Prof. Dr. rer. nat. Michael A. Rieger
Subklonale Dominanz, Evolution und Lokalisation von Leukämie-induzierenden Stammzellen in der adulten akuten lymphoblastischen Leukämie – von der Leukämieentstehung bis zur Therapieresistenz
Klonale Evolution und epigenetische Differenzierung führt zu intratumoraler Zellheterogenität und erschwert die Entwicklung umfassender, effizienter Therapeutika. Die BCP-ALL ist eine maligne Erkrankung der lymphatischen Vorläuferzellen. Trotz effektiver Erstlinienchemotherapie ist das Gesamtüberleben von betroffenen Erwachsenen mit 40-50% schlecht, da gehäuft Rezidive auftreten, die vermutlich von Therapie-resistenten Leukämie-induzierenden Zellen ausgehen. Große Unklarheit besteht über die Existenz und Frequenz dieser Zellen in adulter BCP-ALL, und einzelne Studien postulieren, dass die Mehrzahl an BCP-ALL Zellen Leukämie-induzierendes Potential besitzt. Um verbesserte Therapien zukünftig entwickeln zu können, müssen die Zielzellen und deren Verhalten und Mechanismen viel besser verstanden werden. Daher planen wir hier, ein weltweit-einzigartiges primäres Zellsystem von BCP-ALL Patienten in Kombination mit modernster Barcoding und „Label-Retention“-Technologien in vivo zu studieren, um Fragen der klonalen Evolution, der Verteilung und Abhängigkeit einzelner Subpopulationen in unterschiedlichen Organen und Mikromilieus, und deren Verhalten unter Therapie zu verstehen.
Dr. med. Uwe Thiel
Die Rolle der haplo-identischen Stammzelltransplantation als Grundlage für die Immuntherapie von Patienten mit therapie-refraktären Ewing Sarkomen
Das Ewing Sarkom (ES) ist ein hochmaligner Knochen- und Weichteiltumor. Es betrifft vor allem Kinder und Jugendliche. ES Patienten mit Knochen(mark)-Metastasen oder frühem Rezidiv haben eine schlechte Prognose. Die allogene Stammzelltransplantation (allo-SCT) beruht auf der Annahme eines graft-versus-tumor-Effekts, sie wird aufgrund des GvHD Risikos jedoch nur experimentell bei Patienten mit metastasierten ES angewendet. Durch die verbesserte Kontrolle der graft-versus-host-disease (GvHD) und unter der Vorstellung, dass die haplo-identische allo-SCT aufgrund der Alleldifferenz einen stärkeren Antitumor-Effekt gegenüber der HLA-identischen allo-SCT auslöst, wurden in den letzten Jahren vermehrt haplo-identische allo-SCT durchgeführt. In einer matched-pair Analyse werden im beantragten Projekt die individuellen Profile mit jenen von jeweils vier entsprechenden Patienten aus der ES Studie (Prof. Uta Dirksen, Essen) die keine allo-SCT erhalten hatten, verglichen. In uni- und multivariablen Analysen wird endgültig geklärt ob, bzw. für wen die haplo-identische alloSCT bzw. die HLA-identische allo-SCT eine kurative Option darstellt.
PD Dr. med. Simone Thomas
HLA-DP spezifische T-Zell-Rezeptoren für die adoptive Immuntherapie von Leukämien im Kontext der allogenen hämatopoetischen Stammzelltransplantation (2)
HLA-DPB1 Mismatch Antigene kommen in bis zu 80% der hämatopoetischen Stammzelltransplantationen von HLA10/10 identen Spendern vor und können als Zielstrukturen für eine adoptive T-Zell-Therapie genutzt werden. In Vorarbeiten gelang uns die Isolation eines HLADPB1*04:01 spezifischen TZR (TZR11C12), welcher die Umprogrammierung von CD4 und CD8 T-Zellen gesunder Spender in hocheffektive Leukämie-reaktive Effektoren erlaubt. Im Fortsetzungsantrag möchten wir die bisherigen Daten zur in vivo Effektivität des TZR11C12 komplettieren, TZR modifizierte T-Zellen mit einem tEGFR Sicherheitsmechanismus ausstatten und diesen funktionell optimieren und schließlich ein T-Zell-Produkt definieren, welches sich prinzipiell für eine klinische Translation eignet. Des Weiteren gelang uns die Etablierung eines Stimulationsverfahrens, welches die gezielte Generierung von CD4-unabhängigen HLA-DPB1 spezifischen CD4 T-Zell-Populationen erlaubt. Aus diesen T-Zell-Klonen möchten wir weitere TZR Kandidaten – insbesondere mit einer hämatopoesespezifischen Reaktivität isolieren – und funktionell charakterisieren.
Univ.-Prof. Dr. med. Robert Zeiser
Einfluss von Kinase-Hemmung auf multiple zelluläre Kompartimente bei Darm GVHD (5)
Akute Graft-versus-host Erkrankung (GvHD) des Darms verursacht eine hohe Mortalität von Patienten die aufgrund ihrer akuten Leukämie eine allogene Stammzelltransplantation erhalten. In der letzten Förderperiode konnten wir zeigen, dass IL-20Rα-/- Dendritische Zellen verstärkt zelluläre Kommunikation zwischen dem entzündeten Ileum und den Lymphknoten vermitteln (Hülsdünker J et al. Blood 2018). In diesem Antrag soll nun untersucht werden, welchen Einfluss die Hemmung verschiedener Kinasen (MEK, Aurora kinase A, JAK1/2, PI3K) auf die transkriptionelle und funktionelle Aktivität von intestinalen Neutrophilen, inflammatorischen Monozyten und intestinalen Stammzellen haben und welche Signalwege bei Patienten mit Darm GVHD aktiv sind. Zudem wird analysiert, welche lokalen Gewebefaktoren die pro- oder anti-inflammatorische Aktivität von intestinalen Neutrophilen und Monozyten bestimmen. Die Arbeiten sollen helfen, GVHD Pathogenese besser zu verstehen und so die allogene Stammzelltransplantation sicherer zu machen.
Kanzerogenese allgemein / sonst. onkologische Themen
Prof. Dr. med. Robert Grosse
Die Bedeutung eines neu entdeckten dynamischen filamentösen Aktin-Netzwerks im Zellkern von Tumorzellen (2)
Aktindynamik spielt eine wichtige Rolle für zelluläre Prozesse wie Kontraktilität, Motilität, Adhäsion oder Transport. Wir konnten in den vergangen 5 Jahren zeigen, dass im Säuger-Zellkern dynamische und regulierte, filamentöse Aktin (F-Aktin)-Strukturen existieren, welche die SRF-Genregulation nach Serumaktivierung oder während der Zelladhäsion steuern. Im Rahmen der vorherigen Förderperiode ist es uns gelungen, eine neue Kern-ständige F-Aktin-Struktur zu identifizieren, welche unmittelbar nach der mitotischen Zellteilung die Tochterzellkerne ausdehnt und den essentiellen Prozess der Chromatindekondensierung fördert. Inhibition der Kern-ständigen Aktindynamik führte in der Folge zu einer Hemmung der Proliferation von Zellen. Mit Hilfe neuer Nachweismethoden von Aktindynamik im Zellkern sowie mittels optogenetischer Steuerung konnten wir zeigen, dass dieses Aktinzytoskelett Kernprotrusionen verursacht und dass der Aktindisassemblierungsfaktor Cofilin-1 im Zellkern eine spezifische und essentielle Rolle für die Chromatinreorganisation in der Mitose spielt. In diesem Antrag möchten wir nun ersten Hinweisen nachgehen, die belegen, dass das Aktinbündelprotein α-Aktinin ebenfalls bei diesem Prozess entscheidend sein könnte. Die hier geplanten Arbeiten sollen die Aktin-abhängigen Mechanismen aufklären, welche das postmitotische Chromatin dekondensieren bzw. reorganisieren, und könnten daher fundamentale Bedeutung für unser Verständnis der Zellteilung und Proliferation haben.
Prof. Dr. Carmen Wängler
Vergleichende Untersuchung verschiedener Chelatoren für 89Zr mit Hinblick auf die Stabilität der gebildeten 89Zr-Komplexe und somit ihrer Eignung für eine Anwendung in der humanen PET
9Zr ist ein Positronen-Emitter mit vorteilhaften Eigenschaften, welcher Anwendung auch in der humanen PET Bildgebung findet. Der einzige bislang klinisch eingesetzte Chelator zur Radiomarkierung von Biomolekülen mit diesem Nuklid ist Desferrioxamin B (DFO), welches jedoch keine stabilen Komplexe mit 89Zr bildet, was zur Freisetzung des Radiometalls und einer Dosisbelastung des Patienten führt und somit die klinische Anwendbarkeit des Nuklides signifikant einschränkt. Obwohl in den letzten Jahren neue Chelatoren für 89Zr entwickelt wurden, gibt es bislang keine vergleichenden Untersuchungen, die klären, welche dieser Verbindungen tatsächlich das Potential besitzt, DFO in der Klinik zu ersetzen. Ziel des Projektes ist es daher, die vielversprechendsten neuen Chelatoren hinsichtlich ihres Potentials für eine klinische Anwendung vergleichend zu untersuchen, damit DFO hier durch einen stabile 89Zr-Komplexe bildenden Chelator ersetzt werden kann. Dies ermöglicht eine Dosisreduktion der 89Zr-PET-Untersuchung für den Patienten, eine bessere Qualität der erhaltenen PET-Bilder und weiterhin auch eine bessere Verfügbarkeit hochpotenter 89Zr-Radioliganden in der humanen PET-Bildgebung.
Dr. rer. nat. Stefan Werner
Untersuchung zur Rolle des RAI2-Proteins bei der Koordination der mitotischen Progression und der Aufrechterhaltung chromosomaler Stabilität (2)
Im Rahmen dieses Forschungsprojekts prüfen wir die Hypothese, ob das RAI2-Protein möglicherweise eine Funktion bei der Aufrechterhaltung genomischer Stabilität besitzen könnte. Im Verlauf der ersten Antragsperiode, die am 30. Juni 2018 endet, konnten wir bisher zeigen, dass eine RAI2-Depletion in den untersuchten Brustkrebszelllinien KPL-1 und MCF-7 tatsächlich zu chromosomaler Instabilität beiträgt. So zeigen unsere Ergebnisse, dass eine RAI2-Depletion prämitotische DNA-Läsionen verursacht. Die daraus resultierenden azentrischen Chromosomen sind von chromosomaler Instabilität. Das Ziel für die zweite Förderperiode ist es, den zu Grunde liegenden molekularen Mechanismus für diese Beobachtungen zu bestimmen. In der Literatur benannte Gründe für die Entstehung azentrischer Chromosomen sind insbesondere Replikationsstress oder eine fehlerhafte DNA-Reparatur. Beide Mechanismen wollen wir in den RAI2-depletierten Zellen analysieren. Darüber hinaus planen wir, zusätzliche Merkmale der RAI2-Lokalisation zu bestimmen.
Knochen, Muskulatur + Bindegewebe
Dr. med. Anton Henssen
Alternative Verlängerung von Telomeren als therapeutische Schwachstelle inpädiatrischen Rhabdomyosarkomen (SynALT)
Hochrisiko-Rhabdomyosarkome sind nur sehr schwer zu behandeln, sodass neue personalisierte Therapieansätze dringend notwendig sind. Das Prinzip der „synthetischen Letalität“ wurde in den letzten Jahren für die Entwicklung von tumorspezifischen Therapien in Erwachsenen mit großem Erfolg genutzt. Für pädiatrische Patienten fehlen Therapieoptionen, die auf synthetischer Letalität beruhen. Rhabdomyosarkome benutzen alternatives lengthening von Telomeren (ALT) und ALT wird nicht von normalem Gewebe genutzt, sodass ALT eine optimale tumorspezifische Vulnerabilität darstellt. Unsere präliminären Daten deuten darauf hin, dass ALT in pädiatrischen Rhabdomyosarkomen zu einer therapeutisch angreifbaren synthetischen Letalität mit ATR Inhibition führt und daher eine wichtige therapeutische Schwachstelle darstellen könnte. Im Rahmen von SynALT beabsichtigen wir die molekularen Mechanismen dieser synthetischen Letalität zu untersuchen, um neue Schwachstellen in Rhabdomyosarkomen aufzudecken. Wir planen mittelfristig den klinischen Gebrauch von ATR Inhibitoren in Rhabdomyosarkomen zu testen mit dem langfristigen Ziel, die Behandlung von Patienten, die an Rhabdomyosarkomen leiden, zu verbessern.
Prof. Dr. med. Dietmar Lohmann
Auswirkung von genetischen Faktoren auf die Inzidenz, Lokalisation und Histologie von Zweittumoren bei Patienten mit erblichem Retinoblastom
Das Retinoblastom ist der häufigste kindliche Augentumor. Die Hälfte der erkrankten Kinder trägt eine konstitutionelle genetische Veränderung im Gen RB1 und damit ein hohes Risiko, mehrere Retinoblastome und später andere Tumore zu entwickeln. Wir konnten zeigen, dass die Inzidenz, Lokalisation und die Art des Zweittumors durch die Therapie des Retinoblastoms beeinflusst wird. In GenSeC soll der Einfluss von genetischen Faktoren auf die Inzidenz, die Art und die Lokalisation von Zweittumoren untersucht werden. Es werden der Einfluss der Art und der Vererbung der RB1 Mutation und Polymorphismen in MDM2 untersucht. Geplant ist eine erneute Erhebung der Zweittumorinzidenz mit detaillierteren Informationen zur Art der Zweittumore in einer erweiterten Kohorte, die alle Patienten mit Diagnose eines Retinoblastoms nach 31.12.2015 am Referenzzentrum in Essen einschließt. Zusätzliche Informationen über den Einfluss von genetischen Faktoren auf die Zweittumorentstehung bei Überlebenden mit Retinoblastom sollen ein personalisiertes Screening in der onkologischen Nachsorge ermöglichen und dadurch die Früherkennung und die Prognose von Zweitmalignomen verbessern.
Leber, Gallenwege + Pankreas (exokrin)
Dr. med. Ursula Ehmer
Die Rolle von CD44 in der Regulation des YAP-Onkoproteins in der hepatischen Karzinogenese
Das YAP-Onkoprotein spielt eine wichtige Rolle in der hepatischen Karzinogenese. Es ist in der Mehrzahl der humanen hepatozellulären Karzinome (HCC) überexprimiert, die molekularen Grundlagen hierfür sind bisher jedoch nicht geklärt. Aus unseren Vordaten ergeben sich Hinweise, dass das Membranprotein CD44 – ein etablierter Tumorstammzellmarker – eine Aktivierung von YAP im HCC vermittelt. Sowohl Daten eines in unserer Arbeitsgruppe etablierten HCC-Mausmodells sowie Genexpressionsdaten humaner HCCs zeigen eine Korrelation der CD44-Expression mit der Aktivierung von YAP-Zielgenen. Im Rahmen dieses Antrags soll zunächst durch CRISPR/Cas9-vermittelte Genmutation und pharmakologische Inhibition die Rolle von CD44 in der Kontrolle von YAP in murinen und humanen HCC-Zelllinien untersucht werden. Die Ergebnisse sollen dann in unterschiedlichen HCC-Mausmodellen unter Verwendung von in vivo-Transfektionsexperimenten sowie in Cd44 Knock-out-Mäusen bestätigt werden. Wir gehen davon aus, dass unsere Ergebnisse neue Einblicke in die Mechanismen der YAP-Regulation in der hepatischen Karzinogenese geben werden und zur Identifikation neuer therapeutischer Zielstrukturen im HCC beitragen können.
Dr. med. Dr. rer. nat. Christine Engeland
Kombinationstherapie-Ansatz für das Pankreaskarzinom – Überwinden der Resistenz gegenüber Immuntherapie durch eine onkolytische Vakzine
Die Immuntherapie hat die Behandlung vieler Tumorerkrankungen revolutioniert. Das Pankreaskarzinom ist gegenüber diesen Therapien jedoch weitestgehend resistent. Dieses Vorhaben hat das Ziel, durch die synergistische Wirkung von onkolytischen Viren, Immun-Checkpoint-Antikörpern und CAR T-Zellen die Resistenz des Pankreaskarzinoms gegenüber der Immuntherapie zu durchbrechen. Unsere Vordaten zeigen, dass onkolytische Viren die Wirkung sowohl von Checkpoint-Antikörpern als auch von CAR T-Zell-Therapie gegen Pankreaskarzinome steigern können. Eine Herausforderung bei Kombinationstherapien ist die Abfolge und Dosierung der einzelnen Komponenten. Wir verwenden mathematische Modelle, die auf experimentell gewonnenen Daten zur Pharmakokinetik und -dynamik der individuellen Therapie-Komponenten basieren. Durch Simulation unterschiedlicher Dosierungen und Abfolge-Schemata identifizieren wir Kombinationen, deren Wirksamkeit in einem immunkompetenten Mausmodell und in humanisierten Modellen getestet wird. Durch gezielte Modifikation der onkolytischen und CAR-Vektoren entwickeln wir eine maximal wirksame und zugleich sichere Behandlungsstrategie für die klinische Translation.
Dr. sc. hum. Christoph Meyer
Charakterisierung der Funktionen von PRRX1 bei der Differenzierung und Progression des HCC (2)
In dieser ersten Förderphase konnten wir die Expression von PRRX1 im hepatozellulären Karzinom hochaufgelöst darstellen. Zudem definieren wir funktionelle Auswirkungen einer Deregulation. Nach Auswertung von >1200 Proben zeigen wir, dass PRRX1 in Tumoren meist überexprimiert vorliegt und ZEB1/2 EMT Transkriptionsfaktoren eng mit PRRX1 Abundanz verbunden sind. Daten zum Patientenüberleben zeigen, dass erhöhtes PRRX1 in Verbindung mit niedriger ZEB1 oder erhöhter ZEB2 Expression für den Patienten vorteilhaft ist. Reduzierte PRRX1 Expression steigert Tumorzellproliferation, Klonogenität und Glukoseverbrauch. Diese Arbeiten sind aktuell in Revision bei Cellular Physiology and Biochemistry (2018 IF 5.5). Weitere Arbeiten befassten sich mit der Regulation von PRRX1 durch TGF-β. Basierend auf Untersuchungen mit Array Datensätzen sehen wir, dass PRRX1 positiv mit TGF-β Isoformen als auch mit TGF-β Rezeptoren korreliert. In vitro Studien zeigen ferner, dass PRRX1 Isoformen in Tumorzelllinien durch TGF-β induziert wird. Blockade des Signalwegs führt zur Reduktion von PRRX1. PRRX1 lässt sich demnach als Downstream Mediator von TGF-β deklarieren.
PD Dr. med. Christoph Roderburg
Untersuchungen zur Funktion von miRNAs in der Entstehung und der Progression des cholangiozellulären Karzinoms
Das cholangiozelluläre Karzinom (CCC) ist der zweithäufigste primäre Lebertumor. Die molekularen Mechanismen der Karzinogenese des CCC sind bislang nur unzureichend verstanden, sodass eine therapeutische Beeinflussung durch zielgerichtete Therapien nicht möglich ist. Im vorliegenden Antrag sollen in einer funktionellen Screening-Untersuchung im Mausmodell miRNAs mit einer Rolle im CCC identifiziert werden. So identifizierte miRNAs sollen in vitro funktionell charakterisiert und deren relevanten Zielgene identifiziert werden. In vivo soll spezifisch für das jeweilige Krankheitsstadium (adjuvant, palliativ, neoadjuvant) der Effekt einer direkten Modulation der miRNA-Expression mittels Injektion von miRNA-mimics oder sogenannten Antagomirs analysiert werden. Im letzten Arbeitsschritt sollen die zuvor erhobenen Befunde auf ihre klinische Relevanz in humanen Patientenproben überprüft werden und eine mögliche Bedeutung zirkulierender miRNAs als Biomarker untersucht werden. Diese Erkenntnisse können helfen, ein tieferes Verständnis der zur Karzinogenese biliärer Tumore führenden Mechanismen zu erlangen und als Grundlage bei der Entwicklung zukünftiger, molekularer Therapien dienen.
Lunge + Atemwege
Prof. Dr. Harriet Wikman-Kocher
Identifikation von prädiktiven und prognostischen Markern bei Patienten mit Hirnmetastasen im oligometastatischen Krankheitsstadium des nicht-kleinzelligen Lungenkarzinoms
Die zerebrale Metastasierung stellt eine zunehmende Herausforderung der modernen Neuro-Onkologie dar. Klinische Daten lassen vermuten, dass die oligometastasierte Erkrankung, also eine Metastasierung, die nur ein Organsystem betrifft, einer anderen Biologie unterliegt als eine ungezielte polytopische Metastasierung. Das vorrangige Ziel in diesem Forschungsprojekt besteht in der Identifikation individueller Marker, um die molekularen und zellulären Grundlagen der oligometastatischen Disseminierung im Lungenkarzinom zu verstehen. Wir werden die genetischen Profile von oligometastatischen Patienten mit a) Patienten mit polytoper Metastasierung und b) mit Patienten mit solitären Hirnmetastasen während der Therapie vergleichen. Zusätzlich werden wir die Neoantigen-Expression und die Mutationslast, sowie den Status des peripheren Immunsystems untersuchen. Zusammenfassend wollen wir mit diesem Projekt die Anwendbarkeit prädiktiver Marker im Rahmen der „Liquid-Biopsie“ untersuchen.
Nervensystem + Sinnesorgane
apl. Prof. Dr. rer. nat. Hermann Rohrer
Die Bedeutung unterschiedlicher Vorläuferzellen in sympathischen Ganglien und Nebenniere für die Entstehung des Neuroblastoms (NB)
Das Neuroblastom (NB) entsteht aus Zellen des sympathischen Nervensystems. Tumore in sympathischen Ganglien und Nebenniere haben unterschiedliche Prognosen. Das Projekt geht davon aus, dass Neuroblastome in Ganglien und Nebenniere sich aus unterschiedlichen Vorläuferzellen und durch unterschiedliche Mechanismen entwickeln. Sympathische Neuroblasten, chromaffine Zellen und Vorläuferzellen aus der Nebenniere der Maus werden isoliert, kultiviert und durch RNA-Sequenzierung molekular charakterisiert. Die Genexpressionsprofile werden einerseits mit embryonalen Vorläuferzellen, andererseits mit Maus-Neuroblastomen aus sympathischen Ganglien und der Nebenniere verglichen. Mechanismen, welche die Proliferation von sympathischen Neuroblasten, Vorläuferzellen und chromaffinen Zellen steuern, werden vergleichend analysiert. Die Bedeutung relevanter Signalwege (Alk, Wnt, IGF, Ret, Prc2/EZH2) wird durch pharmakologische Blockierung nachgewiesen. Durch Überexpression Tumor-induzierender Gene (MYCN, aALK) und in vivo Transplantation wird das Tumorpotential vergleichend analysiert.
Prof. Dr. med. Holger Scholz
Charakterisierung von WT1 als potenzielles Zielmolekül in Neuroblastomen
Das Neuroblastom ist eine der häufigsten bösartigen Neubildungen bei Kindern. Es beruht auf einer Differenzierungsstörung neuronaler Ganglienzellen des Sympathikus. Der Nachweis einer Amplifikation des MYCN Onkogens in den Tumoren korreliert mit einer ungünstigen Prognose. Kürzlich wurde gezeigt, dass ein hohes Expressionsniveau von Wilmstumorprotein WT1 in Neuroblastomen ohne MYCN Amplifikation mit einer geringeren Überlebensrate einhergeht. WT1 ist ein Zinkfingerprotein, dessen alternative Spleißvarianten auf verschiedenen Ebenen der Genexpression wirksam sind. In bislang unveröffentlichten Untersuchungen konnten wir nachweisen, dass Sauerstoffmangel, der einen undifferenzierten Tumorphänotyp begünstigt, die WT1 Expression in Neuroblastomzellen stimuliert. Im Rahmen des Forschungsvorhabens soll die Rolle von WT1 als mögliches Zielmolekül in Neuroblastomzellen untersucht werden. Es soll ermittelt werden, über welche molekularen Mechanismen ein Sauerstoffmangel die WT1 Expression in Neuroblastomzellen stimuliert und welche Zielgene durch die verschiedenen WT1 Isoformen reguliert werden.
Prof. Dr. med. Ulrich Schüller
Etablierung eines Mausmodells zur Erforschung von Biologie und Behandlungsmöglichkeiten SMARCA4-defizienter Rhabdoidtumoren
Genetische Alterationen des SWI/SNF Chromatin Komplexes sind allen Rhabdoidtumoren gemein. Während die meisten Rhabdoidtumoren Mutationen bei SMARCB1 aufzeigen, zeigt ein kleiner Teil stattdessen Veränderungen bei SMARCA4. Weil Patienten mit SMARCA4-defizienten Rhabdoidtumoren früher erkranken und ein deutlich schlechteres Überleben zeigen, ist die Entwicklung geeigneter Mausmodelle zur Erforschung von Biologie und Behandlungsmöglichkeiten besonders wichtig. Im Rahmen des hier dargestellten Projektes planen wir Rosa26-creERT2::SmarcA4Fl/Fl Mäuse zu generieren, die nach Applikation von Tamoxifen zu definierten Zeitpunkten einen ubiquitären Verlust von SmarcA4 zeigen. Anschließend werden wir die Tiere untersuchen, um den zellulären und zeitlichen Ursprung SMARCA4-defizienter Rhabdoidtumoren genau definieren zu können. Schließlich möchten wir die entstandenen murinen Tumoren in Hinblick auf Epigenetik, Genexpression und Morphologie mit humanen Rhabdoidtumoren vergleichen, um die Bedeutung des Modells zu untermauern und zu erkennen, ob bestimmte Zeitpunkte der Tumorinitiierung oder bestimmte zelluläre Ursprünge mit bestimmten Subtypen humaner Rhabdoidtumoren einhergehen.
Prof. Dr. med. Ruthild Gisela Weber
Charakterisierung eines mit dem Risiko und der Tumorigenese von Oligodendrogliomen assoziierten Kandidatengens und von dessen Varianten sowie Identifizierung weiterer Gliomprädispositionsgene mittels Gesamtexomsequenzierung
Obwohl Gliome meist sporadisch vorkommen, gibt es durch gelegentliches familiäres Auftreten Hinweise, dass eine genetische Ursache vorliegt. In einer Oligodendrogliomfamilie fanden wir durch Gesamtexomsequenzierung (WES) eine pathogene Keimbahnvariante im CDH1 Gen, die mit dem Tumorphänotyp kosegregiert. Pathogene CDH1 Varianten fanden sich auch in 1/15 weiteren familiären Oligodendrogliompatienten und 2/40 Oligodendrogliom-DNAs. Während CDH1 als Magen-/Brustkrebsdispositionsgen bekannt ist, soll in diesem Projekt dessen Rolle bei der Oligodendrogliomtumorigenese aufgeklärt werden. Dazu soll ein größeres Kollektiv dieser Tumoren auf CDH1 Varianten hin untersucht werden. Die nachgewiesenen Varianten sollen u. A. mittels CRISPR-Cas9 genome engineering in Gliomzellen eingebracht werden. Die variantentragenden Zellen sollen breit funktionell charakterisiert und genutzt werden, um therapeutische Ansätze zu überprüfen. Zum Nachweis neuer Gliomprädispositionsgene soll WES an der Keimbahn einer weiteren Gliomfamilie durchgeführt werden. Wir versprechen uns neue Einblicke in die genetischen Ursachen von Gliomen sowie prospektiv Ansätze für eine individualisierte Gliomprävention/-therapie.
2017
Brustdrüse
Prof. Dr. rer. nat. Gerd Klein
Netrine und ihre Rezeptoren beim Mammakarzinom: Funktionen bei der Persistenz disseminierter Tumorzellen und bei der Knochenmetastasierung
Netrine sind eine Familie extrazellulärer Leitungsmoleküle im Nervensystem mit struktureller Verwandtschaft zu den Lamininen. Kürzlich wurde auch eine Beteiligung von Netrinen bei verschiedenen Tumorentitäten aufgedeckt. Beim Mammakarzinom (MaCa) korreliert eine Überexpression von Netrin-1 im Primärtumor mit Tumorstadium sowie Fernmetastasen. Ob Netrine und ihre Rezeptoren auch bei der Disseminierung, Persistenz und nachfolgender Metastasierung der MaCa-Zellen im Knochenmark eine Rolle spielen, ist weitgehend unbekannt. In der geplanten Studie soll die Expression von Netrinen und ihrer Rezeptoren in unterschiedlichen Knochenmarkzellen sowie in MaCa-Zelllinien analysiert werden. Immunhistochemische Untersuchungen von disseminierten MaCa-Zellen sollen zeigen, ob Netrine und ihre Rezeptoren ebenfalls in Patientenproben nachweisbar sind. Funktionelle Analysen zur Proliferation, Adhäsion, Migration und Invasion sollen Aufschluss über den Einfluss von Netrinen auf Interaktionen von MaCa-Zellen und Knochenmarkzellen geben. Detaillierte Kenntnisse zur Beteiligung der Netrine bei der Knochenmetastasierung von MaCa sollen dazu beitragen, mögliche therapeutische Maßnahmen zu evaluieren.
PD Dr. Vijay Tiwari
Regulation des Transkriptoms während der Epithelialen Mesenchymalen Transition (EMT) bei metastasierenden, progredienten Tumoren (3)
Epithelzellkarzinome gehören zu den häufigsten Krebsarten. Bis zum heutigen Tag ist die Regulierung ihrer Progression auf molekularer Ebene noch nicht vollständig verstanden. Da in der Epithelialen Mesenchymalen Transition (EMT) die Regulierung des Transkriptoms eine zentrale Rolle spielt, haben wir in TGF-β induzierten Brustepithelzellen neue potentielle Regulatorproteine identifiziert, die auf dieser Ebene wirken können. Basierend auf ersten Depletionsexperimenten, Protein-Interaktions-Mapping und RNA-Spleißanalysen, ist unsere Hypothese dass ZNF827, ein Zink-Finger Protein das während der EMT hochreguliert wird, die Regulation von Transkription und RNA-Spleißen in EMT koordiniert. Die Zielgene von ZNF827 werden genomweit mittels ChIP-seq identifiziert, und der molekulare Wirkungsmechanismus des Proteins wird durch epigenetische Profilierung, Genexpression-und alternative Spleißanalysen, sowie durch iCLIP-Experimente aufgeklärt. Die funktionelle Validierung des ZNF827-Effekts auf Tumorwachstum und Metastase wird in einem Mausmodell der Tumorentstehung durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Arbeit sollen zudem die Identifizierung von neuen prognostischen und therapeutischen Zielmolekülen ermöglichen.
Endokrines System
Dr. rer. nat. Ilaria Marinoni
3D Primär-Zellkultur von pankreatischen neuroendokrinen Tumoren als neues Modell zur personalisierten Therapie-Indikation
Aufgrund zweier Hauptgründe konnten bisher keine prädiktiven Marker für pankreatische neuroendokrine Tumoren (PanNET) entwickelt werden: Die Erkrankung ist mit einer Inzidenz von 0.3/100‘000 selten und es fehlen gute präklinische Modelle. Erste Vorarbeiten unserer Gruppe zeigen, dass eine 3D-Kultur von PanNET-Organoiden aus Primärzellkulturen ein neues präklinisches Modell für diese Erkrankung darstellen könnte. Wir werden die prädiktive Aussagekraft dieses präklinischen Modelles für das Ansprechen von PanNET auf bekannte und neue Therapien testen. Durch ein internationales Netzwerk über mehrere große schweizerische und europäische NET-Zentren können wir dem Problem der Seltenheit der Erkrankung begegnen. Das einmalige kollaborative Netzwerk werden wir auch nutzen, um die prädiktive Wertigkeit von anderen putativen prädiktiven Markern zu testen: sowohl auf Mutationsebene wie auch auf Ebene von immunhistochemischen phänotypischen Markern. Dieses Projekt wird es erlauben, prädiktive Marker (sowohl auf 3D-Kulturebene, wie auf klassischer Biomarker-Ebene) zu identifizieren, und einen wichtigen Schritt für eine personalisierte Therapie von PanNET-Patienten darstellen.
PD Dr. rer.nat. Natalia S. Pellegata
Die Rolle von Angiogenese-assoziierten Proteinen in Hypophysenadenomen
Gonadotrophe Hypophysenadenome (GPA) sind gewöhnlich hormoninaktiv, erhöhen aber auf Grund ihres Größenwachstums erheblich die Morbiditätsrate. Bei invasiv wachsenden GPA (~40%) ist eine komplette chirurgische Entfernung kaum möglich und es bilden sich oft Rezidive. Da GPA medikamentös nicht behandelbar sind, benötigt man neue Therapieoptionen. Bislang war es unklar, ob anti-angiogenetische Medikamente als Therapie geeignet sind, da die Rolle der Gefässneubildung in den GPA noch nicht geklärt wurde. MENX-Ratten entwickeln GPA, die die Eigenschaften der humanen Tumore widerspiegeln. Durch Transkriptomanalysen konnten wir diverse dysregulierte, Angiogenese-assoziierte Gene in Ratten GPA identifizieren. Diese Gene wurden bislang noch nicht in Hypophysenadenomen (PA) funktionell untersucht. In der ersten Phase des Projektes validierten wir die dysregulierten Gene ANGPT1, ANGPT2 und ANPTL2 in humanen PA und testeten einen anti-angiogenetischen Wirkstoff in unseren PA-Modellen in vitro und in vivo. Wir konnten einen auto- / parakrinen Signalweg in PA identifizieren (ANGPT/Tie2), welchen wir im folgenden Projekt studieren wollen. Es sollen weitere Wirkstoffe, die in diesen Signalweg eingreifen anhand unserer in vitro und in vivo PA-Modellen evaluiert werden. Die Aufklärung Angiogenese-assoziierter Signalwege in GPA‘s wird neue Einblicke in die Entstehung dieser Tumore liefern, welche für die Entwicklung neuer Therapien genutzt werden können.
Gastrointestinaltrakt, Mundhöhle + Speicheldrüsen
Prof. Dr. med. Alexander Arlt
Rolle von IER3 in der p53 abhängigen Karzinogenese und Metastasierung des Pankreaskarzinoms
Die Rolle des IER3 Gens in der Karzinogenese und für die Prognose des duktalen Pankreasadenokarzinom (PDAC) ist Gegenstand kontroverser Veröffentlichungen. Unsere Vorarbeiten zeigen, dass die IER3 Funktion vom Tumorsuppressor p53 moduliert wird bzw. IER3 mit p53 anhängigen Prozesses interagiert. Mittels Array Analysen gelang es zu zeigen, dass der Verlust von IER3 die vermehrte Expression von Genen, die Metastasierung und Invasivität im KPC Modell vermitteln, hemmt. Diese Interferenz mit dem p53-Signalweg ist im p53 null KCPP-Mausmodell noch ausgeprägter, da hier eine pankreasspezifische Deletion von IER3 die durch Kras-Aktivierung und p53-Verlust bedingte Karzinogenese, komplett verhindert. Ziel dieses Antrags ist es daher, die molekularen Mechanismen/ Interaktion zwischen den IER3 und p53 Signalwegen zu entschlüsseln und vor allem auch die Auswirkungen der IER3 Expression auf Metastasierung und Invasion zu analysieren. Diese Abhängigkeit vom p53 Status könnte auch Ursache für die kontroversen Publikationen zur Funktion von IER3 im Tumoren und der Regulation des Zelltodes sein und ist daher fundamental für das Verständnis der IER3 Genfunktion.
Prof. Dr. rer. nat. Holger Bastians
TP53/TP73 -Defizienz als Schalter für eine Chromosomale Instabilität und Tumorzell-Invasivität beim kolorektalen Karzinom
Metastasierende kolorektale Karzinomzellen (CRC) sind durch eine Chromosomale Instabilität (CIN) sowie durch erhöhte Tumorzell-Migration und -Invasion gekennzeichnet. Jüngste Arbeiten unserer Arbeitsgruppe haben gezeigt, dass CIN durch eine abnormale Mikrotubuli-Dynamik bedingt ist. Unsere Vorarbeiten zeigen, dass ein Verlust der Tumorsuppressoren p53 und p73 zu einer abnormalen Mikrotubuli-Dynamik führt und so zur Induktion von CIN beitragen kann. Interessanterweise führt ein p53/p73-Verlust dabei ebenfalls zu einer erhöhten Zell-Migration und -Invasion als Grundlage der Metastasierung. In dem hier vorgeschlagenen Projekt wollen wir die Frage adressieren, ob CIN per se oder eine abnormale Mikrotubuli-Dynamik in Antwort auf einen p53/p73-Verlust den Metastasierungsprozess in vitro und in vivo bestimmt. Damit soll die Grundlage geschaffen werden, einen p53/p73 Verlust beim CRC als Marker für die Metastasierung zu etablieren und festzustellen, inwieweit eine Unterdrückung von CIN oder eine Hemmung der Mikrotubuli-Dynamik als therapeutisches Ziel zur Unterdrückung der Tumorzell-Invasion und Metastasierung dienen kann.
Prof. Dr. rer. nat. Anna Dubrovska
Charakterisierung und Validierung des Stammzell-Transkriptionsfaktors Oct4 und Oct4-abhängiger Gensignaturen als potentielle Strahlenresistenz-Biomarker in Kopf-Hals-Tumoren
Patienten mit einem lokal fortgeschrittenen Kopf-Hals-Plattenepithelkarzinom (HNSCC) besitzen mit einer 5-Jahres-Überlebensrate von 50% eine schlechte Prognose. Bei der Behandlung spielt die Strahlentherapie in Kombination mit einer Chemotherapie neben der operativen Entfernung eine entscheidende Rolle. Aktuelle wissenschaftliche Untersuchungen weisen darauf hin, dass aus Tumorstammzellen (TSZ) bestehende Subpopulationen ein erneutes Tumorwachstum auslösen können, falls diese während der Therapie nicht vollständig eliminiert wurden. Die Evaluation von TSZ-spezifischen Biomarkern in Tumorbiopsien hat das Potential, das Ansprechen von Krebspatienten auf eine bestimmte Therapie vorherzusagen. Der Transkriptionsfaktor Oct4, der in embryonalen Stammzellen für die Selbsterneuerung und Pluripotenz verantwortlich ist, wurde bereits als ein potentieller TSZ-Biomarker beschrieben. In HNSCC-Patienten korreliert eine erhöhte Oct4-Expression mit einer erhöhten Radiochemotherapie-Resistenz. Das Ziel dieser Arbeit ist die Identifizierung der Oct4-abhängigen molekularen Mechanismen für Strahlenresistenz in TSZs, die therapeutisch zur Strahlensensitivierung von HNSCC angezielt werden können.
Dr. rer. nat. Frank Edlich
Selektive Applikation von Bax-Fusionsproteinen zur Apoptose-Initiation in gastrointestinalen Tumorzellen
Klassische Chemotherapeutika inhibieren Zellproliferation und initiieren mitochondriale Apoptose durch die Bcl-2-Proteine Bax und Bak. Einerseits ist die Therapie zytotoxisch für viele Körperzellen, andererseits überleben Tumorzellen mit geringer ApoptosePrädisposition. Zielgerichtete Therapieansätze nutzen Oberflächenrezeptoren zur Inhibierung spezifischer Signalwege, Immunaktivierung und Apoptoseinduktion. Auch für diese Therapiestrategien kann eine primäre Resistenz der Tumorzellen vorliegen oder im Verlauf der Behandlung einer Anpassung der Tumoren erfolgen. Wir konnten Bax-Varianten erzeugen, die in Abwesenheit apoptotischer Stimuli an den Mitochondrien akkumulieren und Signalweg-unabhängig den geregelten Zellsuizid initiieren. Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer zytotoxischen Therapiestrategie basierend auf toxischen BaxFusionsproteinen in Leberkrebszellen mit dosisabhängiger Induktion mitochondrialer Apoptose. Diese Strategie umgeht unterschiedliche Prädispositionen und Adaptionen der Tumorzellen durch regulationsunabhängige Bax-Aktivität. Perspektivisch soll eine hochwirksame und personalisierbare Tumortherapie-Strategie etabliert werden.
Prof. Dr. rer. nat. Martin Eilers
Metabolische Abhängigkeiten MYC-getriebener Tumorzellen als therapeutische Zielstrukturen
Die deregulierte Expression von MYC Proteinen trägt kausal zu der Entstehung eines Großteils humaner Tumore und man erwartet, dass die Hemmung der MYC Funktion einen signifikanten therapeutischen Nutzen haben wird. Da die direkte Hemmung von MYC schwierig ist, zielen aktuelle Strategien darauf ab, die Expression und Stabilität von MYC Proteinen zu hemmen oder MYC-getriebene Änderungen in der Physiologie, der Erkennung durch das Immunsystem und dem Metabolismus anzugreifen. Ein paradigmatisches Beispiel ist der Einsatz von Glutaminase-Inhibitoren, der darauf basiert, dass die deregulierte Expression von MYC das Überleben von Tumorzellen von der Zufuhr von Glutamin abhängig macht. Wir haben einen Kontrollmechanismus identifiziert, der die Translation von MYC als Antwort auf den Entzug von Glutamin hemmt und der übersehen wurde, da fast keines der MYC Transgene den 3´-UTR der MYC mRNA enthält, der diese Kontrolle vermittelt. Dieser Mechanismus verhindert Transkriptions-induzierten DNA Schaden bei zu niedrigen Nukleotidspiegeln. Wir möchten die Hypothese prüfen, dass die Hemmung metabolischer Feedbackkontrollen es erlaubt, die pro-apoptotische Funktion für eine Therapie MYCgetriebener Tumoren zu nutzen.
Dr. med. vet. Henry Fechner
Erhöhung der Sicherheit onkolytischer Coxsackie B3 Viren (CVB3) für die Therapie kolorektaler Karzinome durch microRNA-abhängige Regulation der Virusreplikation
Darmkrebs gehört zu den häufigsten Krebserkrankungen und besitzt im fortgeschrittenen Stadium eine ausgesprochene schlechte Prognose. Coxsackievirus B3 (CVB3) wurde vor kurzem als neues onkolytisches Virus zur Behandlung von Lungenkarzinomen beschrieben, wobei allerdings Nebenwirkungen beobachtet wurden. Wir konnten in Vorarbeiten zeigen, dass verschiedene CVB3-Varianten kolorektale Tumorzellen in vitro und kolorektale Tumoren in vivo effizient zerstören können. Eine CVB3-Variante, PD, erwies sich dabei als überaus sicher. Tiere, die mit PD behandelt wurden, zeigten als einzige keine Infektion normaler Körperorgane. Allerdings können in seltenen Fällen Spontanmutanten von PD in vivo entstehen, die zu einer systemischen Infektion führen. Um dies zu verhindern, sollen klonale, microRNA-regulierte PD entwickelt werden, deren Replikation durch gewebespezifisch exprimierte microRNAs selektiv in normalen Körperorganen inhibiert wird. Die Funktionalität der Viren wird in vitro in kolorektalen Tumorzellen und in Zellen mit entsprechender microRNA-Expression analysiert. Anschließend soll die onkolytische Wirksamkeit und Sicherheit der Viren in vivo in einem kolorektalen Tumor-Xenogaft und einem syngenen Tumormodell getestet werden. Wir erwarten, dass der Therapie kolorektaler Karzinome durch microRNA-regulierte CVB3 PD deutlich gesteigert werden kann.
Prof. Dr. rer. nat. habil. Heiko Hermeking
Parakrine Regulation der Progression des Kolorektalkarzinoms durch p53
Die epithelial-mesenchymale Transition (EMT) trägt entscheidend zur Metastasierung bei, indem sie Invasivität, Migration und Chemoresistenz von Tumorzellen vermittelt. Wir konnten zeigen, dass konditioniertes Medium (KM) von mesenchymalen Kolorektalkarzinom (KRK) Zell-Linien in epithelialen KRK Zell-Linien EMT induziert. Zudem konnte eine Aktivierung des p53 Tumorsuppressors in den KM-produzierenden Zellen EMT in den Empfängerzellen verhindern. Hier soll der Mechanismus durch den p53 die parakrine Induktion von EMT unterdrückt aufgeklärt werden. Mit Hilfe eines Zytokin-Arrays sollen p53-regulierte, sekretierte Faktoren (PRSF) identifiziert werden. Nach Validierung und funktioneller Untersuchung, soll untersucht werden, wie PRSF durch p53 direkt herauf oder indirekt herab reguliert werden. Die Rolle von durch p53 reprimierten PRSFs für die Metastasierung soll in KRK-Xenograft-Mausmodellen untersucht werden. Zudem ist geplant, die Expression der PRSFs in primären KRKs mehrerer Patientenkohorten und mögliche Assoziationen mit klinisch-pathologischen Parametern zu bestimmen. PRSFs können in Zukunft als therapeutische Interventionspunkte und/oder als prognostische Marker beim KRK dienen.
Prof. Dr. med. David Horst
Differentielle Expression des Therapieziels GPA33 beim Dickdarmkrebs
Fortgeschrittener Darmkrebs kann chemotherapeutisch behandelt werden, ist hierdurch in der Regel jedoch nicht heilbar. Vielversprechende neue Therapieansätze versuchen ganz gezielt Tumorzellen beim Darmkrebs zu eliminieren. Als mögliches Therapieziel wurde hierbei GPA33 ausgemacht, da dieses Protein nahezu ausschließlich in Darmkrebszellen gebildet wird. Allerdings zeigen zielgerichtete Therapien gegen GPA33 bislang nur eine relativ geringe Wirkung. Unsere Vorarbeiten zeigen, dass GPA33 nicht von allen Tumorzellen beim Darmkrebs gebildet wird und dass speziell Tumorzellen mit hoher WNT-Aktivität und Verlust von epithelialen Eigenschaften GPA33 negativ sind, was dieses Therapieversagen erklären könnte. In diesem Projekt möchten wir daher GPA33 beim Darmkrebs genau untersuchen und die Eigenschaften von GPA33 negativen und positiven Tumorzellen charakterisieren. Wir möchten dann herausfinden, ob GPA33 durch eine Veränderung der WNT-Aktivität oder der epithelialen Eigenschaften in den Tumorzellen beeinflussbar ist, was unsere Vorarbeiten vermuten lassen. In präklinischen Modellen möchten wir schließlich eine verbesserte zielgerichtete Therapie gegen GPA33 entwickeln.
Prof. Dr. med. Ulrich Keller
Synthetische Letalität – Ein Konzept zur Therapie eines aggressiven Pankreaskarzinom Subtyps
Das Pankreaskarzinom bleibt bei steigender Inzidenz und seit Jahren gleichbleibend schlechter Prognose ein klinisch relevantes Problem. Zielgerichtete Therapien sind nicht etabliert und konservative Chemotherapien bei Ansprechraten von maximal 30% unzufriedenstellend. Unsere Daten weisen darauf hin, dass ein spezieller Subtyp (Squamös/Quasi-mesenchymal) mit einer Hyperaktivierung des MYC Netzwerks und der schlechtesten Prognose aller Pankreaskarzinome, durch spezifische therapeutische Vulnerabilitäten gekennzeichnet ist. Wir wollen diese synthetische Letalität ausnutzen, um eine Subgruppen-spezifische Therapie zu entwickeln. Unsere Vorarbeiten ergeben Hinweise, dass Pankreaskarzinome mit hyperaktivem MYC von gesteigerter SUMOylierung abhängig sind. Wir wollen daher untersuchen, ob SUMO Inhibitoren, die aktuell für den klinischen Einsatz entwickelt werden, eine relevante Option für Pankreaskarzinome mit dem Hochrisiko Phänotyp MYChigh/SUMOhigh darstellen. Wir wollen die Wirkweise von SUMO Inhibitoren molekular untersuchen und SUMO Inhibition als Monotherapie oder in Kombinationstherapien entwickeln. Mittelfristiges Ziel ist die Translation unserer Ergebnisse in eine klinische Studie.
Dr. med. dent. Christian Knipfer
Entwicklung einer nicht-invasiven, optischen Biopsie zur Früherkennung von Karzinomen der Mundhöhle mittels Raman-Spektroskopie
Die Früherkennung von Karzinomen der Mundhöhle ist eine wesentliche Voraussetzung für die erfolgreiche Tumortherapie und entscheidend für die Lebensqualität und das Überleben betroffener Patienten. Ziel des Projektes ist es, ein optisches, berührungsloses Diagnosesystem für die nicht-invasive Biopsie des oralen Plattenepithelkarzinomes und dessen Vorläuferläsionen zu entwickeln. Dadurch kann im klinischen Alltag zusätzlich zu der rein visuellen Inspektion eine objektive, apparative Grundlage für die Frühidentifikation von Tumoren der Mundhöhle auf Basis optischer Biomarker der malignen Zelltransformation etabliert werden. Die bisher bestehende Lücke zwischen der subjektiven Beurteilung durch den Arzt und der chirurgischen Probengewinnung mit dem Goldstandard der histo-pathologischen Gewebeaufarbeitung kann so geschlossen und eine mögliche Latenz in Diagnosestellung und Therapieeinleitung verkürzt werden. Die translationale Anwendung der Methodik der Raman-Spektroskopie im klinischen Bereich wird es ermöglichen, anhand eines molekularen „optischen Fingerabdruckes“ die pathologische Gewebeveränderung und ihre Ausmaße präzise und objektiv zu identifizieren.
Prof. Dr. med. Dieter Saur
Synthetische Letalität zur Verbesserung der Therapie des Pankreaskarzinoms
Das duktale Pankreaskarzinom (PDAC) ist eine äußerst aggressive Erkrankung mit infauster Prognose. Onkogene KRAS Mutationen kommen in >90% aller Tumore vor, sind derzeit therapeutisch aber nicht adressierbar. Daher haben wir KRAS abhängige Effektorsignalwege analysiert und konnten zeigen, dass die Inaktivierung von Pdk1 die Proliferation von PDACs effektiv blockiert. Ziel ist es nun diesen zytostatischen Effekt in einen zytotoxischen zu konvertieren, um die therapeutische Effizienz einer Pdk1 Blockade zu erhöhen. Hierzu werden wir die Pdk1 Inaktivierung mit „standard of care“ Therapeutika und neuen molekularen Therapien kombinieren, und das Konzept der synthetischen Letalität nutzen. Wir werden eine etablierte drug-screening Plattform (80 Therapeutika) einsetzen, um synergistische Inhibitoren zu identifizieren. Darüber hinaus werden wir einen genetischen shRNA und CRISPR/Cas9 screen durchführen, um synthetisch letale Gene zu entdecken. Letale Medikamentenkombinationen werden anschließend im humanisierten System validiert. Hierdurch werden wir neue, schnell in die Klinik translatierbare PDAC Therapien entwickeln und die therapeutische Effizienz bestehender Therapien verbessern.
Genitaltrakt, weiblich
Prof. Dr. rer. nat. Leticia Oliveira-Ferrer
Angiogenese-Profil des Ovarialkarzinoms: Bedeutung für das Therapieansprechen
Das Ovarialkarzinom (OvCa) zeichnet sich durch hohe Mortalität aus, und neue Therapiestrategien, v. a. für platinresistente (PR) Tumoren, sind dringend erforderlich. Wir konnten zwei Angiogenese-assoziierte Faktoren identifizieren, PDGFRβ und VEGFR2, die eine signifikante Überexpression in PR-Tumoren zeigten. Dies spricht für eine ausgeprägte Angiogenese in diesen Tumoren, die damit von einer anti-angiogenen Therapie profitieren könnten. Seit 2011 ist der Angiogenesehemmer Bevacizumab in der Primärtherapie des fortgeschrittenen OvCa zugelassen, bisher konnte aber kein prädiktiver Marker für das Ansprechen auf diese VEGF-gerichtete Therapie etabliert werden. Ziel dieser Studie ist die Identifizierung einer prädiktiven Angiogenese-Signatur bei OvCa, welche einen frühen Hinweis auf Platinresistenz und/oder Bevacizumab-Ansprechen geben könnte. Unser Kollektiv umfasst Material für die RNA-Seq (n=150) und IHC-Validierung (n=300) von Patientinnen, die mit Carboplatin-Paclitaxel+/-Bevacizumab behandelt wurden. Die Ergebnisse der Studie sollen die Grundlage für eine individualisierte Behandlung des OvCa legen und im nächsten Schritt im großen Kollektiv der AGO-Ovar11-Studie validiert werden.
Prof. Dr. med. Magnus von Knebel Doeberitz
Charakterisierung HPV-assoziierter intraepithelialer Neoplasien für eine Immunbiomarker-basierte topische Imiquimod-Therapie
Der Erfolg immuntherapeutischer Ansätze hängt von der individuellen immunologischen Zusammensetzung des einzelnen Patienten ab, die durch Biomarker auf histologischer Ebene erfasst werden muss. Diese Immunkontextur spielt auch in HPV-assoziierten anogenitalen Neoplasien eine Rolle. Imiquimod (IMQ) ist ein vielversprechendes topisches Therapeutikum für alternative nichtoperative Behandlungsansätze, dessen Erfolg aber von der immunologischen Prädisposition der Patienten abzuhängen scheint. Basierend auf einer IMQ-behandelten Studienkohorte entwickeln wir eine neuartige, objektive Biomarker-Analysestrategie mittels maschineller Lernverfahren und Erstellung von quantitativen, multi-dimensionalen Immunzell-Profilen um Patienten zu identifizieren, die aufgrund ihrer Immunkontextur auf die Therapie ansprechen. So erzeugen wir eine neuartige Datenbank zu HPV-assoziierten Neoplasien, die alle Patienten- und Bild-Daten aus der Kohorte auf Gewebeebene erfasst. Dadurch sollen Unterschiede in der Immunkontextur von regredierenden/persistierenden im Gegensatz zu progredierenden Läsionen aufgedeckt und Kandidaten für Immun-Biomarker definiert werden, die eine mögliche klinische Antwort auf IMQ vorhersagbar machen.
Haut + malignes Melanom
Prof. Dr. med. Jens Malte Baron
Dichotome Rolle von MIF-Zytokinen als Tumorpromotor und -suppressor in der Pathogenese chemisch- und UV-induzierter Plattenepithelkarzinome
Im Gegensatz zur beschriebenen Funktion des Zytokins MIF als Tumorpromotor in der UV-induzierten Entstehung von Plattenepithelkarzinomen, zeigten eigene Vorarbeiten, dass MIF beim chemisch-induzierten kutanen Plattenepithelkarzinom auch als Tumorsuppressor agieren kann. Deshalb möchten wir die Bedeutung von MIF und seines erst kürzlich beschriebenen Strukturhomologs D-DT als Mediatoren der Entwicklung des kutanen Plattenepithelkarzinoms abhängig vom auslösenden Karzinogen auch im Hinblick auf zukünftige Therapieoptionen aufklären. Hierzu soll der Einfluss von UV- und chemisch-induzierter Karzinogenese auf die Entwicklung von Hauttumoren in konventionellen Mif-/ und D-dt-Knockout sowie in Doppel-Knockout Mäusen in vivo untersucht werden. Um die dichotome Rolle von MIF und D-DT in der Pathogenese des kutanen Plattenepithelkarzinoms abhängig vom auslösenden Karzinogen genauer verstehen zu können, soll die Rolle von MIF und D-DT als chemotaktischer Faktor und ihre CD74-Rezeptor-vermittelten exokrinen und/oder intrakrinen Effekte auf Keratinozyten anhand von bereits etablierten humanen und murinen 3D-Vollhautmodellen charakterisiert werden.
Prof. Dr. rer. nat. Peter-Michael Kloetzel
Importance of endoplasmic aminopeptidase(s) ERAP1 (and ERAP2) in the shaping of human melanoma epitopes (2)
Adoptive T cell therapy (ATT) represents an innovative option of treating cancer once classical therapeutic approaches have failed. One essential prerequisite for successful ATT is the generation of high-affinity peptide ligands, which are presented to T cells by major histocompatibility complex class I molecules (MHC-I) on the cell surface. This has involved previous action of different proteolytic enzymes. At first, the proteasome system generates peptide ligands as precursor molecules exhibiting an N-terminal extension but the correct C-terminal anchor residue for MHC-I binding. In order to increase the affinity and the amounts of antigenic peptides available for T cell recognition on the cell surface, these precursor peptides undergo optimization by endoplasmic reticulum (ER)-resident aminopeptidases (ERAPs) through N-terminal trimming. Hence, ERAPs play a decisive role for efficient anti-tumour T cell responses. The project described herein focuses on the importance of this final proteolytic step for T cell mediated rejection of human melanoma.
Prof. Dr. rer. nat. Björn Wängler
Entwicklung eines 18F-SiFA-markierten heterobivalenten MC1R- und αvβ3-Integrinaffinen peptidischen Liganden zur frühzeitigen, sensitiven und hochspezifischen Detektion des malignen Melanoms mittels Positronen-Emissions-Tomographie (PET)
Die sensitive, frühe und korrekte Diagnostik des malignen Melanoms erweist sich häufig als schwierig. Selbst die spezifische PET stößt hierbei (bei Verwendung des konventionell verwendeten Radioliganden 18F-FDG) an ihre Grenzen. Ziel des Projektes ist es daher, einen neuen Radioliganden zu entwickeln, der nicht aufgrund einer hohen Proliferation oder Tumoraggressivität (und damit erst in späteren Tumorstadien) im entarteten Gewebe anreichert, sondern eine frühzeitige, sehr sensitive und spezifische Darstellung des Melanoms erlaubt. Dies soll dadurch erreicht werden, dass der neu zu entwickelnde Radioligand nicht nur an einen, sondern mehrere, auf Melanomen überexprimierten Rezeptoren (MC1R und αvβ3 Integrin) spezifisch binden kann, was eine höchst-sensitive Darstellung des Tumors und damit Diagnose der Erkrankung erlaubt. Der Radioligand soll mit dem Positronen-Emitter 18F und mittels der 18F-SiFA-Methodik radiomarkiert werden, da dieses Nuklid eine sehr gute Auflösung der PET-Bilder ermöglicht und somit die Visualisierung auch kleiner Läsionen erlaubt. Weiterhin werden mittels dieses Ansatzes eine effiziente Radiosynthese und eine schnelle potentielle klinische Translation der Anwendung des Radioliganden ermöglicht.
Immunsystem + Hämatopoese
Prof. Dr. med. Florian Bassermann
Die Rolle der E3-Ubiquitin-Ligase SCFFbxo3 in der Entstehung und Therapie des Multiplen Myeloms (2)
Das Multiple Myelom (MM) ist der zweithäufigste maligne hämatologische Tumor in Europa, der durch ein hohes Maß an genomischer Instabilität charakterisiert ist. Klinisch ist die Erkrankung durch hohe Ansprechraten auf proteasomale Inhibition charakterisiert, was die Präsenz aberranter Signalwege des Ubiquitin-Proteasom-Systems nahelegt. Deren Identitäten sind bisher größtenteils unbekannt. In der vorigen Antragsperiode haben wir die Ubiquitin-Ligase FBXO3 untersucht. Dabei konnten wir eine Rolle für FBXO3 in der zellulären DNA-Schaden Antwort sowie eine Überexpression von FBXO3 im MM zeigen. Mit den eingesetzten Affinitäts-basierten Screening-Methoden gelang es jedoch nicht, die relevanten Substrate von FBXO3 zu identifizieren. In diesem Fortsetzungsantrag soll nun mittels nicht-Affinitäts-basierten Proteom-weiten Screening-Ansätzen die Substratidentifizierung verfolgt und die Rolle von FBXO3 in der DNA Schaden Antwort aufgearbeitet werden. In einem translationalen Ansatz sollen die mechanistischen Erkenntnisse in MM-Zellkulturmodellen und primären Patientenproben validiert und FBXO3 und seine Substrate als potentielle neue Zielstrukturen und Biomarker charakterisiert werden.
Prof. Dr. rer. nat. Ulf Dittmer
Die Bedeutung von zytotoxischen CD4+ T-Zellen für die Immunkontrolle von onkogenen Viren und der Entstehung von Virus-induziertem Krebs (2)
Zytotoxische CD4+ T-Zellen haben eine wichtige Funktion in der Immunantwort gegen Krebs. Diese Zellen kommen auch bei Virusinfektionen vor, aber ihre Aufgabe in der Immunität gegen Tumor-induzierende Viren war weitgehend ungeklärt. Im Model der Friend Retrovirus Infektion der Maus konnten wir zeigen, dass zytotoxische CD4+ T-Zellen bei chronischen Infektionen mit onkogenen Viren eine wichtige Rolle bei der Viruskontrolle spielen. Allerdings sind sie nicht vollständig aktiviert und können nur über den Fas-FasL Weg infizierte Zellen abtöten. Der agonistische Antikörper gegen CD137 kann in diesen Zellen auch den exozytose Weg induzieren und damit ihre Zytotoxidität verstärken. Sogar regulatorische T-Zellen können durch die Antikörperbehandlung in zytotoxische T-Zellen mit anti-Tumor Aktivität differenziert werden. Diese Behandlung soll jetzt benutzt werden, um die CD4 Zell Zytotoxidität in chronisch infizierten Mäusen zu verstärken und so eine Tumorenstehung zu verhindern. Als weitere Therapieoption wird die Blockade des Zytokins TGF-ß untersucht werden. Studien zur Induktion von zytotoxischen Gedächtnis-CD4 Zellen vervollständigen die Arbeiten. Die Studien sollen grundlegende Erkenntnisse zur Tumortherapie im Kontext von chronischen Infektionen liefern und neue Therapieoptionen aufzeigen.
Prof. Dr. med. Hermann Einsele
Risikoadaptierte Stratifizierung und interdisziplinäre Behandlung des Multiplen Myeloms (2)
Seit Beginn der ersten Förderperiode 09/2013 wurde die Wilhelm Sander-Therapieeinheit räumlich und personell aufgebaut. Der Schwerpunkt war die Einrichtung interdisziplinärer Sprechstunden unter Beteiligung mehrerer Kliniken und die gezielte Sammlung von Biomaterialien betroffener Patienten in Kooperation mit Universitätsinstituten. Der Einschluss von Probanden in interventionelle und nichtinterventionelle Studienprotokolle konnte nachhaltig gestärkt werden. Bislang wurden 22 Publikationen aus Projekten der Sander-Therapieeinheit veröffentlicht; der Schwerpunkt lag auf Sequenzierungsanalysen von Tumor-DNA und ihrer prognostischen Bedeutung sowie auf dem Gebiet der molekularen Bildgebung. Diese Arbeitsgruppe hat einige stark beachtete Arbeiten zum differentiellen Einsatz verschiedener PET-Tracer und zur theranostischen Anwendung/Translation publiziert. Ferner wurde eine Datenbank eingerichtet, die die Integration molekularer Charakteristika erlaubt. Der Arbeitsplan für die beantragte Verlängerungsperiode sieht unter anderem deren weiteren Ausbau vor, eine Vergrößerung der Zahl an DNA-Proben von Hochrisikopatienten und die Initiierung besonders innovativer Studien zur Immuntherapie.
Dr. rer. nat. Aurélie Ernst
Chromothripsis in Krebs – Kontext, Mechanismen und Modelle (2)
Neue Studien zeigten Krebszellen auf, die Chromosome mit Hunderten von geclusterten genomischen Veränderungen aufweisen, welche vermutlich durch ein einziges katastrophales Ereignis entstehen 1. Chromothripsis, diese neue Form der Genominstabilität, die in mehreren Krebserkrankungen identifiziert wurde, ist mit einer schlechten Prognose assoziiert 2. Ziele dieses Projekts sind i) zu definieren, in welchem Kontext Chromothripsis auftritt, ii) die Mechanismen dieses Prozesses zu verstehen und iii) in vitro Assays zu entwickeln. Normale und Tumorzellen von Patienten mit DNA Reparaturdefekten werden mittels Genomweitsequenzierung analysiert werden, um Chromothripsis zu detektieren. Auf der mechanistischen Ebene soll die Rolle von Mikrokernen als mögliche Ursache für den lokalisierten DNA Schaden untersucht werden. Geclusterte DNA Doppelstrangbrüche sollen mittels Bestrahlung induziert werden, um ein Modellsystem zu etablieren.
Dr. rer. nat. Stefanie Göllner
Die Bedeutung von Leupaxin für die Therapieresistenz und als therapeutisches Ziel bei der Akuten Myeloischen Leukämie
Bei der Akuten Myeloischen Leukämie (AML) sind Rezidive sehr häufig. Die Mechanismen, die Therapieresistenz bedingen, sind jedoch nur teilweise bekannt. In Vorarbeiten haben wir entdeckt, dass die proteasomale Degradation der Histon-Methyltransferase EZH2 ein wichtiger Resistenzfaktor bei der AML ist. Leupaxin (LPXN), ein Adapterprotein, wird in resistenten AML-Zellen hoch exprimiert und bindet spezifisch an EZH2. Ziel unseres Forschungsprojektes ist es, die Bedeutung von LPXN bei der Therapieresistenz der AML zu charakterisieren. Hierzu werden wir die Expression von LPXN in AML-Patientenproben analysieren, untersuchen, inwieweit eine Modifikation der LPXN-Expression Auswirkungen auf die Therapieresistenz hat sowie LPXN-Interaktionspartner in sensitiven und resistenten Zellen analysieren. Mittels sgRNA-Bibliotheken werden wir therapeutische Ziele identifizieren, von denen die LPXN-vermittelte Therapieresistenz abhängt. Diese identifizierten Gene sowie LPXN-Interaktionspartner sollen anschließend funktionell analysiert werden. Zusammengefasst wird dieses Projekt einen neuen Resistenzmechanismus bei der AML charakterisieren und mögliche therapeutische Ansatzpunkte aufzeigen.
Dr. med. Philipp Greif
Die Rolle von ZBTB7A Alterationen im Tumor-Metabolismus der Akuten Myeloischen Leukämie (AML) (2)
Akute myeloische Leukämie (AML) ist eine genetisch heterogene Erkrankung. Im Laufe der letzten Jahrzehnte wurde bei AML Patienten eine wachsende Anzahl von wiederholt auftretenden somatischen Mutationen identifiziert. Mittels Exom-Sequenzierung fanden wir vor kurzem neuartige Mutationen des Transkriptionsfaktors ZBTB7A bei AML Patienten mit t(8;21) Translokation. Der Transkriptionsfaktor ZBTB7A ist ein wichtiger Regulator der Glykolyse. Darüber hinaus ist ZBTB7A auch an der Differenzierung von Blutzellen beteiligt. Die Stabilität der ZBTB7A Mutationen im Krankheitsverlauf wird anhand von Patientenproben beurteilt. Wir untersuchen die funktionellen Konsequenzen der ZBTB7A Mutationen für den Tumorstoffwechsel durch Expression und Knockdown/out in AML-Zelllinien sowie in primären humanen und murinen hämatopoetischen Stammzellen. Insbesondere wird der Einfluss auf ZBTB7A-Zielgene mittels ChIP-Seq in Kombination mit RNA-Seq untersucht. Mit einem bereits verfügbaren Hemmstoff der Glykolyse werden wir dem Effekt von ZBTB7A-Mutationen und somit dem unkontrollierten Wachstum der Krebszellen entgegenwirken.
Dr. med. Tobias Herold
Molekulare und funktionelle Charakterisierung der Akuten Myeloischen Leukämie mittels RNA Sequenzierung (2)
Primäre Resistenz gegen die Induktionstherapie ist eines der ungelösten Probleme der AML-Behandlung. Diese Patienten haben eine extrem schlechte Prognose und waren bisher vor Behandlungsbeginn nicht zu identifizieren. Durch das geförderte Projekt Nr. 2013.086.1 konnte gezeigt werden, dass eine sichere Prädiktion bereits vor Behandlungsbeginn möglich ist. Ein Algorithmus bestehend aus zytogenetischen Daten und 29 Genexpressionsmarkern ermöglichte eine bisher nicht erreichte Genauigkeit in der Vorhersage von refraktären Verläufen. Durch das Projekt entstanden zwei Kohorten aus je 488 und 258 AML-Studienpatienten, die durch DNA-Sequenzierung und Microarray bzw. RNA Sequenzierung detailliert molekular charakterisiert sind. Diese weltweit aktuell einmaligen Datensätze ermöglichen weiterführende Analysen hinsichtlich differentieller Genexpression, des Vorliegens von Fusionsgenen, Splicing, weiteren RNA-Spezies und Mutationen. Ein besonderer Schwerpunkt des Folgeprojekts soll in der funktionellen Charakterisierung von Mutationen des Spliceosoms liegen, deren Auswirkungen anhand des vorhandenen Kollektives betrachtet und weiterführend molekular charakterisiert werden sollen.
Prof. Dr. rer. nat. Thomas Herrmann
Mechanistische Grundlagen für neue Strategien γδ T Zellvermittelter Immuntherapien gegen das Multiple Myelom (2)
Vγ9Vδ2 T Zellen besitzen ein in präklinischen und klinischen Studien demonstriertes anti-Tumorpotential. Ihre T Zellantigenrezeptoren (Vγ9Vδ2 TCR) erkennen Phosphoantigene, die von Tumorzellen spontan oder nach Behandlung mit Aminobisphosphonaten produziert werden. Die Erkennung der Phosphoantigene durch die Vγ9Vδ2 TCR ist bisher kaum verstanden. Hierbei spielt das Zelloberflächenmolekül BTN3A1 eine Schlüsselrolle. Um dessen Funktion besser zu verstehen, sollen in der neuen Förderperiode gene knockout und Mutagenesestudien fortgeführt werden. Ein wichtiges Problem bei Vγ9Vδ9 T Zellbasierten Therapieansätzen ist die insbesondere bei Patienten mit Multiplem Myelom häufig reduzierte Vγ9Vδ2 T Zellantwort. Um diesen Defekt zu korrigieren, wollen wir neue Stimulationsprotokolle entwickeln, wobei zellfreie Stimulationssysteme und Agentien gegen Immuncheckpointinhibitoren (Antikörper, CRISPR/Cas9 knock out der Vγ9Vδ2 T Zellen) zum Einsatz kommen werden. Die effiziente in vitro Expansion der Vγ9Vδ2 T Zellen würde es dann erlauben, diese präklinisch zu testen und schließlich im adoptiven Transfer bei Tumorpatienten therapeutisch zu nutzen.
Prof. Dr. med. Ernst Holler
Dysbiose und intestinale Immunregulation bei GvHD nach allogener Stammzelltransplantation
Bei der allogenen SZT stellt die intestinale GvHD die schwerwiegendste Komplikation dar. Neuere Untersuchungen zeigen, dass Verschiebungen der intestinalen Microbiota im Sinne einer Dysbiose in den ersten Wochen nach SZT eine hohe prognostische Bedeutung für die GvHD haben. Dieser langanhaltende Einfluss kann nur erklärt werden, wenn das intestinale Mikrobiom die intestinale Immunrekonstitution nachhaltig beeinflusst. In einem translationalen Projekt soll deshalb geklärt werden, 1) ob frühe Mikrobiomveränderungen mit der Infiltration regulatorischer Zellpopulationen im Darm (FoxP3- und IDO- positiver Zellen) sowie der Erholung IgA-Bildung, korrelieren, 2) welche Rezeptoren bakterieller Metaboliten an dieser Regulation beteiligt sind und ob 3) deshalb Metaboliten zur Epithelmodulation eingesetzt werden können. Diese Ziele sollen mit seriellen Mikrobiomuntersuchungen an Stuhlproben, Analysen an intestinalen Biopsien sowie an in vitro-Modellen an polarisierten Caco2 Zellinien erreicht werden. Mittelfristig sollen diese Untersuchungen helfen, neue Ansätze zu Prophylaxe und Therapie der GvHD über eine Mikrobiommodulation zu entwickeln.
Dr. med. Elmar Jaeckel
Untersuchung der Wirkungsmechanismen von Checkpoint-Inhibitoren auf polyklonale- und Tumor-spezifische T-Zellen im Mausmodel des Hepatozellulären Karzinoms
Das hepatozelluläre Karzinom (HCC) ist ein hochmaligner Tumor mit limitierten therapeutischen Möglichkeiten. Infolgedessen ist HCC weltweit die dritthäufigste krebsbedingte Todesursache. Immuntherapie mit Checkpoint-Inhibitoren stellt eine neue und vielversprechende Behandlungsoption für Patienten mit HCC dar. Dennoch spricht nicht jeder Patient auf die Therapie an. Warum und welche Patienten auf die Therapie ansprechen, ist nicht aufgeklärt. Deswegen ist es dringend notwendig, die Wirkungsmechanismen von Checkpoint-Inhibitoren zu erforschen und zu verstehen. Checkpoint-Inhibitoren verstärken die Immunantwort gegen Tumoren über Ihre Wirkung auf Effektor- und regulatorische T-Zellen. Zu ihrer Wirkung auf diese Zellpopulationen im tolerogenen Milieu der Leber fehlen jedoch sämtliche Daten. Im vorliegenden Projekt soll die Wirkung der Checkpoint-Inhibitoren anti-CTLA-4 und anti-PD-1 auf polyklonale und Tumor-spezifische T-Zell-Populationen in einem orthotopen Mausmodell von HCC untersucht werden. Ziel ist es, das Verständnis der Wirkmechanismen der Checkpoint-Inhibitoren zu erweitern und neue Target-Moleküle für die gezielte Therapie von HCC zu identifizieren.
PD Dr. med. Sebastian Ochsenreither
Identifikation von Antigenen in leukämischen Stammzellen für die adoptive T-Zelltherapie der akuten myeloischen Leukämie
Die Elimination der leukämischen Stammzellen (LSC) bei der akuten myeloischen Leukämie (AML) ist essentiell für eine Heilung. Dieses ist durch eine adoptive T-Zelltherapie gegen Leukämie-assoziierte Antigene (LAA) zu erreichen, bei der T-Zellen des Patienten mit einem LAA-spezifischen T-Zellrezeptor (TCR) transfiziert werden. Die Identifikation LSC-spezifischer LAA ist das Ziel dieses Projektes. Mittels microarray-Daten wurden 25 Gene mit selektiver Expression in LSC identifiziert. Das Expressionsmuster soll mit qPCR und falls möglich mit Protein-basiertem Assay verifiziert werden. Ein Zielprotein wurde so bereits identifiziert. Basierend auf Expression und Funktion werden zwei bis drei weitere Proteine ausgewählt. Gegen diese werden T-Zellklone generiert, wobei entweder prädiktierte oder HLA-gebundene Peptide verwendet werden. Bei letzteren werden präsentierte Peptide des Antigens mittels Massenspektrometrie identifiziert. Mit Killing assays wird durch Koinkubation von T-Zellklonen mit Zelllinien und primären Blasten die Prozessierung und Präsentation der Epitope gezeigt. Nach Abschluss des Projekts sollen ein bis zwei Antigene für die klinische Anwendung weiterentwickelt werden.
Prof. Dr. med. Helmut Salih
Entwicklung eines optimierten Immunzytokins für die Immuntherapie der AML
IL-15 ist ein Zytokin, welches potent NK Zellen und auch CD8 T Zellen stimulieren kann und das, u. a. gekoppelt an Antikörper als sogenanntes Immunzytokin (IC), für die Tumortherapie erprobt wird. Das grundsätzliche Problem bisheriger IC sind die erheblichen Nebenwirkungen durch „off-target“-Effekte des Zytokinteils, was die Applikation therapeutisch optimaler Dosen verhindert. In Vorarbeiten wurden IC entwickelt, die aus Fc-optimierten Antikörpern und einem modulierten IL-15 bestehen, welches gentechnisch so modifiziert wurde, dass die Zytokinwirkung abhängig von der Bindung des Antikörpers ist (modifizierte IC, MIC Proteine). Dadurch wird, im Gegensatz zu bisher verfügbaren Formaten, eine weitgehend zielzell-restringierte Aktivität ermöglicht, die deutlich höher ist als die parentaler Fc-optimierter Antikörper. Als Zielantigene werden im geplanten Vorhaben FLT3/CD135 bzw. CD133 verwendet, wodurch ein Einsatz bei der AML ermöglicht wird, wo bislang keine immunstimulierenden Antikörper verfügbar sind. Im vorliegenden Projekt sollen diese MIC Proteine umfassend präklinisch, u. a. mit Patientenleukämiezellen in vitro sowie in Mausmodellen, funktionell charakterisiert werden.
Prof. Dr. med. Jürg Schwaller
Mechanismen der akuten Erythroleukämie: eine seltene aggressive Blutkrebsform
Hintergrund: Akute Leukämie ist eine der aggressivsten Krebskrankheiten des Menschen. Mittels genetischer Studien konnten die molekularen Mechanismen bestimmter Leukämieformen entschlüsselt und neue gezielte Therapien entwickelt werden. Die akute Leukämie der roten Blutkörperchen, auch Erythroleukämie genannt, ist eine seltene, aber sehr aggressive Krankheit. Die Diagnose der Erythroleukämie ist schwierig, die molekularen Mechanismen kaum bekannt, und es gibt weder geeignete Krankheitsmodelle noch spezifische Therapien. Ziele: 1) Vereinfachen der Klassifizierung und Etablierung von Krankheitsmodellen mittels systematischer molekulargenetischer Untersuchung der Tumorzellen von Patienten mit Erythroleukämie 2) Verstehen des molekularen Mechanismus der gestörten Ausreifung von Erythroleukämie-Zellen. Methoden: Wir kombinieren modernste Molekulargenetik und Biochemie mit zellulären in vitro und in vivo Experimenten. Profit für Patienten: Dieses Projekt eröffnet einen Einblick in die molekularen Mechanismen der Erythroleukämie und soll die Diagnose erleichtern und neue Ansätze zu molekular zielorientierten Therapieansätzen aufdecken.
Prof. Dr. rer. nat. Dr. sc. Edgar Serfling
NFATc1-vermittelte Kontrolle der CD8+T-Zell-Funktion
CD8+T-Zellen sind Schlüsselkomponenten des Immunsystems. Als zytotoxische T-Zellen (CTLs) eliminieren sie maligne und infizierte Zellen vom Organismus. CTLs entwickeln sich in lymphoiden Organen nach Antigen-Erkennung aus ruhenden CD8+T-Zellen zu Effektor-„Killerzellen“. Wichtige Targets der Immunrezeptor-Signale sind induzierbare Transkriptionsfaktoren (TFs). Diese kontrollieren zahlreiche Gene, die die Differenzierung der CD8+T-Zellen zu Effektor- und Gedächtnis-CTLs – oder den Tod der Zellen – vermitteln. Wir zeigten - wesentlich unterstützt durch die Wilhelm Sander-Stiftung - dass der TF NFATc1 in CD8+T-Zellen durch Immunrezeptor-Signale stark induziert wird und die Funktion von CD8+T-Zellen in vitro kontrolliert. Wir bestimmten die Transkriptome aktivierter CD8+T-Zellen und CTLs in vitro, sowie Genom-weit die Bindungsstellen für NFATc1. Hier möchten wir untersuchen, wie NFATc1 in vivo (1.) die Proliferation und Differenzierung, (2.) den Metabolismus und (3.) die Mobilität von CTLs kontrolliert. Endziel dieses Projektes ist es zu bestimmen, ob und wie durch Manipulation von NFATc1 die Aktivität von CTLs zur Immuntherapie humaner Tumor-Erkrankungen modifiziert werden kann.
Prof. Dr. med., PhD Julia Skokowa
Hemmung der Funktionen des HCLS1 Proteins mittels Inhibitoren des NAMPT/SIRT2 Signalwegs für die Behandlung der AML
Die Identifizierung von Proteinen mit abnormalen Funktionen in AML Blasten kann zu der Etablierung neuer Behandlungsansätze führen. Wir haben die erhöhte Expression und Aktivität des Enzyms Nicotinamid-Phosphoribosyltransferase (NAMPT) in AML beschrieben. NAMPT aktiviert die NAD+-abhängigen Protein-Deazetylasen (Sirtuine, SIRTs). Sirtuine steuern die Funktionen von Proteinen durch Deazetylierung und wir haben eine stark erhöhte Expression von SIRT2 in AML Blasten detektiert. Wir haben weiter die hämatopoetisch-spezifischen Zielproteine von NAMPT und SIRT2, die in AML Blasten hyperaktiviert sind, untersucht. Die stark erhöhte Expression und Phosphorylierung des HCLS1 (Hematopoietic Cell-Specific Lyn Substrate 1) in AML Blasten wurde von uns vor kurzem beschrieben. Interessanterweise war HCLS1 in 46 von 52 (88.46%) der untersuchten AML Patienten aller FAB Subtypen (außer APL) im Vergleich zu normalen myeloischen Zellen stark erhöht. Wir konnten zeigen, dass HCLS1 durch die NAMPT/SIRT2-abhängige Deazetylierung aktiviert wird. In dem beantragten Projekt möchten wir nun die Regulation von HCLS1 durch NAMPT und dessen spezifische Hemmung als mögliche Therapieoption der AML untersuchen.
Prof. Dr. rer. nat. Wolfgang Uckert
Gezielte Genmodifizierung von T-Zellsubpopulationen zur klinischen Anwendung in der adoptiven T-Zelltherapie
In der vorangegangenen Förderperiode konnten wir zeigen, dass zielgerichtete Retrovirusvektoren (Targetingvektoren) in der Lage sind, selektiv zytotoxische CD8+ T-Zellen mit antigenspezifischen T-Zell-Rezeptoren (TCR) in vitro und in vivo auszustatten. In Mausmodellen wurden Effektorfunktionen in vivo TCR-transduzierter CD8+ T-Zellen nachgewiesen. Mäuse, die mit dem CD8-Targetingvektor behandelt wurden, konnten im Vergleich zu Kontrollmäusen sowohl den Verlauf einer bakteriellen Infektion als auch das Wachstum antigenpositiver Tumore signifikant verzögern. Für eine effektivere TCR-Gentherapie ist der simultane Einsatz zytotoxischer CD8+ T-Zellen und CD4+ T-Helfer-Zellen am vielversprechendsten. In der Fortsetzung dieses Projektes werden wir den Effekt eines simultanen TCR-Gentransfers in CD8+ (MHC-I) und in CD4+ (MHC-II) T-Zellen auf das Tumorwachstum untersuchen. Unsere Experimente haben gezeigt, dass ein simultaner Einsatz beider Targetingvektoren nur in BALB/c-Mäusen möglich ist. Wir werden daher ein BALB/c Tumormodell entwickeln, welches uns die Möglichkeit bietet, den Anti-Tumoreffekt in vivo transduzierter CD8+ und CD4+ T-Zellen ihm Rahmen der TCR-Gentherapie zu untersuchen.
Dr. med. Juliane Walz (geb. Stickel)
Charakterisierung des Immunopeptidoms der chronisch myeloischen Leukämie (CML) zur Entwicklung Peptid-basierter Immuntherapiekonzepte
Nur bei wenigen CML-Patienten kann die Therapie mit Tyrosinkinaseinhibitoren (TKI) dauerhaft beendet werden ohne, dass es zu einem Rezidiv der Erkrankung kommt. Um residuelle Leukämiezellen zu eliminieren, die diese Rezidive bedingen, bietet die Peptid-basierte Immuntherapie einen nebenwirkungsarmen Ansatz, welcher darauf abzielt mittels therapeutischer Vakzinierung im Patienten eine spezifisch gegen Leukämiezellen gerichtete T-Zell-Antwort zu induzieren. Basis dieser Therapie sind Peptide, die exklusiv und hochfrequent auf Leukämiezellen über humane Leukozytenantigene (HLA) präsentiert werden. Im Rahmen dieses Projektes soll nun die Grundlage für die Entwicklung einer Peptid-basierten Immuntherapie für CML-Patienten geschaffen werden. Hierzu soll erstmalig die Analyse der Gesamtheit HLA-präsentierter Peptide (das Immunopeptidom) der CML erfolgen und so die Identifizierung natürlich präsentierter, immunogener CML-assoziierter Antigene erzielt werden. Des Weiteren soll der Einfluss von TKIs auf das Immunopeptidom der CML und die Peptid-spezifischen T-Zell-Antworten untersucht werden, um so den optimalen Zeitpunkt einer Peptid-basierten Immuntherapie für CML-Patienten zu definieren.
Kanzerogenese allgemein / sonst. onkologische Themen
Prof. Dr. med. Heidi Hahn
Rolle von WNT5A und der ß-Catenin-unabhängigen WNT Signalwege beim Rhabdomyosarkom
Rhabdomyosarkome (RMS) sind die häufigsten Weichgewebetumoren bei Kindern und werden histologisch und molekularbiologisch in embryonale RMS (ERMS) und die aggressiveren alveolären RMS (ARMS) unterteilt. Wir konnten zeigen, dass 50% der RMS den ß-Catenin-Interaktionspartner LEF1 exprimieren, der unabhängig von WNT/ß-Catenin Signaling und RMS Subtyp aggressives Tumorwachstum dämpft und den Antagonisten der WNT/ß-Catenin Achse und Hauptliganden der ß-Catenin-unabhängigen WNT Signalwege, WNT5A, aktiviert. Da die WNT5A Expression in den prognostisch günstigeren ERMS gegenüber ARMS erhöht ist, scheint ß-Catenin-unabhängiges WNT signaling mit einem gutartigeren RMS Phänotyp assoziiert zu sein. Wir wollen den Signalweg und die Rezeptoren identifizieren, die durch WNT5A im RMS aktiviert werden. In vitro und in vivo Analysen sollen die funktionelle Rolle von WNT5A aufdecken und die Frage beantworten, ob sich WNT5A exprimierende Tumorzellen besser oder schlechter von zytotoxischen Immunzellen eliminieren lassen. In Abhängigkeit der Ergebnisse wird ein präklinischer RMS-Therapieversuch gestartet, bei dem WNT5A Mimetica und/oder RMS-spezifische chimäre T-Zellen zum Einsatz kommen.
Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Karl-Heinz Klempnauer
Untersuchungen zur Funktion des Transkriptionsfaktors B-Myb in der G2/M-Phase des Zellzyklus (2)
Der Transkriptionsfaktor B-Myb spielt eine Schlüsselrolle bei der Expression pro-mitotischer Gene in der G2/M-Phase des Zellzyklus und ist in die Entstehung von Tumoren involviert, in denen hohe B-Myb Aktivität vielfach mit aggressiven Wachstum und schlechter Prognose korreliert. Wir haben untersucht, auf welche Weise B-Myb im Verlauf des Zellzyklus aktiviert wird und gezeigt, dass die Phosphorylierung von B-Myb durch die Proteinkinase Plk1 hierbei eine wesentliche Rolle spielt. Im Rahmen des Fortsetzungsprojekts wollen wir untersuchen, auf welche Weise die Plk1-induzierte Phosphorylierung die Aktivität von B-Myb steuert. Hierzu planen wir, den Einfluss von Plk1 auf die Rekrutierung von Interaktionspartnern durch B-Myb zu untersuchen. Zusätzlich wollen wir die Rolle einer auto-inhibitorischen, intramolekularen Interaktion für die Aktivität und das onkogene Potential von B-Myb untersuchen. Das übergreifende Ziel des Projekts ist, durch die Identifikation und funktionelle Charakterisierung der für B-Myb relevanten Protein-Interaktionen mögliche Strategien für die zukünftige Entwicklung von B-Myb Inhibitoren zu erforschen.
Knochen, Muskulatur + Bindegewebe
Prof. Dr. med. Wolfgang E. Berdel
Therapeutische Beeinflussung des chimären Transkriptionsfaktors EWS-FLI1 in Ewing-Sarkomen
Ewing-Sarkome sind die zweithäufigsten Knochentumoren bei Kindern und jungen Erwachsenen. Mit Heilungsraten < 35% im metastasierten Stadium besteht die dringende Notwendigkeit für neue Therapieansätze. Zentrales molekulares Ereignis bei Ewing-Sarkomen ist die chromosomale Translokation t(11;22) mit der konsekutiven Bildung des EWS-FLI1-Proteins in den Tumorzellen. Dieses Protein ist tumorzell-spezifisch und fungiert als transkriptioneller Aktivator. Wir haben ein Ewing-Sarkom-spezifisches, Antikörper-basiertes Applikationssystem für EWS-FLI1-interferierende siRNAs entwickelt und werden dieses zunächst in vitro an Ewing-Sarkomzelllinien erproben. Ein vergleichbares Delivery-System haben wir für das Kolorektalkarzinom entwickelt, die Resultate hierzu sind publiziert (1) und auf das Ewing-Sarkom übertragen (2). Hier wollen wir die Eigenschaften der AntikörpersiRNA-Konjugate an Zellkulturen in vitro und im Xenograft-Tiermodell in vivo untersuchen. Wir werden neben EWS-FLI1 auch kooperierende Zielgene mittels RNAi-Knockdown stilllegen und Tumorwachstum und Metastasierung somit behindern. Ziel ist es, aus diesem Projekt eine Ewing-Sarkom-spezifische Tumortherapie zu entwickeln.
Dr. med., PhD Thomas Grünewald
Untersuchung von TCF7L1 als zentralen Regulator des kanonischen WNT-Signalweges und als Biomarker und Zielstruktur einer individualisierten Therapie für Kinder mit Ewing Sarkomen
Ewing Sarkome (EwS) sind hochaggressive pädiatrische Knochentumore, die durch das Fusionsonkogen EWSR1-FLI1 (EF1) in einen undifferenzierten und stark proliferativen Zustand gebracht werden, was hohe Rezidiv- und Metastasierungsraten bedingt. Wir postulieren, dass die systembiologische Analyse dieses Vorgangs neue therapeutische Zielstrukturen und Biomarker identifizieren wird. Eigene Netzwerkanalysen von Genexpressionsdaten und korrespondierenden klinischen Daten legen nahe, dass EF1 den kanonischen WNT-Signalweg sowie den WNT-assoziierten Transkriptionsfaktor TCF7L1 unterdrückt, was die Tumoraggressivität erhöhen könnte. Erste Experimente zeigen, dass die pharmakologische Reaktivierung des WNT-Signalwegs die Proliferation von EwS-Zellen blockiert. Mithilfe der Wilhelm Sander-Stiftung möchten wir 1) TCF7L1 als regulatorischen Knotenpunkt und prädiktiven Biomarker charakterisieren, 2) untersuchen, wie EF1 über TCF7L1 mit dem WNT-Signalweg interferiert, und 3) in präklinischen Mausmodellen testen, ob die Reaktivierung des WNT-Signalwegs die Tumorprogression verhindern kann. Wir erwarten hierdurch einen wichtigen Beitrag zur individualisierten Therapie von EwS-Patienten zu leisten.
Dr. med. Constantin Lapa
Funktionelle Hybrid-Bildgebung zur Charakterisierung der Tumorheterogenität des Multiplen Myeloms sowie frühem Therapiemonitoring
In der ersten Förderperiode konnten wir [11C]Methionin als hochsensitiven Marker stoffwechselaktiver Myelommanifestationen identifizieren, der sich [18F]FDG deutlich überlegen zeigte. Zudem konnte im Mausmodell ein früher Rückgang der Stoffwechselaktivität der Myelomläsionen sowie ein damit verbundener prognostischer Wert für [11C]Methionin nachgewiesen werden. Die prognostische Bedeutung der höheren Sensitivität als auch die Übertragbarkeit der Möglichkeit des sehr frühen Therapiemonitorings auf den Menschen sollen weiter untersucht werden. Neben den verschiedenen Stoffwechselwegen gewinnt die Darstellung von Oberflächenrezeptoren zunehmend an Bedeutung. Mit dem Chemokinrezeptor CXCR4 konnte kürzlich ein weiterer Biomarker identifiziert werden. Das hier mögliche „theranostische“ Konzept wurde für das Multiple Myelom erfolgreich in die Klinik transferiert. Dabei zeigte die CXCR4-PET/CT eine ausgeprägte inter- als auch intraindividuelle Heterogenität der Myelomläsionen. In der zweiten Förderperiode soll nun die zielgerichtete Punktion von Läsionen mit differentem Stoffwechsel/Rezeptorenbesatz erfolgen, um Einblicke in die molekulare Grundlagen zu gewinnen.
Prof. Dr. rer. nat. Barbara Munz
Der skNAC-Smyd1-Komplex: Funktionelle Analyse beim Rhabdomyosarkom und Implikationen für neue therapeutische Strategien
Rhabdomyosarkome, bestehend aus unvollständig differenzierten myoiden Zellen, sind bei Kindern die häufigsten Weichteilsarkome. Die Überlebensraten konnten in den letzten 30 Jahren insbesondere für Hochrisikopatienten nicht signifikant verbessert werden, was vor allem in der heterogenen Natur der Sarkome und einem bisher nur unvollständigen Verständnis der Tumorigenese-Mechanismen begründet ist. In jüngster Zeit ergaben sich vermehrt Hinweise darauf, dass ein dimerer Proteinkomplex bestehend aus den beiden Untereinheiten skNAC und Smyd1 eine zentrale Rolle spielen könnte. Der entsprechende Mechanismus könnte epigenetischer Natur sein, insbesondere sprechen verschiedene Forschungsergebnisse dafür, dass skNAC-Smyd1 über eine spezifische Beeinflussung von Histonmodifikationsmustern die Expression skelettmuskelspezifischer Gene reguliert. Im Rahmen des hier beantragten Projekts soll darauf aufbauend untersucht werden, über welche Mechanismen skNAC-Smyd1 Proliferation, Differenzierung und Metastasierung von Rhabdomyosarkomzellen in vitro und in vivo beeinflusst. Hieraus sollen Ansatzpunkte für innovative therapeutische Strategien abgeleitet werden.
Prof. Dr. med. Claudia Rössig
Immuntherapie des Ewing-Sarkoms mit CAR-Zellen: Überwindung der immuninhibitorischen HLA-G Barriere
Chimäre Antigen-Rezeptoren (CARs) erlauben Abwehrzellen des Immunsystems eine Erkennung von Krebszellen über Oberflächenmerkmale. Die Therapie mit CAR-modifizierten T-Zellen hat sich bei B-Zell-Malignomen sehr wirksam gezeigt, solide Tumoren erweisen sich jedoch in präklinischen Modellen als weitgehend resistent. Spezifische Vorarbeiten unserer Arbeitsgruppe im Ewing-Sarkom-Modell zeigen eine Induktion des immuninhibitorischen Moleküls HLA-G durch CAR-modifizierte Abwehrzellen. Dieser Antrag prüft die Hypothese, dass HLA-G über lokale Immunsuppression die adoptive Therapie mit CAR-exprimierenden Effektorzellen behindert. Dazu wird HLA-G in Tumorzellen gezielt genetisch stillgelegt, und die Aktivierung und Funktion von CAR-Zellen gegenüber HLA-negativen und –positiven Tumorzellen wird verglichen. In der Mikroumgebung von Ewing-Sarkomen wird mittels Mehrfarb-Immunfluoreszenzfärbungen die Interaktion der CAR-Zellen mit Tumorzellen und Bystanderzellen untersucht. Schließlich wird mit dem Ziel der Überwindung HLA-G-vermittelter Immunresistenz die CAR-Zell-Therapie mit einem blockierenden Antikörper gegen HLA-G kombiniert und die Wirksamkeit im in vivo Modell geprüft.
Leber, Gallenwege + Pankreas (exokrin)
Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Mathias Heikenwälder
Die Rolle von Dickkopf-3 in Lebersteatose, nicht-alkoholischer Steatohepatitis und nachfolgendem Leberkrebs
Das hepatozelluläre Karzinom (HCC) ist die häufigste Lebererkrankung und die zweithäufigste, krebsassoziierte Todesursache weltweit. Veränderte Lebensgewohnheiten, wie hyperkalorische Ernährung, die zu Fettleibigkeit, Metabolischem Syndrom und schließlich zu nichtalkoholischer-Steatohepatitis (NASH) führen, sind mittlerweile eine der Hauptursachen für Leberfibrose, -zirrhose und HCC. Trotzdem ist nur wenig über die Mechanismen der NASH und NASH-assoziierten HCC-Entstehung bekannt und Therapieoptionen sind rar. Eine wichtige Rolle dabei spielt jedoch die chronische Entzündung, die das Fortschreiten der Erkrankung antreibt. Dickkopf-3 (Dkk3) ist ein sezerniertes Glykoprotein, das Typ und Stärke von lokalen Immunreaktionen beeinflussen kann. Präliminäre Daten zeigen eine Verbindung zwischen Dkk3 und NASH im Mausmodell, sowie im humanen System. Basierend auf diesen Erkenntnissen glauben wir, dass Dkk3 die NASH- und HCC-Entstehung beeinflussen und eine therapeutische Zielstruktur darstellen könnte. Dies möchten wir in einem selbst entwickelten Mausmodell, das die wichtigsten Aspekte der humanen Erkrankung rekapituliert, untersuchen und darüber hinaus Studien an Patientenproben durchführen.
Dr. med. Elisabeth Hessmann
p53-Status abhängige EZH2 Aktivität in der Progression und Therapie des Pankreaskarzinoms
Das Pankreaskarzinom (PDAC) gehört u. a. aufgrund seiner Therapieresistenz zu den aggressivsten Tumoren mit einer 5-JÜR unter 7%. Die ausgeprägte molekulare Heterogenität des PDAC widerspricht dem aktuellen „one-fits-all“ Therapiekonzept und unterstreicht die Bedeutung molekularer Stratifizierung in der Behandlung dieser Tumorentität. Insbesondere die therapeutische Effizienz der Inhibition onkogener Chromatin-Regulatoren unterliegt im PDAC einer starken Kontext-Abhängigkeit. So erzielten wir eine suffiziente Induktion von Tumor-Failsafe-Mechanismen nach Depletion der istonmethyltransferase EZH2 ausschließlich in Tumoren mit einem TP53-Wildtyp-Status. Basierend hierauf postulieren wir, dass die EZH2-Aktivität und das therapeutische Potential der EZH2-Inhibition im PDAC maßgeblich vom TP53 Status bestimmt werden. Unter Zuhilfenahme translationaler PDAC Modelle zielt dieses Forschungsvorhaben auf die mechanistische und funktionelle Charakterisierung der EZH2 Aktivität in Abhängigkeit des TP53-Status ab und soll somit zu einem detaillierteren Verständnis der Konsequenzen genetischer Veränderungen für epigenetische Prozesse in der Progression und Therapie des PDAC beitragen.
apl. Prof. Dr. rer. nat. Achim Krüger
Evaluierung der TIMP-1-induzierten prämetastatischen Nische in der Leber als Ansatzpunkt für Früherkennung und neue antimetastatische Therapiestrategien bei Pankreaskarzinom
Pancreatic Ductal Adenocarcinoma (PDAC) metastasiert extrem effizient und früh, vermutlich bereits in prämalignen Stadien, die Leber. Die Plasmaspiegel von Tissue Inhibitor of Metalloproteinases (TIMP-1) steigen bei prämalignen PDAC-Vorstufen an und induzieren eine prämetastatische Nische in der Leber, die deren effiziente Besiedlung durch Tumorzellen ermöglicht. Wir möchten daher klären, (a) durch welche Entzündungsmechanismen im Pankreas die TIMP-1-induzierte prämetastatische Nische ausgelöst wird, (b) über welche molekularen und zellulären Mechanismen in der Leber die extrem frühe Metastasierung ermöglicht wird und (c) ob diese Prozesse therapeutisch und/oder diagnostisch genutzt werden können. Zur Klärung der Mechanismen werden genetische Mausmodelle, funktionelle in vitro Zellassays sowie humane Patientenproben verwendet. Das antimetastatische Potential der genetischen und pharmakologischen Inhibition der TIMP-1-induzierten prämetastatischen Nische wird in experimentellen Metastasierungsassays getestet. Von den Ergebnissen erwarten wir neue therapeutische Perspektiven für das bisher nicht-behandelbare PDAC.
Prof. Dr. rer. nat. Inna N. Lavrik
Identifizierung neuer Zielstrukturen in pankreatischen Zelltod-Netzwerken für die Entwicklung neuer Behandlungsstrategien
Die Chemoresistenz maligner Zellen beim Pankreaskarzinom beruht auf der Deregulierung von einem oder mehrere Zelltod Signalwege, die zur Hemmung des Zelltods führt. Die Identifizierung neuere Zielstrukturen in pankreatischen Zelltod-Netzwerken, die für die Resistenz der pankreatischen Krebszellen verantwortlich sind, ist eine höchst wichtige Aufgabe in der laufenden Krebsforschung. In dem Projektantrag sollen unter Verwendung von ‚state-of-the-art‘ Proteomik, Imaging Durchflußzytometrie Technologien und biochemischer Methoden Zelltod-Netzwerke beim Pankreaskrebs untersucht werden und neue therapeutische Zielstrukturen identifiziert werden. Insbesondere werden wir systematisch, die bekannten apoptotischen/nekroptotischen Netzwerkregulatoren untersuchen, sowie neue unbekannte potentielle Regulatoren des Zelltods beim Pankreaskrebs mittels siRNA screening und Proteomik erhalten. Schließlich sollen die identifizierten Zielstrukturen durch die Analyse von Patienten material bestätigt werden. Zusammengenommen wird eine systematische Sicht auf die Empfindlichkeit und Resistenz des Pankreaskrebs untersucht, mit der Identifizierung neuer Wege für die Entwicklung neuer Behandlungsstrategien.
Dr. med. Thomas Wirth
Immuntherapie von KRAS-mutierten Pankreaskarzinomen mit heteroklitischen Peptidvakzinen
Das Pankreaskarzinom stellt die Tumorentität mit der höchsten Letalität unter den gastrointestinalen Tumoren dar. Da 70-95% aller Pankreaskarzinome Mutationen im Onkogen KRAS aufweisen, soll dieses für den Tumor essentielle Onkogen für eine neuartige Neoantigen-Vakzinierung verwendet werden. Um eine möglichst starke T-Zell Immunantwort zu induzieren, wird zunächst die Peptidsequenz häufig vorkommender KRAS Mutationen mittels computerbasierter Algorithmen für eine möglichst starke MHC-Bindung in silico optimiert (sog. „heteroklitische Peptide“). Diese bindungsoptimierten Peptidepitope werden dann in von uns entwickelten heterologen Vakzinierungen getestet. Die Grundlage für diese heterologen Vakzinierungen ist die Verwendung einer schwach immunogenen primären Immunisierung mit einer stark inflammatorischen sekundären Immunisierung (z. B. in der Form von agonistischen costimulatorischen Antikörpern oder bakteriellen Vektoren). Die Wirksamkeit der Vakzine wird in humanisierten, HLA-A2 oder HLA-A11 transgenen Mäusen unter Verwendung eines praxisnahen Pankreasmodells getestet werden, bei dem autochthone Pankreastumore mittels Elektroporation im Transposonmodell induziert werden.
Lunge + Atemwege
Prof. Dr. rer. nat. Stefan Gaubatz
Mitotische Kinesine und Protein der zentralen Spindel als neue therapeutische Ziele für nicht-kleinzellige Lungenkazinome (2)
Das nicht-kleinzellige Lungenkarzinom zählt zu den prognostisch ungünstigsten Tumoren. Das Ziel des Projektes ist zu untersuchen, ob mitotische Kinesine neue Angriffspunkte für die Therapie von Lungentumoren darstellen. In der aktuellen Förderperiode konnten wir zeigen, dass der konservierte Myb-MuvB (MMB)-Multiproteinkomplex die Expression mehrerer mitotischer Kinesine in Tumorzellen reguliert. Weiterhin konnten wir zeigen, dass das Wachstum und Überleben von Lungentumorzellen von bestimmten mitotischen Kinesinen und Proteinen der zentralen Spindel abhängt und dass das Kinesin KIF23 außerdem für die Tumorentstehung in einem K-RAS abhängigen Mausmodell in vivo erforderlich ist. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse möchten wir in der nächsten Förderperiode mit Hilfe von Lungenkarzinomzelllinien und im Mausmodell untersuchen, ob die Proliferation und Tumorentstehung von weiteren durch MMB-regulierten Kinesinen abhängt. Außerdem werden wir untersuchen, von welchen Faktoren die Induktion der Apoptose nach Hemmung der Kinesine abhängt. Schließlich werden wir untersuchen, ob nicht-mitotische Funktionen der Kinesine und Proteine der zentralen Spindel zur Tumorentstehung beitragen.
Nervensystem + Sinnesorgane
Prof. Dr. med. habil. Nils Cordes
Proteine der fokalen Adhäsionen für Therapieresistenz und Invasion von Glioblastomstammzellen: Identifizierung, molekulare Wirkmechanismen und spezifische Hemmung
Das Glioblastom ist durch Radiochemoresistenz und diffus infiltrierendes Wachstum gekennzeichnet. Zur Therapieoptimierung und -individualisierung ist ein detailliertes Verständnis der molekularen Mechanismen notwendig. In Vorarbeiten konnten wir sowohl Radiochemosensibilisierung als auch Invasionsblockierung durch eine beta1 Integrin/c-Jun N-terminale Kinase (JNK) Doppelhemmung in Glioblastomzellen in-vitro und in-vivo zeigen. Hierauf aufbauend soll in dem beantragten Fortsetzungsprojekt die Funktion weiterer fokaler Adhäsionsproteine für Therapieresistenz und Invasion untersucht werden. Mittels RNA-Interferenz-Hochdurchsatz-Screenings für 117 Kandidatengene werden Strahlensensibilisierung und Migration von Glioblastomstammzellen in Kombination mit Temozolomid/Strahlentherapie bestimmt. Für das vielversprechendste Gen folgt die Aufklärung der zugrundeliegenden Mechanismen sowie ein spezifisches molekulares Targeting in-vitro und in-vivo. Die Aufklärung der Funktion von Proteinen der fokalen Adhäsionen unter Radiochemotherapie lässt neue Einblicke in Resistenz- und Invasionsprozesse sowie die Identifizierung neuer potentieller Therapiestrategien für das Glioblastom erwarten.
Prof. Dr. med. Peter W. Reeh
Weiterentwicklung des gezielten (Schmerz-)Therapieansatzes bei Krebs mit einer Kombination aus Lokalanästhetikum und Transient Receptor Potential (TRP)-Aktivatoren (2)
Die zuvor etablierte gezielte, nebenwirkungsfreie Schmerztherapiemethode bei Krebs wird in mehrfache Richtung weiterentwickelt. Unerwartete, in den bisherigen Arbeiten aufgeklärte Eigenwirkungen des Lokalanästhetikums QX-314 erfordern nun, ein "therapeutisches Fenster" zu ermitteln, in dem QX-314 sich nicht selbst Zugang zum Inneren der Nervenfasern verschaffen und sie blockieren kann, sondern auf bestimmte natürliche oder körpereigene Stoffe (im Tumormilieu) angewiesen ist, die ihm spezielle Ionenkanäle öffnen. Alternativ soll das neuartige QAQ erforscht werden, das ebenfalls nur durch die Kanäle und mit Hilfe von Pfortenöffnern in die Nerven gelangen kann, darüber hinaus aber lichtaktivierbar und -inaktivierbar ist. Damit erscheint QAQ auch geeignet für die Schmerzstillung bei der Photodynamischen Therapie von Hautkrebs. Des Weiteren wird ein neuer Ionenkanal zur selektiven Einschleusung der Blocker erforscht, der Rezeptorkanal für Menthol TRPM8. Hiermit könnte die schmerzhafte Kälteüberempfindlichkeit nach Chemotherapien bekämpft werden. Vorstellbar ist sogar, TRPM8 zur gezielten Anreicherung von Chemotherapeutika in Krebszellen zu nutzen, wofür die Untersuchungen mit Lokalanästhetika an tierischen Gewebe- und Zellkulturpräparaten ex vivo als Modell dienen würden.
Niere + Harnwege
Dr. rer. nat. Michaela Jung
Einfluss des Makrophagen-sezernierten Eisentransportproteins Lipocalin-2 (Lcn-2) in der Pathogenese des klarzelligen Nierenzellkarzinoms
TAM tragen im Tumor-Mikrokompartiment entscheidend zur Tumorprogression bei. Eigene Arbeiten belegen, dass TAM durch die Interaktion mit Tumorzellen das Eisentransportprotein Lcn-2 freisetzen. Erhöhte Lcn-2 Spiegel in Tumoren sind zudem mit einer schlechten Prognose für Krebspatienten assoziiert. Wir gehen von der Hypothese aus, dass dies zumindest teilweise auf die Eisen-transportierende Funktion von Lcn-2 zurückzuführen ist. Wir glauben, dass es durch die Ausschaltung des Lcn-2 Rezeptors auf Tumorzellen sowie der Hemmung der Lcn-2-Freisetzung aus TAM zur verminderten Tumorprogression kommt. Experimentell nutzen wir hierfür ein orthotopes, syngenes Nierenzellkarzinommodell. Ziel ist es, durch die Implantierung von Wildtyp-Tumorzellen in Makrophagen-spezifische Lcn-2-/- -Mäuse sowie der Implantierung von CRISPR/Cas9-vermittelten, Lcn-2-Rezeptor-Knockout Zellen in Wildtyp-Mäuse eine Hemmung des Tumorwachstums herbeizuführen. Zudem charakterisieren wir Lcn-2 und dessen Rezeptor in primären Patientenproben als bisher noch nicht beschriebene prognostische Marker im klarzelligen Nierenzellkarzinom, um neue Zielstrukturen zur Entwicklung innovativer Tumortherapieansätze zu validieren.
2016
Brustdrüse
Prof. Dr. med. Matthias Dobbelstein
Synthetische Letalität in Brust-Tumorzellen durch Inaktivierung der Ubiquitinligase Mdm2 und des Polycomb Repressor Komplex
Bisher führte man die onkogene Wirkung des Mdm2-Onkoproteins überwiegend auf die Inaktivierung des Tumorsuppressors p53 zurück. In unseren Vorarbeiten fanden wir jedoch, dass Mdm2 auch unabhängig von p53 zu malignem Zellwachstum beiträgt (Wienken et al., Mol Cell 2016). Tumorzellen ohne p53 verlieren durch Mdm2-Entfernung (Depletion) einen großen Teil ihrer Fähigkeit zur Proliferation. Weitere Untersuchungen zeigten, dass Mdm2 zum Erhalt eines Stammzell-Phänotyps beiträgt. Dies führen wir darauf zurück, dass Mdm2 mit Proteinen der „Polycomb Group family“ assoziiert und zur Ubiquitinierung von Histonen beiträgt. In der gleichzeitigen Abwesenheit von Mdm2 und der Histon-Ubiquitinligase Ring1B dysregulierten die Zellen polycomb-gesteuerte Gene und starben zu einem großen Teil. Dieses Phänomen einer synthetischen Letalität zwischen Mdm2 und Histon-Ubiquitinligasen soll nun mechanistisch geklärt und hinsichtlich seiner Folgen untersucht werden. Diese Untersuchungen werden auf Zellen des Mammakarzinoms fokussiert. Wir werden versuchen, die genannten Targets durch kleinmolekulare Verbindungen zu inaktivieren, um dadurch malignes Zellwachstum zu verhindern.
Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Johannes Eble
Endothelzell-induzierte Expression von VE-Cadherin in Brustkrebszellen, seine Funktion und Regulation hinsichtlich Tumor-Endothel-Zellkontakte in Vaskulären Mimikry-Gefäßen
Endothelzellen (EZ) induzieren in Brustkrebszelllinien (MDA-MB-231, MCF-7) die ektopische Expression von EZ-typischem VE-Cadherin. Cadherine gewebsgleicher Zellen interagieren homophil und halten den EZ-Verband dicht zusammen. In ihn integrieren Tumorzellen nach ektopischer VE-Cadherin-Expression. Solche Vaskuläre Mimikry (VM) verschlechtert die Prognose. Dieses Projekt soll 1.) den Mechanismus der EZ-induzierten VE-Cadherin-Expression in Brust¬krebszellen aufklären, 2.) die Funktionalität des VE-Cadherin auf der Tumorzelloberfläche beim Kontakt der gewebsungleichen Tumor- und Endothelzellen charakterisieren, 3.) den Einfluss des gefäßspezifischen Mikromilieus (z. B. Scherkräfte, extrazelluläre Matrix, Wachstumsfaktoren, Hypoxie) auf die Expression und Funktionalität von Tumorzell-VE-Cadherin analysieren, und 4.) translational diese Erkenntnisse in einem in vivo-Tumormodell (Hühnerei-Chorioallantoismembran (CAM)-Modell), anwenden. Die für Radiotherapie typischen Bestrahlungsdosen beeinflussen VM-Gefäße und werden auch untersucht. Die gewonnenen Erkenntnisse helfen den VE-Cadherin-vermittelten Mimikry-Mechanismus von Tumorzellen zu verstehen.
apl.-Prof. Dr. rer. nat. habil. Viktor Magdolen
Klinische Bedeutung und molekularbiologische Untersuchung der miRNA-uPA-System-Aktivierungsachse beim triple-negativen Brustkrebs
Die personalisierte Brustkrebsmedizin hat zum Ziel, Patientinnen eine individualisierte Therapie anzubieten, maßgeschneidert entsprechend den biologischen Eigenschaften des Tumorgewebes. Dies ist leider für die besonders aggressive Brustkrebs-Untergruppe, dem triple-negativen Brustkrebs (TNBC), nicht möglich, da geeignete Krebsbiomarker zur Identifizierung geeigneter Therapeutika fehlen. Ziel des vorliegenden Forschungsprojektes ist es, mittels tumorgewebespezifischer Untersuchungen und begleitender in vitro-Zell-Experimente, neue - durch Tumorzellen der TNBC-Patientinnen exprimierte - miRNA-basierte Biomarker des miRNA-uPA-Systems zu identifizieren. Diese miRNAs, welche die Expression der Protease uPA, ihres Rezeptors uPA-R, ihres Inhibitors PAI-1 und/oder pro-uPA-aktivierender Proteasen bereits auf der Genebene durch Interaktion mit deren mRNAs modulieren können, werden auf ihre klinische Wertigkeit als neue prognostische bzw. prädiktive Krebsbiomarker für die Beschreibung des klinischen Verlaufes der TNBC-Erkrankung sowie des Ansprechens auf Krebstherapeutika untersucht, mit der Aussicht auf neue, individuelle therapeutische Interventionsmöglichkeiten.
PD Dr. phil. nat. Heidi Schwarzenbach
Fraktionierung von Tumor-assoziierten und normalen Exosomen mit anschließender Charakterisierung der exosomalen und zellfreien mikroRNAs
Abgesehen von ihrer Ausschüttung durch apoptotische und nekrotische Zellen, können miRNAs auch aktiv in den Blutkreislauf durch Exosomen sezerniert werden. Exosomale miRNAs spielen eine wichtige Rolle in der Zell-zu-Zell-Kommunikation. Exosomen können Zell-unabhängige miRNA-Biogenese durchführen und normale, gutartige Epithelzellen stimulieren, Tumore zu bilden. In unserem Forschungsprojekt planen wir, eine Methode zu etablieren, um aus einer Plasmaprobe Tumor-assoziierte und „normale“ (Wild-Typ) Exosomen wie auch zellfreie miRNAs zu fraktionieren. Bisher wurde eine solche Methode noch nicht etabliert, was dringend erforderlich ist. Mithilfe von TaqMan PCR Low Density Array Cards werden wir das miRNA-Profil in den beiden Exosomen-Fraktionen und der Fraktion der zellfreien miRNAs untersuchen und vergleichen. Unsere Analysen sollen die Herkunft der miRNAs im Blut und ihren potenziellen Einfluss auf Zielzellen aufzeigen, wie auch untersuchen, welche Fraktion sich als diagnostischer Marker für das Mammakarzinom eignen könnte. Dies soll sowohl ein besseres Verständnis der Biologie der Metastasierung als auch die Entwicklung prädiktiver und prognostischer Marker erlauben.
Endokrines System
Prof. Dr. med. Martin Röcken
Th1 Zytokin-vermittelte Effekte auf die Zelldifferenzierung und die „Epitheliale-Mesenchymale Transition“ während der Tumorprogression (3)
Während der letzten beiden Förderperioden konnten wir die Immunsystem-vermittelte Tumorkontrolle näher charakterisieren. Durch den Einsatz Tumor-spezifischer T-Helferzellen vom Typ 1 und durch die direkte Gabe von Interferon-γ (IFN-γ) und Tumornekrosefaktor (TNF), haben wir Möglichkeiten der Tumorüberwachung gefunden, die auf der Einleitung eines dauerhaften Wachstumsarrests der Krebszellen beruhen. Das Konzept der Zytokin-induzierten Seneszenz wurde zudem in anderen Modellsystemen als Mechanismus der Tumor Dormancy bestätigt. Auch gelang die teilweise Übertragung der Ergebnisse auf immuntherapeutische Bedingungen beim Menschen. Weiterhin konnten wir erste Daten über den Zusammenhang zwischen der Seneszenzinduktion und der Aufrechterhaltung der Differenzierung in Tumorzellen veröffentlichen. Nach wie vor offen bleiben die molekularen Signalwege, die nach Stimulation der Zytokinrezeptoren die Differenzierungs- bzw. Entdifferenzierungsschritte, wie die Epitheliale-Mesenchymale Transition (EMT), beeinflussen. Mit den RIP1-Tag2xStat1-/--Mäusen steht uns hier ein Modell zur Verfügung, um die Zytokin-induzierten Effekte auf die Differenzierung und den EMT spezifisch zu analysieren.
Gastrointestinaltrakt, Mundhöhle + Speicheldrüsen
PD Dr. med. David Anz
Der CCL22-CCR4-Signalweg als therapeutisches Target zur Immuntherapie des Pankreaskarzinoms
Das duktale Adenokarzinom des Pankreas ist eine der prognostisch ungünstigsten Krebserkrankungen. Einen erfolgversprechenden Therapieansatz stellen Immuntherapien dar, deren Wirksamkeit durch die vom Tumorgewebe ausgehende Immunsuppression stark limitiert wird. Ein wesentliches Element dieser Suppression sind regulatorische T-Zellen (Treg), die in der Lage sind Immunantworten zu inhibieren. Unsere Vorarbeiten haben gezeigt, dass die Aktivität von Treg entscheidend von dem Chemokin CCL22 und dessen Rezeptor CCR4 abhängig ist. Ziel des vorliegenden Projektes ist daher die Evaluierung von CCL22 und CCR4 als Zielstruktur für die Immuntherapie des Pankreaskarzinoms. Dies wird an orthotop implantierten Tumoren in CCL22- und CCR4-Knockout-Mäusen sowie an einem spontanen Mausmodell des Pankreaskarzinoms mit einer großen Ähnlichkeit zur humanen Erkrankung untersucht. Darüber hinaus werden übergeordnete Regulationsmechanismen analysiert, um weitere Ansatzpunkte zur Beeinflussung CCL22-abhängiger Signalwege zu identifizieren. Die Ergebnisse dieses Projekts sollen die Grundlage für eine therapeutische Strategie zur Durchbrechung der Immunsuppression beim Pankreaskarzinom bilden.
Prof. Dr. Jürgen Behrens
Rolle von Amer1 bei der kolorektalen Tumorigenese
Kolorektaler Krebs gehört hinsichtlich der genetischen Veränderungen, die zur Tumorinitiation und-progression führen, zu den am besten untersuchten Tumorarten. Amer1/WTX, ein negativer Regulator des Wnt Signalwegs, ist in kolorektalen Tumoren in einem signifikanten Ausmaß (~10% der Fälle) mutiert. Allerdings sind die Auswirkungen dieser Mutationen weitgehend unbekannt. Im vorliegenden Antrag soll die Rolle der Amer1 Mutationen für die Entstehung und Progression des kolorektalen Karzinoms mittels „gain“ und „loss of function“ Ansätzen untersucht werden. Dazu werden zum einen kolorektale Tumorzelllinien in denen Amer1 wiedereingebracht bzw. mutiert wurde auf tumorigene Parameter wie Zellwachstum, Apoptose, Wanderung, Wachstum in Nacktmäusen sowie Veränderungen in der Signaltransduktion untersucht, zum anderen wird Amer1 im Darm von Mäusen mutiert und Konsequenzen für das Tumorwachstum in APCmin Mäusen untersucht. Diese Studie stellt die erste systematische Analyse der Rolle von Amer1 im Tumorgeschehen dar.
PD Dr. phil. nat. Dr. med. habil. Angela Brieger
Untersuchung und Spezifizierung der Ubiquitin-vermittelten Regulation von MutLα
Mutationen in DNA-Mismatch-Reparatur(MMR)-Proteinen sind für die Entstehung des Lynch-Syndroms, der häufigsten Form von erblichem Darmkrebs, verantwortlich. Über 50% der Mutationen finden sich im MMR-Protein MLH1, das mit PMS2 als Heterodimer MutLα im MMR-Prozess aktiv ist. Die Mutationen führen dabei häufig nicht zum Funktionsverlust von MLH1, sondern zu einer erhöhten Instabilität. In Vorarbeiten konnten wir zeigen, dass die Stabilität des MutLα-Komplexes über Ubiquitin reguliert wird und instabile MLH1-Varianten mittels Proteasomeninhibitoren stabilisiert werden können. Im Rahmen des beantragten Projektes soll nun die Ubiquitin-abhängige Regulation der MutLα- Stabilisierung detailliert in vitro analysiert werden. Zudem wollen wir untersuchen, ob durch eine Stabilisierung von pathogen relevanten MLH1-Varianten mittels Proteasomeninhibitoren die Chemotherapieresistenz von MMR-defizienten Kolontumoren überwunden werden kann. Da Proteasomeninhibitoren, wie Bortezomib, bereits klinisch zugelassen sind und erfolgreich in der Therapie hämatopoetischer Tumore eingesetzt werden, könnte der Einsatz solcher Inhibitoren schnell in die Therapie von Lynch-Syndrom Patienten eingeführt werden.
Dr. rer. nat. Jörg Fahrer
Untersuchung der synergistischen Wirkung von α-Liponsäure und dessen Derivat CPI-613 mit Zytostatika im Zell- und Mausmodell der kolorektalen Karzinogenese
Dickdarmkrebs (kolorektales Karzinom) ist eine häufig auftretende Krebserkrankung, bei welcher die adjuvante Chemotherapie eine wichtige Therapiesäule darstellt. Trotz verbesserter Therapiemodalitäten ist die 5-Jahresüberlebensrate gering, weshalb neue Ansätze benötigt werden. Aktuelle Studien haben gezeigt, dass die natürlich vorkommende Verbindung α-Liponsäure (LA) und dessen Derivat CPI-613 antitumorigene Eigenschaften besitzen und präferentiell in Tumorzellen Zelltod auslösen, ohne selbst genotoxisch zu sein. Aufbauend auf unseren Befunden ist in diesem Antrag geplant, die zytotoxische Wirkung von LA bzw. CPI-613 in Kombination mit den Zytostatika 5-Fluorouracil oder Irinotecan in einem Panel von kolorektalen Karzinomzellen zu testen und mit humanen Kolonepithelzellen zu vergleichen. Im zweiten Projektabschnitt sollen die in vitro Ergebnisse auf ein Xenograft-Mausmodell mit HCT116-Zellen (MSI) und HT29-Zellen (MSS) übertragen werden. Schließlich ist vorgesehen, die therapeutische Wirksamkeit der Kombinationsbehandlung in einem etablierten Mausmodell der kolorektalen Karzinogenese, dem Azoxymethan/Dextransodiumsulfat-Modell, mittels non-invasiver Mini-Endoskopie zu überprüfen.
Prof. Dr. rer. nat. Ingrid Hoffmann
Funktion des Proteins MISP bei der Zellteilung und dessen Validierung als neuen prognostischen Marker beim kolorektalen Karzinom (2)
Durch die Einführung von neuen Therapeutika haben sich mögliche Biomarker beim kolorektalen Karzinom in der Therapieauswahl, der Abwägung von Nebenwirkungsprofilen und der Beurteilung von Prognose und Überleben als wichtiger Bestandteil bislang nur teilweise etablieren können. Um den Patienten eine effektive personalisierte Therapie anbieten zu können, ist die Identifizierung und Charakterisierung von prognostischen Markern bedeutsam. In dem geplanten Vorhaben sollen das in meiner Arbeitsgruppe identifizierte Protein MISP sowie Ezrin, ein kürzlich im Rahmen der ersten Förderperiode identifizierter neuer Bindepartner von MISP, im Hinblick auf einen möglichen Einsatz als neue prognostische bzw. prädikative Marker beim kolorektalen Karzinom charakterisiert werden. Weiterhin soll die funktionelle Interaktion zwischen MISP und Ezrin genauer untersucht werden.
PD Dr. Matthias Kloor
Nicht-polypöse kolorektale Tumorvorstufen beim Lynch-Syndrom
Regelmäßige Koloskopie ist die effektivste Methode zur Prävention kolorektaler Karzinome beim Lynch-Syndrom. Trotz regelmäßiger Koloskopie entwickelt sich beim Lynch-Syndrom eine substanzielle Zahl von kolorektalen Karzinomen. Dies legt nahe, dass sich nicht alle Lynch-Syndrom-assoziierten Karzinome aus endoskopisch detektierbaren Vorläufern entwickeln. Wir haben vor kurzem eine neuartige, nicht-polypöse Vorläuferläsion entdeckt, den sog. Mismatch-Reparatur (MMR)-defizienten Kryptenfocus, welche die Ursache für Intervallkarzinome beim Lynch-Syndrom sein könnten. Im vorliegenden Projektantrag planen wir eine systematische Mutations-Analyse der MMR defizienten Kryptenfoci sowie nicht-polypöser Lynch Syndrom-assoziierter Tumoren. Ziel ist es, „Driver“-Mutationen zu identifizieren, welche der Entwicklung von Karzinomen aus endoskopisch unsichtbaren Vorläufern zugrunde liegen. Zusätzlich sollen Veränderungen der Immunzellinfiltration in nicht-polypösen präkanzerösen Läsionen und Karzinomen untersucht werden. Die Ergebnisse sollen fundamentale neue Informationen zur kolorektalen Karzinogenese liefern und die Basis für neue Ansätze zur Prävention des kolorektalen Karzinoms bereiten.
Prof. Dr. rer. nat. habil. Oliver Holger Krämer
Korrektur metastatischer Gensignaturen durch epigenetische Medikamente (3)
Der epigenetische Regulator HDAC2 ist in Tumoren häufig überexprimiert und trägt zu aberranten Genexpressionsmustern bei. Unsere Daten zeigen, dass die Modifikation von HDAC2 mit dem Modulatorprotein SUMO den Tumorsuppressor p53 inaktiviert und den Tumorpromoter NF-κB aktiviert. Weiter haben wir in globalen Proteom- und RNA-Analysen mit Pankreas- und Kolonkarzinomzellen gefunden, dass HDAC2 für die Metastasierung, DNA Reparatur und Chromatinstruktur wichtige Faktoren in vitro und in vivo moduliert. Dies schützt Krebszellen vor klinisch relevanten Chemotherapeutika. HDAC2 und seine Modifikationen können somit innovative therapeutische Ziele sein. Unsere Ergebnisse zeigen zusätzlich, dass HDAC Inhibitoren über das Enzym UBCH8 und Lysosomen/Autophagosomen das für Stammzellen typische Oberflächenprotein CD44 reduzieren. Außerdem konnten wir ein neues Signalmodul entdecken. Dieses geht von der für die Migration und das Überleben von Krebszellen wichtigen Kinase ACK1 aus und betrifft die tumorrelevanten Transkriptionsfaktoren STAT1/STAT3. Wir wollen die Funktionen dieser Faktoren besser charakterisieren, um neue molekulare Mechanismen und Implikationen für Therapieoptionen zu definieren.
PhD Sonja Lorenz
Untersuchung der Regulation der Ubiquitinligase HUWE1 durch den Tumorsuppressor p14ARF, um HUWE1 einem rationalen Wirkstoffdesign zur Therapie kolorektaler Karzinome zugänglich zu machen
Die Ubiquitinligase HUWE1 spielt eine Schlüsselrolle in humanen kolorektalen Tumoren, wo sie die durch das Onkoprotein MYC vermittelte Zellhyperproliferation stimuliert. HUWE1 ist ein wichtiges therapeutisches Zielprotein, jedoch gibt es keine spezifischen, als pharmakologische Leitstrukturen dienliche Inhibitoren. Der Tumorsuppressor p14ARF bindet an HUWE1 und hemmt dessen Aktivität auf unbekannte Weise. Wir konnten zeigen, dass die Bindung an p14ARF von einer HUWE1-Region unbekannter Struktur abhängt, die mit der katalytischen Domäne strukturell gekoppelt ist und Mutationen in Darmkrebszellen aufweist. Wir werden die Struktur der relevanten HUWE1-Region allein und im Komplex mit p14ARF aufklären, um Hotspots für rationale Wirkstoffentwicklung zu identifizieren und funktionell zu charakterisieren. Vielversprechend werden p14ARF-Mimetika sein, welche die tumorsuppressive Funktion von p14ARF in Krebszellen ersetzen, wenn p14ARF herabreguliert ist, sowie Wirkstoffe, die den p14ARF-HUWE1-Komplex bzw. einen inhibierten HUWE1-Zustand stabilisieren. Da p14ARF in Krebszellen, nicht aber in normalem Gewebe nachweisbar ist, sollten diese Strategien spezifisch für die Tumortherapie sein.
Prof. Dr. Siavosh Mahboobi
Neue Wege der Inhibition von MYC im Pankreaskarzinom
Zielgerichtete Therapeutika haben bisher beim Pankreaskarzinom weitgehend versagt. Der onkogene Transkriptionsfaktor MYC ist ein essentieller und nicht-redundanter Knotenpunkt der von mutierten Kras getriebenen Signaltransduktion im Pankreaskarzinom. Damit ist MYC eine einzigartige therapeutische Zielstruktur. MYC gilt aber bisher als „undruggable“, und direkte, spezifische und potente Inhibitoren sind bisher nicht in der klinischen Anwendung. In diesem interdisziplinären Projekt soll über eine neue und innovative Methode zur Inhibition relevanter Zielstrukturen Lead-Compounds für potente und direkte MYC Inhibitoren entwickelt werden. Die Wirkweise soll am Beispiel von präklinischen Modellen für das Pankreaskarzinom untersucht und verstanden werden. Hierbei sollen auch prädiktive Marker, die ein Ansprechen auf einen potenten MYC Inhibitor anzeigen, gefunden werden. Abschließend sollen die Wirksamkeit in neuen humanen Modellsystemen für das Pankreaskarzinom überprüft und die erarbeiteten molekularen Erkenntnisse validiert werden. Wir erhoffen, hier den Grundstein für effektive zukünftige Therapien zu legen.
Prof. Dr. Martin Müller
Protektiver Papillomavirus Impfstoff mit breitem Wirkungsspektrum (2)
Das Zervixkarzinom ist weltweit die vierthäufigste Krebserkrankung bei Frauen und ist fast immer mit Infektion von humanen Papillomaviren (HPV) assoziiert. Es besteht Bedarf an alternativen Impfstoffen der 2. und 3. Generation. Das HPV L2 Protein bietet die Möglichkeit, eine kreuzprotektive Immunantwort gegen viele HPV zu induzieren, zeigt jedoch eine geringe Immunogenität, so dass L2 Epitope zwingend einen Träger (‚scaffold‘) zur Präsentation erfordern. Dazu verwenden wir Thioredoxin (Trx), in welches wir Epitope von HPV L2 Proteinen einsetzen. Die Entwicklung dieses Impfstoffs wurde u. a. von der Sanderstiftung ermöglicht. In dem vorliegenden Antrag planen wir den Impfstoff auf therapeutische Wirkung zu erweitern, um auch solche Frauen zu erreichen, die bereits mit den HPV infiziert sind. Hierzu werden relevante T-Zell Epitope in das Impfstoffantigen eingefügt. Vorarbeiten zeigen, dass das Impfantigen für therapeutische Vakzinierung geeignet ist. Die Förderung soll uns eine systematische Weiterentwicklung der Impfstoffkandidaten ermöglichen.
Prof. Dr. rer. nat. Elke Pogge von Strandmann
Die Bedeutung von NKp30 und NKp30-Liganden für die immunologische Kontrolle von Tumoren: Neue Targets für die Immuntherapie?
Natürliche Killer (NK)-Zellen sind für die immunologische Kontrolle von Tumoren von entscheidender Bedeutung. Die Funktion von NK-Zellen ist bei vielen Patienten eingeschränkt und die Ergebnisse NK-Zell-basierter Immuntherapien sind insgesamt enttäuschend. Dies wird häufig auf Tumor-assoziierte Immune Escape Mechanismen zurückgeführt. Hier soll die Rolle des wichtigen zytotoxischen Rezeptors NKp30 mit seinen Liganden B7-H6 und BAG6 für die NK-Zell-basierte anti-Tumor-Immunantwort untersucht werden. Tumorzellen exprimieren die Liganden als Oberflächenmoleküle und sezernieren sie als lösliche Faktoren oder in Assoziation mit Exosomen. Wir nehmen an, dass diese unterschiedlichen Liganden die Aktivität von NK-Zellen entweder aktivieren oder inhibieren. Um ihre prognostische Bedeutung zu erfassen, werden zunächst Konzentration und Format im Serum/Plasma von Tumorpatienten bestimmt und mit klinischen Parametern korreliert. Darüber hinaus sollen die molekularen Mechanismen untersucht werden, die die Regulation von NK-Zellfunktionen durch NKp30-Liganden und ihre Formate steuern. Ziel des Projekts ist es, die NKp30-Liganden als Biomarker und als Target neuer Therapien zu evaluieren.
Dr. rer. nat. Katrin Tagscherer
Mechanismen der Invasion und Metastasierung im kolorektalen Karzinom: funktionelle Bedeutung des PEA-15 Proteins
Darmkrebs ist die weltweit zweithäufigste Tumorart und weist aufgrund der Metastasierung eine hohe Mortalität auf. Bislang sind die Mechanismen, die zur Entwicklung von Metastasen beitragen, weitgehend ungeklärt. Daher ist ein genaueres Verständnis des komplexen Metastasierungsprozesses für eine verbesserte Diagnose und Therapie von Darmkrebs notwendig. Unsere bisherigen Analysen zeigten, dass die Expression des Phosphoproteins PEA-15 mit der Überlebenszeit von Patienten mit Darmkrebs, der Invasionstiefe des Tumors und dem Vorhandensein von Lymphknotenmetastasen assoziiert ist. Wir konnten PEA-15 als einen zentralen Regulator der Zelltodresistenz und Invasivität identifizieren. Basierend auf diesen Daten wollen wir die Regulationsmechanismen der Invasion und Metastasierung von Darmkrebszellen durch PEA-15 untersuchen. Zudem wird die Expression von PEA-15 im Primärtumorgewebe und in Metastasen vergleichend analysiert. In einem orthotopen Tiermodel wird der komplexe Mechanismus der Metastasierung in Abhängigkeit von PEA-15 in vivo evaluiert.
Genitaltrakt, männlich
PD Dr. rer. nat. Gazanfer Belge
Evaluation der microRNA miR-371a-3p als neuartiger Serum-Biomarker für Patienten mit Keimzelltumoren des Hodens (2)
Die klinische Behandlung der Hodentumoren wird wesentlich geleitet durch das Monitoring der Serum-Konzentrationen der etablierten Tumormarker AFP und bHCG. Diese Biomarker sind jedoch nur bei etwa 50-60 % aller Keimzelltumoren erhöht. Daher besteht ein großer Bedarf an zuverlässigeren Tumormarkern. microRNAs (miRNAs) sind eine Klasse von RNA-Molekülen, die eine hohe Spezifität für bestimmte Tumoren aufweisen und von den Tumorzellen ins Blut sezerniert werden. Die miRNA miR-371a-3p ist spezifisch für Keimzelltumoren des Hodens. Während der zurückliegenden Förderperiode wurde die miR-371a-3p-Expression im Serum von 166 Hodentumorpatienten bestimmt und mit der von 106 Kontrollen verglichen. Der Biomarker ist hochsensitiv und -spezifisch und soll in der jetzigen Förderperiode im Rahmen einer multizentrischen prospektiven klinischen Studie an einer hohen Zahl von Serumproben, vor allem von Patienten mit Metastasen, validiert werden. Ziel der Studie ist es, durch die Messung der Serumspiegel der miR-371a-3p und durch Korrelation der Messergebnisse mit klinischen Parametern einen neuen aussagekräftigen Serum-Tumormarker zur Diagnose und Verlaufskontrolle von Keimzelltumoren zu etablieren.
PD Dr. med. Felix Bremmer
Identifizierung neuer therapeutischer Zielgene in Cisplatin resistenten Keimzelltumoren
Der gute Therapieerfolg maligner Keimzelltumoren (GCT) wird durch einen kleinen Prozentsatz therapieresistenter GCT mit sehr schlechter Prognose beeinträchtigt. Daher kommt dem Verständnis der Therapieresistenz und ihrer Überwindung eine entscheidende Bedeutung zu. Unsere Vorarbeiten und die aktuelle Literatur deuten darauf hin, dass Kinasen eine wichtige Rolle bei der Resistenzentwicklung der GCT spielen könnten. Diese Rolle soll im vorliegenden Forschungsprojekt mittels funktionellen Analysen an GCT-Zelllinien untersucht werden. Angestrebt wird: (I) Mit Hilfe eines Tyrosin- und Serin/Threonin-Kinase PamChip® Arrays soll die Aktivität von Kinasen in verschiedenen Signalwegen „nativer“ und Cisplatin-resistenter GCT-Zelllinien untersucht werden. Ziel ist es, mögliche Kandidatenproteine für die Therapieresistenz zu identifizieren. (II) Funktionelle Testung der identifizierten Kandidatengene in den Zelllinien durch gezielte Manipulation mit siRNAs und pharmakologischen Inhibitoren. (III) Verifizierung der differentiell exprimierten Kandidatenproteine an Paraffin asservierten Patientenproben Therapie-sensibler und Therapie-resistenter GCT und deren Metastasen.
Prof. Dr. med. Stefan Duensing
Etablierung einer innovativen und flexiblen Data Mining Plattform für die uroonkologische Forschung
In den letzten Jahren ist es zu einer exponentiellen Zunahme Patienten-assoziierter Daten in der Onkologie gekommen. Gleichzeitig ist die Entwicklung neuer prognostischer und prädiktiver Marker für viele Tumorentitäten, einschließlich urologischer Tumoren, insgesamt als stagnierend anzusehen. Beispiele aus dem Bereich der Uroonkologie sind das Prostatakarzinom und das Nierenzellkarzinom, bei denen sich weder das Rezidivrisiko noch das therapeutische Ansprechen mit ausreichend hoher Präzision vorhersagen lassen. Diese Situation verdeutlicht, dass innovative Ansätze für die Entwicklung neuer prädiktiver und prognostischer Parameter basierend auf existierenden großen Datenbanken mit qualitativ hochwertiger klinischer Annotation und unter Integration neuartiger Biomarker dringend erforderlich ist. Das Ziel des vorliegenden Antrags ist daher die Bereitstellung einer zukunftsfähigen EDV-Infrastruktur für eine verbesserte Integration von Patienten-assoziierten Daten und neuen Biomarkern, um so auf der Grundlage der am Standort vorhandenen Ressourcen Durchbrüche bei der Prognose und Prädiktion uroonkologischer Erkrankungen zu erzielen.
Prof. Dr. rer. nat. Hubert Schorle
Die Redundanz der Transkriptionsfaktoren SOX17 und SOX2 in der Regulation der Pluripotenz von Seminomen und Embryonalen Karzinomen
Der Transkriptionsfaktor SOX2 reguliert in Kooperation mit NANOG und OCT3/4 die Pluripotenz. Embryonale Karzinome (EK), eine Keimzelltumorentität, sind pluripotent und exprimieren SOX2. Im Gegensatz dazu kann in Seminomen, einer weiteren Keimzelltumorentität, SOX2 nicht detektiert werden, obwohl diese Zellen ihren undifferenzierten Status aufrecht erhalten können und die Pluripotenzmarker NANOG und OCT3/4 exprimieren. Seminome exprimieren jedoch SOX17 anstatt SOX2. Wir vermuten daher eine Redundanz zwischen SOX2 und SOX17 im Rahmen der Pluripotenzregulation humaner Keimzelltumoren. Zur Überprüfung dieser Hypothese sollen mittels ChIP-Seq-Analysen Bindepartner beider Transkriptionsfaktoren in einer EK-Zelllinie (2102EP, SOX2+/SOX17-) und einer Seminom-Zelllinie (TCam-2, SOX17+/SOX2-) erfasst und verglichen werden. Zudem können TCam-2-Zellen in vivo in ein EK reprogrammiert werden. Dabei wird SOX2 induziert und SOX17 reprimiert. Diese Dynamik soll ebenfalls mittels ChIP-Seq untersucht werden. Dadurch werden die molekularen Mechanismen der Pluripotenzregulation durch SOX2/SOX17 in Keimzelltumoren detailliert aufgeklärt und das Verständnis der Keimzelltumorpathogenese erweitert.
Dr. rer. nat. Sven Wach
Die funktionelle Relevanz der miRNAs miR-375 und miR-141 für die Progression und Therapie des Prostatakarzinoms
Die Therapie des progredienten Prostatakarzinoms (PCa) stellt eine große Herausforderung dar. Entscheidende Schritte bei der Progression sind die Transition zu Androgen-unabhängigem Wachstum und die Entwicklung von Chemotherapeutika-Resistenzen, welche über die Aktivierung von PI3K/AKT-abhängigen Signalwegen erfolgen können. Wir postulieren, dass die mikroRNAs miR-375 und miR-141 durch Regulation der Phosphatasen PTEN und PHLPP1/2 ein Androgen-unabhängiges Wachstum begünstigen und die Resistenz gegenüber Chemotherapeutika erhöhen. In vitro werden wir miR-141 und miR-375 durch Nanopartikel-verpackte miRNA-Inhibitoren hemmen. In Kombination mit klinisch eingesetzten Antiandrogenen und Chemotherapeutika werden zelluläre und molekulare Effekte analysiert. In präklinischen in vivo Mausmodellen wird die klinisch relevante Situation der Kombination von miRNA-Inhibitoren und Chemotherapeutika untersucht. Die Ko-Expression von miR-375, miR-141, sowie ihrer Zielgene PTEN und PHLPP1/2 in PCa Geweben wird über simultane miRNA in situ Hybridisierung und Immunfluoreszenz analysiert. Wir erwarten, hierdurch neue, ergänzende Therapiestrategien beim PCa vorschlagen zu können.
PD Dr. rer. nat. Philipp Wolf
Der intrinsische Apoptoseweg als therapeutisches Target beim fortgeschrittenen Prostatakarzinom
Wir konnten ein Immuntoxin herstellen, das aus einem Antikörperfragment gegen das Prostataspezifische Membranantigen (PSMA) als Bindedomäne und der zytotoxischen Domäne von Pseudomonas Exotoxin A als Toxindomäne besteht. Das Immuntoxin bindet an PSMA auf der Oberfläche von Prostatakrebszellen, wird internalisiert und führt zur Hemmung der Proteinbiosynthese. Wir konnten zeigen, dass das Immuntoxin durch Herunterregulierung des anti-apoptotischen Proteins MCL-1 über den intrinsischen Weg gezielt Apoptose auslöst. Durch Kombination mit dem BH3-Mimetikum ABT-737, welches zusätzlich die anti-apoptotischen Proteine BCL-2, BCL-XL und BCL-W hemmt, wurde eine synergistische Zytotoxizität hervorgerufen. Wir wollen nun die Kombination aus Immuntoxin und ABT-737 auf klinik-relevanten Prostatakrebslinien evaluieren und die ihr zugrunde liegende Apoptose-Auslösung näher untersuchen. Schließlich soll die antitumoröse Wirkung unserer Kombinationstherapie auch im Maus-Modell getestet werden. Die gezielte Auslösung des intrinsischen Apoptosewegs könnte in Zukunft eine therapeutische Alternative beim fortgeschrittenen Prostatakarzinom darstellen, für das es bislang keine Heilung gibt.
Genitaltrakt, weiblich
PD Dr. rer. physiol. Sabine Müller-Brüsselbach
Funktion und therapeutisches Potential Arachidonsäure-regulierter Signalwege in tumorassoziierten Makrophagen beim menschlichen Ovarialkarzinom
Wir möchten einen Schlüsselbefund aus einem z. Zt. von der Wilhelm Sander Stiftung geförderten Projekt weiterverfolgen. Im Rahmen von Transkriptom-Analysen durch RNA-Sequenzierung, der Quantifizierung von Signalmediatoren im Aszites sowie dem Abgleich dieser Daten mit klinischen Verläufen haben wir Arachidonsäure (AA) und deren 5-Lipoxygenase-Metaboliten Leukotrien B4 (LTB4) als Prädiktoren eines frühen Rezidivs von Ovarialkarzinomen identifiziert. Weitere Vorarbeiten legen nahe, dass ein AA 5-Lipoxygenase - LTB4 - x? - p38/CREB Signalweg eine essentielle Rolle bei der protumorigenen Polarisierung von Tumor-assoziierten Makrophagen (TAMs) spielen könnte. Hauptziele des Projekts sind daher (i) Aufklärung der Rolle von AA und LTB4 bei der Regulation biologischer Funktionen von Makrophagen und TAMs, (ii) Identifizierung des durch diese Mediatoren induzierten Signalnetzwerks und Transkriptoms, (iii) Evaluation des Stellenwerts von TAMs relativ zu Tumorzellen innerhalb dieses Signalnetzwerks sowie (iv) Klärung der Frage, ob durch pharmakologische Intervention die fehlerhafte Polarisierung von TAMs in Richtung einer tumorgerichteten Immunantwort revertiert werden kann.
Prof. PhD Ana Zenclussen
Einfluss von Mastzellen und ihren Mediatoren auf das Wachstum und die Entwicklung von Ovarialtumoren
Ovarialkarzinom Patientinnen haben eine 5-Jahres Überlebensrate von 28-43 %. Die Bedeutung von Mastzellen im Ovarialkarzinom ist weitgehend unbekannt. Mastzellen sind und sowohl in der Tumorperipherie, als auch in Tumoren zu finden. Unsere ersten unveröffentlichten Daten zeigen, dass Mastzellen und ihre löslichen Mediatoren eine inhibierende Wirkung auf die Tumorzellproliferation von Ovarialkarzinomzellen zu haben scheinen. Ziel des vorliegenden Antrages ist, die genauen Interaktionsmechanismen zwischen Mastzellen und Ovarialkarzinomzellen anhand eines syngenen Tumormausmodells zu untersuchen. Hierbei werden mastzelldefiziente Mäuse verwendet. Es sollen besonders der Einfluss der mastzellenspezifischen Protease Chymase-1 (Mcpt5) und des immunmodulatorischen Moleküls Galektin-1 auf das Wachstum und die Entstehung von Ovarialkarzinomen aufgeklärt werden. Parallel dazu werden Patientenproben untersucht mit dem Ziel, sowohl Mastzellen als auch Mastzellmediatoren in den Primärtumoren zu quantifizieren. Weiterhin wird überprüft, ob diese Parameter relevant für das Überleben der Patienten sind. Wir erhoffen uns mit unserer Forschung neue, klinisch relevante Erkenntnisse zu akquirieren.
Haut + malignes Melanom
Jun.-Prof. Dr. rer. nat. Baki Akgül
Mechanismus der Integrin α3β1 / Fibronektin abhängigen Invasion HPV8 positiver Keratinozyten (3)
Sowohl Patienten mit der erblichen Hautkrankheit Epidermodysplasia verruciformis, als auch immunsuppremierte Organtransplantatempfänger stellen Patientengruppen dar, die ein hohes Risiko zur Bildung von Hautkrebs vorweisen. Diese Karzinome sind positiv für humane Papillomviren (HPV) des Genus beta, wie z. B. HPV8. Der molekulare Mechanismus der HPV8-induzierten Keratinozyten-Invasion war jedoch bisher nicht bekannt. Im Rahmen eines von der Wilhelm Sander-Stiftung geförderten Forschungsprojekts konnten wir kürzlich publizieren, dass sowohl Zell-Zell (Heuser et al., 2015, J. Gen. Virol.) als auch Interaktionen der HPV positiven Zellen über Integrin α3β1 mit dem Bindegewebsprotein Fibronektin (Heuser et al., 2016, Oncogene) die Invasion von Keratinozyten ermöglichen. Im Rahmen dieses Fortsetzungsantrags sollen nun die α3β1 Integrin / Fibronektin abhängigen zellulären Signalwege beschrieben werden, deren Manipulation in HPV8 positiven Keratinozyten die Zell-Invasion steuern. Diese Befunde werden weitere Beweise für den Zusammenhang zwischen HPV und der Hautkrebsentwicklung liefern und Möglichkeiten zur Entwicklung von therapeutischen Impfungen eröffnen.
Prof. Dr. rer. nat. Manfred Lutz
Modifikation der Glykocalix Dendritischer Zellen zur Verbesserung der T-Zell-Aktivierung und Anti-Tumorimmunität und dessen Kombination mit einer optimierten IL-12-Produktion (2)
Eine erfolgreiche Immuntherapie mit Dendritischen Zellen (DC) gegen Tumoren bedarf der genauen Kenntnis der Zeitpunkte und Quellen der IL-12-Produktion. Unsere Ergebnisse in der Maus bestätigen, dass zwei Wellen der IL-12-Produktion nach s.c. Injektion von DCs beobachtet werden können, aber die hauptsächliche IL-12-Quelle in Lymphknoten die endogenen DCs darstellen. Wiederholte DC-Injektionen erzeugen hierbei eine massive Schwellung der Lymphknoten, welches die T-Zell-Immunantwort weiter verbessert. In der Fortsetzungsperiode sollen unter Verwendung gendefizienter Mäuse noch die Rolle von 4-1BBL und MHC II Expression für die IL-12 Produktion der Vakzine-DCs geklärt werden. Unsere neueren Befunde zeigen, dass unabhängig von der IL-12 Produktion die oxidative Modifikation der Glykokalix von DCs durch Behandlung mit Galaktose-Oxidase (GOX) die T-Zell-Aktivierung und deren Tumorimmunität in Mäusen weiter verstärkt. Es soll nun die Migrationsfähigkeit der GOX-DCs und deren Stimulation verschiedener T-Zellsubtypen untersucht werden. Die Ergebnisse aus dem IL-12-Teilprojekt sollen dann mit der GOX-Behandlung von DCs kombiniert werden, um die DC-Tumorvakzinierung weiter zu verbessern.
Prof. Dr. rer. nat. Sabine Werner
Funktion und Wirkungsweise des Nrf3 Transkriptionsfaktors bei der Entstehung und Progression von Hautkrebs
In der ersten Förderperiode konnten wir zeigen, dass der bisher wenig charakterisierte Nrf3 Transkriptionsfaktor die maligne Progression von gutartigen Hauttumoren im Mausmodell stark fördert, während die frühe Phase der Hauttumorbildung durch Nrf3 nicht beeinflusst wird. Mechanistische Untersuchungen zeigen, dass Nrf3-Defizienz die Apoptose von Keratinozyten verhindert, während die Migration der Zellen gefördert wird. In weiterführenden Arbeiten sollen nun die molekularen Mechanismen untersucht werden, die diesen Effekten von Nrf3 zugrunde liegen. Insbesondere soll anhand von menschlichen Hauttumorzellen untersucht werden, ob Nrf3 Überexpression bzw. das Fehlen von Nrf3 das Verhalten der Tumorzellen in vitro und deren Tumorbildung in Mausmodellen beeinflusst. Dabei soll einerseits Nrf3 in den Tumorzellen überexprimiert werden und andererseits sollen mit Hilfe der Crispr/Cas9 Technologie Nrf3-defiziente Tumorzellen generiert und funktionell charakterisiert werden. Diese Versuche bilden die Grundlage für eine mögliche Modulation von Nrf3 bzw. relevanter Nrf3 Zielgene zur Behandlung von Hauttumoren bzw. zur Verhinderung der bösartigen Entartung von gutartigen Hautkrebs-Vorstufen.
Immunsystem + Hämatopoese
Dr. rer. nat. Heiko Bruns
Funktion und Bedeutung der Tumor-assoziierten Makrophagen beim Multiplen Myelom
Das Multiple Myelom (MM) ist eine der häufigsten hämatologischen Neoplasien. Bislang nur teilweise verstandene Interaktionen mit Zellen des Knochenmarks (KM) spielen für das Überleben der Myelomzellen eine entscheidende Rolle. Angesichts der hohen Infiltrationsdichte von Makrophagen im Tumorstroma von MM-Patienten stellen wir die Hypothese auf, dass Tumor-assoziierte Makrophagen (TAMs) aufgrund eines aktiven Inflammasoms wesentlich am Erhalt des malignen Wachstums und an der Chemotherapie-Resistenz beteiligt sind. Aufbauend auf Vorarbeiten sollen die ins KM infiltrierenden TAMs bei Patienten mit MM funktionell und phänotypisch charakterisiert werden. Weiter soll untersucht werden, ob das Inflammasom und die überschießende IL-18 Produktion der TAMs am Progress und der Chemoresistenz der Myelomzellen beteiligt sind. Hierfür untersuchen wir KM von MM-Patienten bei Erstdiagnose, im Falle eines Rezidivs, nach allogener Stammzelltransplantation und von gesunden Probanden. Schließlich soll in einem immunkompetenten Mausmodell des MM die Bedeutung des Inflammasoms mit Hilfe von Inhibitoren untersucht werden. Langfristiges Ziel dieses Projektes ist die spezifische Modulation von TAMs zur Verstärkung der Effektivität von immuntherapeutischen Strategien beim MM.
Prof. Dr. rer. nat. Christian J. Buchholz
Zielgenaue Anlieferung von Immuncheckpoint-Inhibitoren ins Tumorgewebe
Die Krebsimmuntherapie hat in letzter Zeit durch spektakuläre Heilungserfolge auf sich aufmerksam gemacht. Immuncheckpoint-Inhibitoren (ICI) bewirken eine Aktivierung von Tumor-reaktiven T-Zellen und sorgen so für eine Immunreaktion des Patienten gegen den Tumor. Bei ICI handelt es sich um Antikörper, welche Rezeptoren auf T-Zellen oder Tumorzellen blockieren und so die durch das Tumormikromileu vermittelte Inaktivierung der T-Zellen aufheben. Als erster zugelassener ICI wird Ipilimumab inzwischen bei Patienten mit fortgeschrittenem Melanom eingesetzt. Leider kommt es bei einem Teil der Patienten zu starken Nebenwirkungen wie autoreaktiven Prozessen. Bei anderen Patienten ist die Wirksamkeit unzureichend. Beide Probleme könnten ggf. durch eine zielgenaue und ausschließliche Übertragung der genetischen von ICI in das Tumorgewebe gelöst werden. Dies soll mit Hilfe von vom Antragsteller entwickelten AAV-Vektoren erreicht werden, welche genetische Information nach systemischer Applikation ausschließlich in Tumorherde übertragen. Erwartet werden präklinische Daten, welche eine sicherere und wirksamere Anwendung dieses innovativen Ansatzes im Vergleich zu herkömmlichen ICI belegen.
Prof. PhD Linda Diehl
Die Rolle der PD-1-induzierbaren ARF-ähliche GTPase 4d in Inhibition der anti-tumor CD8 T Zell Immunantwort
Die anti-Tumorimmuntherapie erfährt mit der Zulassung erster sogenannter “immune check-point inhibitors” eine Renaissance ungeahnten Ausmaßes. Zentral ist die Hemmung von inhibitorischen Rezeptoren, wie z. B. PD-1/PD-L1, die bei der Inhibition der lokalen anti-tumor T Zellantwort eine zentrale Rolle spielen. Wir konnten in CD8 T Zellen die GTPase Arl4d, deren Expression durch PD-L1-abhängige Signale hochreguliert wird, identifizieren, die die Produktion des T Zell Wachstumsfaktors Interleukin-2 inhibiert. Somit könnte die Induktion des Arl4d Moleküls durch PD-L1/PD-1 Signale maßgeblich an der Inhibition T Zell Effektorfunktionen beteiligt sein. Bislang ist jedoch unbekannt, ob Arl4d PD-1 abhängig, anti-tumor CD8 T Zell Effektorfunktionen inhibiert. In dieser Studie wollen wir die Rolle des Arl4d Moleküls in tumor-spezifischen T Zellen in vivo untersuchen. Weiterhin werden wir die zugrunde liegende Funktion des Arl4d Moleküls in T Zellen ermitteln, um gezielte Arl4d Inhibition, eventuell mittles niedermolekulare inhibitoren, zu ermöglichen. Diese Studie soll helfen, die PD-L1-mediierte Inhibition der anti-tumor T Zell Antwort, besser zu verstehen, und neue “check-point inhibition” Zielmoleküle, zu identifizieren.
Prof. Dr. med. Christoph Driessen
HIV-Proteaseinhibitoren als Basis für Krebstherapie: Verständnis des Mechanismus, Identifikation der Targets, Entwicklung wirksamerer Substanzen
Proteasominhibitor-Resistenz ist ein wichtiger unmet clinical need beim Multiplen Myelom (MM). Die Aktivität von next generation therapy (Daratumumab, Carfilzomib, Pomalidomid) ist hier bei ca. 30 % Partialremissionen (PR). Wir haben in vitro durch Kombination von Proteasom-Inhibitoren mit HIV-Proteaseinhibitoren (Nelfinavir (NFV) und Lopinavir (LPV)) die Proteasominhibitor-Resistenz überwinden können (2009-2011 von der Wilhelm Sander-Stiftung gefördert). In klinischen Phase I/II Studien haben wir mittlerweile Verträglichkeit und klinische Aktivität dieser Kombination belegt (> 50% PR). Nelfinavir wurde daraufhin von Swissmedic ein orphan drug-Status für das MM zuerkannt. Aufgrund der kommerziellen, regulatorischen und patentrechtlichen Situation von Nelfinavir ist diese offenbar aktive, kostengünstige und für Patienten sinnvolle Therapie nicht regulär verfügbar. Um die Optionen einer potentiellen breiten klinischen Nutzung weiter voranzutreiben, soll nun der molekulare Angriffspunkt (target) von Nelfinvir identifiziert und der Wirkmechanismus verstanden werden. Es sollen dann neue drug leads entwickelt werden, die Nelfinavir überlegen sind.
PD Dr. rer. nat. Karsten Gülow
Neue therapeutische Ansätze bei kutanen T-Zell-Lymphomen (CTCL) (2)
Kutane T-Zell-Lymphome (CTCL) sind charakterisiert durch Proliferationen maligner CD4+ T-Zellen. Unter den verschiedenen Formen von CTCL stellt das Sézary-Syndrom die aggressivste Variante mit leukämischer Ausprägung dar. CTCL weist eine signifikante Resistenz gegenüber Apoptoseinduktion auf, die hauptsächlich durch die Dysregulation des nukleären Faktors κB (NF-κB) in Form einer konstitutiven Aktivierung verursacht wird. Wir konnten bereits zeigen, dass eine Inhibition von NF-κB zu einer massiven Induktion von Zelltod in Sézary-Zellen führt. Eine direkte Inhibition von NF-κB in der Therapie des Sézary-Syndroms gestaltet sich aber als schwierig, da die meisten Inhibitoren sich als zu toxisch 3 erwiesen haben. Eine Ausnahme bildet Dimethylfumarat (DMF), das als Tecfidera® zur Behandlung von Multipler Sklerose im Einsatz ist. DMF ist ein potenter (nicht toxischer) NF-κB-Inhibitor dessen molekularer Wirkmechanismus noch weitgehend unbekannt ist. In dem vorliegenden Folgeantrag soll der molekulare Mechanismus der DMF induzierten NF-κB-Inhibition aufgeklärt werden und die Effekte einer DMF Behandlung auf maligne T-Zellen in vivo und in vitro untersucht werden.
Prof. Dr. med. Georg Häcker
Molekulare Rolle des Transkriptionsfaktors C/EBP-alpha bei der malignen Granulopoese (2)
Die Differenzierung haematopoetischer Zellen wird durch Transkriptionsfaktoren in Vorläuferzellen gesteuert. An der frühen Granulopoese ist der Faktor C/EBP-alpha beteiligt. C/EBP-alpha-Mutationen werden in 9 % der menschlichen akuten myeloischen Leukämie (AML) gefunden. Die molekularen Mechanismen sind jedoch nicht klar, und ihre Analyse wird durch den Mangel eines geeigneten Zellkultursystems erschwert. Wir haben ein Experimentalsystem weiterentwickelt, das diese Lücke schließt. Unsere Arbeiten stellen molekulare Mechanismen dar, die bei der Entstehung der AML eine Rolle spielen könnten. In dieser Projektfortsetzung wollen wir Hypothesen testen, die aus den bisherigen Arbeiten entstanden sind: Wir glauben, dass AML-assoziierte Mutationen im C/EBP-alpha-Gen die Proteinstabilität erhöhen und dadurch die Differenzierung der Zellen blockieren. Weiter weisen die Arbeiten darauf hin, dass diese Mutationen transkriptionelle Aktivität, Zellteilung und Zellüberleben beeinflussen. Durch die Untersuchung dieser Effekte wollen wir die Eignung des Modells für die Analyse molekularer Mechanismen der Leukämieentstehung zeigen und einen Beitrag zum Verständnis und letztlich zur Therapie der AML leisten.
Dr. med. Kerstin Kampa-Schittenhelm
Rolle der neu identifizierten, hochprävalenten tumorigenen Splicevariante des Apoptose-Stimulierenden Proteins von p53-2 (ASPP2κ) für Entstehung und Therapie akuter Leukämien
Das Apoptose stimulierende Protein von p53-2 (ASPP2) ist ein unabhängiger, haploinsuffizienter Tumorsuppressor und induziert nach Zellschädigung unter physiologischen Bedingungen Apoptose durch Bindung an p53. Dysregulierung von ASPP2 ist assoziiert mit Tumorentstehung und Therapieversagen. Wir beschreiben hier eine C-terminal trunkierte, translatierende Splicevariante (ASPP2κ), der die wichtige p53 Bindungsstelle fehlt. Diese findet sich in hoher Inzidenz bei akuten Leukämien. Neben erhöhter Therapieresistenz, weisen unsere Daten auch auf eine direkte Rolle bei der Onkogenese hin. Die funktionelle Charakterisierung von ASPP2κ ist Gegenstand unserer aktuellen Arbeiten. Ziel ist dabei ASPP2κ als diagnostisch-prognostischen Marker zu etablieren, den Resistenzmechanismus zu verstehen und somit neue zielgerichtete Therapiemöglichkeiten zu identifizieren. Die Thematik hat großes Potential zur klinischen Nutzung im Rahmen der Risikostratifikation, sowie für individualisierte, definierte Therapieentscheidungen bei akuten Leukämien. Da wir ASPP2κ auch bei anderen hämatologischen und soliden Neoplasien nachweisen konnten, bietet sich zudem ein hohes translatorisches Potential auf andere Tumorentitäten.
apl.-Prof. Dr. rer. nat. Bettina Kempkes
Pathomechanismen des Epstein-Barr Virus: Die Struktur und Funktion der Protein-Protein Interaktion des Epstein-Barr Virus nukleären Antigens 2 mit der zellulären Polo-like Kinase 1
Plk1 ist eine zelluläre Serin/Threonin Kinase, die zahlreiche Prozesse der G2/M-Phase des Zellzyklus kontrolliert. Plk1 Inhibitoren werden derzeit in zahlreichen klinischen Studien auf ihre mögliche Wirksamkeit in der Krebstherapie untersucht. EBNA2 ist ein virales Onkogen des Epstein-Barr Virus, das die Transformation von infizierten B-Zellen ermöglicht. In unseren Vorstudien konnten wir kürzlich erstmalig nachweisen, dass Plk1 mit EBNA2 einen Proteinkomplex ausbildet und EBNA2 von Plk1 phosphoryliert wird. Ziel des beantragten Projektes ist es, die Interaktion des viralen Onkoproteins EBNA2 mit dem zellulären Onkotarget Plk1 strukturell und funktionell zu charakterisieren, um zu prüfen, ob diese Protein-Protein Interaktion eine interessante Zielstruktur für die Behandlung von EBV (Epstein-Barr Virus) assoziierten Erkrankungen ist. Dazu wollen wir die Interaktionsfläche der beiden Proteine und die Phosphorylierungsstellen in EBNA2 kartieren. Durch die Verwendung von Plk1 Inhibitoren und geeigneten Virusmutanten, soll die funktionelle Bedeutung der Interaktion für die zelluläre virale Transformation und die genetische Stabilität der transformierten Zellen aufgeklärt werden.
Prof. Dr. med. PhD Thomas Luft
Inhibitors of the alternative complement cascade pathway as molecular targets of endothelial complications after allogeneic stem cell transplantation
Our project will test the hypothesis that dysregulated regulators of the alternative complement pathway are involved in transplant associated microangiopathy (TMA) and in refractory graft-versus-host-disease (GVHD). Allogeneic stem cell transplantation (allo-SCT) has a curative promise for otherwise incurable malignant haematological disorders, but immune responses targeting non-malignant tissue are the major complication of this therapy (GVHD). Therapy-refractory GVHD not responding to initial steroid treatment is associated with high mortality rates. We reported that endothelial cell distress is one mechanism underlying non-response to steroid therapy, and a predisposition of developing refractory disease (called “endothelial vulnerability”) can be demonstrated already prior to alloSCT. The endothelial cell disorder that is predicted by endothelial vulnerability is TMA. Based on preliminary results we expect a specific association of alterations/deletions of inhibitors of the complement cascade with TMA and refractory GVHD in patients taking statins. Our findings will serve as a rationale for targeted treatment strategies such as complement inhibitors in this clinical context.
Prof. Dr. med. Stephan Mielke
Spendervermittelte B-Zell Immunität gegen tumorassoziierte Autoantigene als Grundlage von Graft-versus-Leukämie-Effekten in der allogenen Stammzelltransplantation (2)
T- und B-zelluläre Immunantworten gegen Minorantigene spielen eine wichtige Rolle bei der Leukämiekontrolle und der Entstehung der Graft-versus-Host-Erkrankung (GvHD) nach allogener Blutstammzelltransplantation. T-zelluläre Immunantworten gegen tumorassoziierte Antigene (TAAs) wie Wilms-Tumor-Protein-1 (WT1) hingegen vermitteln ausschließlich Graft-versus-Leukämie-(GvL-) Effekte. Welche Rolle humorale Immunantworten gegen TAAs spielen ist bis dato unklar. In diesem Forschungsvorhaben soll untersucht werden, ob der Transfer TAA-spezifischer B-Zellen vom Spender in das lymphopene Milieu des Empfängers zu einer Expansion und damit zum Boost dieser humoralen Immunität führt. Es wird angenommen, dass im Gegensatz zu den Immunantworten gegen Minorantigene kein signifikanter Zusammenhang mit der Entstehung der GvHD besteht, GvL-Effekte aber erhalten bleiben. Dazu werden die B-Zell-Frequenz, Antikörpertiter sowie funktionale Analysen gegen transplantationsrelevante TAAs und Kontrollantigene beim Spender und Patienten vor der Transplantation sowie beim Patienten nach der Transplantation bestimmt. Dies könnte eine neue therapeutische Option für Patienten mit Hochrisikoleukämien offerieren.
Dr. med. Martin Neumann
Prädiktion des Therapieansprechens basierend auf globaler Genexpression und DNA-Methylierung in der T-ALL
Die Prognose der erwachsenen T-ALL ist vor allem durch Risikostratifizierung und Therapieintensivierung basierend auf Immunphänotyp und MRD-Messung stetig verbessert worden. Trotzdem ist das 5-Jahres-Überleben mit ca. 50% unbefriedigend und insbesondere im Rezidiv äußerst ungünstig mit nur wenigen Langzeitüberlebern. Daher ist es entscheidend, den Patienten frühzeitig die richtige Therapie zuzuweisen. In dieser Arbeit wird ein Score durch globale Genexpressionsprofile (n=183) in Verbindung genomweiter Untersuchung des Methylierungsstatus entwickelt, der das Therapieansprechen der Patienten prädiktieren und daraus die Empfehlung einer Therapieintensivierung bei Diagnosestellung ermöglichen soll. Zusätzlich wird der Mutationsstatus von 206 rekurrent in der akuten Leukämie alterierten Gene untersucht. Dies erlaubt die Zuordnung der Genexpressionsprofile und Methylierungsmuster zu den genetischen Alterationen. Hieraus resultieren potentielle Angriffspunkte für eine zielgerichtete Therapie im beginnenden molekularen Rezidiv. Um diese Zielstrukturen funktionell zu testen, werden PDX-Modelle von rezidivierten T-ALL-Patienten generiert und auf mögliche therapeutische Optionen gescreent.
Univ.-Prof. Dr. med. Bodo Plachter
Präklinische Evaluierung einer Cytomegalovirus-Vakzine zur Prävention viraler Komplikationen nach allogener hämatopoetischer Stammzelltransplantation
Die hämatopoetische Stammzelltransplantation (HSCT) ist ein zentrales Verfahren zur Behandlung von leukämischen Erkrankungen und anderen, hämatologischen Neoplasien. Die Reaktivierung des humanen Cytomegalovirus (HCMV) ist eine schwerwiegende, z. T. lebensbedrohliche Komplikation der HSCT. Der Einsatz einer HCMV-Vakzine zur Stärkung der antiviralen Immunität des Empfängers oder zur verbesserten Wirksamkeit des Transfers antiviraler T-Zellen wird wohlwollend diskutiert. Unsere Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit der Entwicklung einer Vakzine auf der Basis von subviralen Dense Bodies (DBs) des HCMV. In Vorarbeiten konnten wir die herausragende Immunogenität von DBs im Tiermodell eindrücklich nachweisen. Im Rahmen der hier beantragten Förderung sollen noch offene, grundlegende Fragen zur Interaktion von DBs mit menschlichen Zellen adressiert und die Hypothese geprüft werden, dass die herausragende Immunogenität von DBs auf ihrer Einschleusung in das autophagosomale Degradationssystem begründet ist. Die geplanten Arbeiten werden wichtige, wissenschaftliche Erkenntnisse zur Prävention der HCMV-Infektion im Rahmen der HSCT erbringen.
Dr. med. Armin Rehm
Dendritische Zellen und ihre transkriptionelle Steuerung bei der Induktion eines anti-apoptotischen und immunsuppressiven Milieus in Lymphomen (2)
Die reziproke Interaktion zwischen Lymphomzellen und ihrem Mikromilieu in Lymphknoten liefert entscheidende Impulse für das Tumorwachstum. Wir wollen kooperierende Stromafaktoren in einem murinen Modell eines Myc-induzierten B-Zell Lymphoms charakterisieren. In vivo Voruntersuchungen haben eine die Progression von E-Myc Lymphomen unterstützende Funktion von dendritischen Zellen (DCs) identifiziert. Die aus Tumor-tragenden Tieren isolierten DCs wiesen ein durch pro-inflammatorische und immunmodulatorische Genfunktionen geprägtes Expressionsprofil auf. Als transkriptioneller Regulator dieser Genveränderungen konnten wir C/EBP eine fundamentale Rolle zuweisen. Wir möchten daher unter Einbeziehung von C/EBP-deletierten Tieren die Bedeutung von DCs und deren transkriptionelle Steuerung für die Lymphom-permissive Umgestaltung von Lymphorganen untersuchen. Pro-proliferative sowie anti-apoptotische Signalwege sollen im Tiermodell und in humanen Zellkulturmodellen mittels immunologischer und pharmakologischer Inhibitoren validiert werden.
PD Dr. med. Denis Schewe
Mechanismen der ZNS-Infiltration bei der Akuten Lymphoblastischen Leukämie
Neben den blutbildenden Organen infiltrieren Leukämiezellen auch die Hirnhäute, können aber dort nur unzureichend detektiert werden. Die ZNS-gerichteten Therapieformen bei der ALL (Chemotherapie, Bestrahlung) sind unspezifisch und gehen mit schweren Nebenwirkungen und Spätfolgen einher. Übergeordnetes Ziel muss es daher sein, Patienten besser zu erfassen, die eine ZNS-gerichtete Therapie wirklich benötigen. Der prä-B-Zell Rezeptor/Zap-70 Signalweg scheint für das Überleben von Leukämiezellen im ZNS von wichtiger Bedeutung zu sein. Weiterhin nehmen wir an, dass Therapien gegen Zap-70 und die Zap-70-abhängigen Chemokin-Rezeptoren CCR7 und CXCR4, die ZNS-Infiltration verhindern könnten, was im präklinischen Modell getestet werden soll. Die prospektive Messung dieser Marker in ALL-Patienten könnte neue diagnostische Parameter etablieren, die eine ZNS-Erkrankung vorhersagen können. Zuletzt sollen in vivo Modelle für die humane ZNS-Leukämie zur Identifizierung neuer therapeutisch nutzbarer Zielstrukturen herangezogen werden. Die im Arbeitsprogramm generierten Daten könnten auch auf andere hämatologische Neoplasien mit einer Manifestation im ZNS übertragbar sein.
PD Dr. rer. nat. Dr. med. habil. Frank Schnütgen
Entwicklung eines haploiden genetischen Screens zur Charakterisierung von Therapieresistenz-vermittelnden Signaltransduktionswegen bei Leukämien
Die Überwindung von Medikamentenresistenzen ist eine der größten Herausforderungen in der Behandlung von Leukämien. Um diesem Problem zu begegnen, müssen die dafür ursächlichen Mutationen identifiziert und in Signaltransduktionswege eingeordnet werden, weil in der Regel nicht nur Gene, sondern auch die Signalwege für die Resistenzen verantwortlich sind. Um diese Signalwege zu charakterisieren, werden wir genetische “forward” Screens auf therapieresistente Phänotypen in der haploiden Zelllinie -KBM7- mit einem konditionalen Genfallen-/Proteinmarkierungsvektor durchführen, der sowohl die Identifizierung von Drogentoxizität vermittelnden Genen als auch deren Einordnung in Signalwege mittels Proteinmarker-assoziierter Proteomik ermöglicht. Wir erhoffen uns dadurch die Entwicklung von antileukämischen Substanzen zu beschleunigen, weil nicht nur die identifizierten Gene, sondern auch weitere Komponenten der Signalwege als Zielgene und Biomarker fungieren können. Um letzteres zu bestimmen, werden wir nach Abberationen der im Screen identifizierten Signalwegen in primären Leukämiezellen von Patienten suchen, die uns über das Universitäre Centrum für Tumorerkrankungen zur Verfügung stehen.
Prof. Dr. med. Dr. rer. nat. Karl Seeger
Targeting ETV6/RUNX1 in pediatric Acute Lymphoblastic Leukemia: TargET-pedALL
In Europa werden jährlich ~6.900 Kinder mit akuter lymphoblastischer Leukämie (ALL) diagnostiziert, von denen ~25 % positiv für das Fusionsgen ETV6/RUNX1, der wahrscheinlich ersten leukämogenen Veränderung, sind. Dosis-intensive Polychemotherapie ermöglicht bei Ersterkrankung und Rezidiv Heilungsraten von 80-90 % bzw. 60-70 %, ist jedoch mit dem Risiko gravierender Nebenwirkungen behaftet, einschließlich sekundärer Malignome. ETV6/RUNX1 wird in allen Leukämiezellen zu allen Krankheitsstadien nicht, aber in normalen Zellen dieser Patienten exprimiert und ist daher ein ideales therapeutisches Ziel. TargET-PedALL bringt Kliniker, Gentechnik- und Screening-Technologie-Partner zusammen, um (i) in vitro Reporter Zellmodelle zu entwickeln, die das Fusionsprotein SAM-Interface als Target präsentieren, (ii) Wirkstoffsuchen mit ~60.000 bioaktiven Verbindungen zur Identifizierung von Hemmstoffen der Effektor-Protein-Komplexbildung durchzuführen und (iii) Kandidaten-Verbindungen zu validieren. Eine Hemmung der ETV6/RUNX1 Effektor-Komplexbildung, die in leukämischen Klonen das Tumorwachstum antreibt, würde eine neue Art der personalisierten ALL Therapie ermöglichen.
Prof. Dr. med. Thomas Stamminger
Virale Modulation des ATRX-Proteins – Bedeutung für die Interferonantwort und die Entstehung/Therapie maligner Tumore
Forschungsarbeiten der letzten Jahre haben ergeben, dass ein Multiproteinkomplex des Zellkerns, der als PML nuclear bodies (PML-NBs) bezeichnet wird und die Proteine PML, Sp100, Daxx und ATRX umfasst, häufig durch virale Infektionen modifiziert wird. In Vorarbeiten zu diesem Projekt gelang der Nachweis, dass PML-NBs eine koregulatorische Rolle für die Interferonantwort spielen. Insbesondere beobachteten wir, dass eine Depletion des ATRX-Proteins, die auch im Rahmen viraler Infektionen stattfindet, zu einer verminderten Induktion spezifischer interferon-stimulierter Gene (ISGs) führt. Interessanterweise wurde vor kurzem festgestellt, dass ATRX als Tumorsuppressor wirkt und verschiedene bösartige Tumore Mutationen des ATRX aufweisen. In dem Projekt soll deshalb untersucht werden, ob ATRX-Mutationen die Interferonantwort von Tumorzellen beeinträchtigen. Weiterhin möchten wir definieren, welche zellulären Gene ATRX-abhängig reguliert werden und über welchen Mechanismus dies erfolgt. Zum dritten soll geklärt werden, ob die virale Manipulation des ATRX-Proteins zu genetischer Instabilität der Wirtszellen führt und damit die Entstehung von Tumoren begünstigen kann.
Dr. med. Simone Thomas
HLA-DPB1 spezifische T-Zell-Rezeptoren für die adoptive Immuntherapie von Leukämien im Kontext der allogenen hämatopoetischen Stammzelltransplantation
HLA-DPB1 Mismatch Antigene kommen in bis zu 80 % der allogenen hämatopoetischen Stammzelltransplantationen von HLA 10/10 identen Spendern vor und werden als Graft-versus-Leukemia Zielstrukturen vermutet. In Vorarbeiten gelang uns aus naiven CD4 Spender T-Zellen die Generierung von HLA-DPB1-spezifischen T-Zellen, die HLA-DPB1 Mismatch+ primäre AML Blasten in vitro als auch im Mausmodell effektiv eradizierten. Um das aufwendige Stimulationsverfahren zu umgehen, wollen wir AML reaktive T-Zellen durch den Transfer von HLA-DPB1 Mismatch-spezifischen T-Zell-Rezeptoren (TZR) herstellen, welche wir zuvor aus etablierten und neu zu generierenden CD4 T-Zellklonen isolieren. Dabei möchten wir auf TZR fokussieren, welche (i) häufig vorkommende HLA-DPB1 Allele erkennen, was eine breite klinische Anwendung erlaubt (ii) CD4 unabhängig sind und somit CD4 und CD8 T-Zellen reprogrammieren und (iii) Hämatopoese-Spezifität aufweisen um potentielle HLA-DPB1 spezifische Graft-versus-Host Reaktivität gegen nicht-hämatopoetische Gewebe zu vermeiden. Um die Sicherheit weiter zu erhöhen, wollen wir neben einem stabilen TZR-Gentransfer die Effektivität eines transienten TZR-Expressionsverfahren testen.
Prof. Dr. med. Robert Zeiser
Die Rolle von Interleukin-19 bei intestinaler GvHD (4)
Akute Graft-versus-host Erkrankung (GvHD) verursacht eine hohe Mortalität von Patienten die aufgrund ihrer akuten Leukämie eine allogene hämatopoetische Zelltransplantation erhalten. In der vorangegangenen Förderperiode konnte gezeigt werden, dass der P2Y2 Rezeptor für die Chemotaxis und ROS-Produktion von myeloiden Zellen bei GvHD eine entscheidende Rolle spielt, aber auch, dass nicht-hämatopoetische Zellen durch P2Y2 Defizienz vor GvHD geschützt waren (Klämbt V. et al. The Journal of Immunology 2015). Um die Beobachtung, dass 'Danger signals' und Zytokine die intestinalen Stammzellen (ISZ), Epithelzellen (IEZ), und Panethzellen während der GvHD beeinflussen können, weiter zu verfolgen und weil wir beobachteten, dass Interleukin-19 (IL-19) in IEZ bei GvHD signifikant heraufreguliert war, soll nun geklärt werden, welche Rolle das Zytokin in verschiedenen Zelltypen im Gastrointestinaltrakt bei GvHD spielt. Durch die Nutzung von GvHD/GvL Mausmodellen, SNP-basierten und immunhistochemischen Analysen von Patientenproben soll geklärt werden, ob IL-19 eine schützende Wirkung gegenüber GvHD hat, die potenziell therapeutisch genutzt werden könnte.
Kanzerogenese allgemein / sonst. onkologische Themen
Prof. Dr. med. Christina Pfannenberg
Evaluation des Einflusses der PET/CT-Diagnostik auf das klinische Management onkologischer Patienten – Auswertung eines prospektiv erhobenen Registers mit Daten aus dem Versorgungsalltag
Die kombinierte Positronenemissions-/Computertomographie (PET/CT) ist eine bildgebende Methode, die eine zeitgleiche Darstellung der Gewebestruktur und -funktion (z. B. Stoffwechsel) ermöglicht. Sie hat in der Onkologie einen hohen Stellenwert, da pathologische Veränderungen auf molekularer Ebene früher und besser sichtbar werden als morphologische Strukturveränderungen. Dies gilt für Primärdiagnosen und Therapiekontrollen. Trotz hoher Testgenauigkeit ist nicht für alle Indikationen geklärt, ob die PET/CT zu einem messbaren Patienten-relevanten Nutzen führt. Bestehende Einschränkungen im Vergütungssystem tragen dieser Tatsache Rechnung und limitieren den Zugang zu dieser Methode: in Deutschland ist die PET/CT nur beim Bronchialkarzinom und für spezielle Lymphom-Patienten eine Regelleistung; dennoch ist sie im klinischen Alltag bei zahlreichen weiteren Indikationen integraler Bestandteil der Patientenversorgung. In Tübingen wurde ein Register initiiert, das klären soll, bei welchen Tumoren die PET/CT bereits Bestandteil der Versorgung ist und das den Einfluss der PET/CT-Diagnose auf das diagnostische und therapeutische Patientenmanagement im Versorgungsalltag untersuchen soll.
Dr. Philipp Rathert
Systematische und funktionelle Charakterisierung des regulatorischen Netzwerks von BRD4 in Krebszellen
Der transkriptionelle Co-Aktivator BRD4 hat sich als vielversprechendes therapeutisches Ziel in der Krebstherapie herausgestellt. BRD4-Inhibitoren zeigen eindrucksvolle Effekte in präklinischen und klinischen Studien. Allerdings können Krebszellen schnell durch einen epigenetischen Mechanismus gegen BRD4 Hemmung resistent werden (Rathert et al., 2015). In diesem Projekt entwickeln wir Ansätze, um diesen Nachteil von BRD4-gerichteten Therapien zu überwinden. BRD4 agiert in Multiproteinkomplexen und Komplexpartner vermitteln spezielle Funktionen, die wesentlich zum Überleben der Krebszelle beitragen. Beseitigung dieser Komplexpartner kann die Wirkung von BRD4 Inhibitoren potentieren. Um essenzielle Interaktionspartner zu identifizieren und das komplexe regulatorische Netzwerk von BRD4 systematisch zu untersuchen, verwenden wir RNAi-Screens und Reporter Zelllinien. Die erzeugten Daten werden zu einem besseren Verständnis regulatorischer Schnittstellen von BETProteinen beitragen, was essentiell für die weitere Erforschung dieser Klasse therapeutischer Wirkstoffziele ist. Des Weiteren werden hierdurch zusätzliche Akteure identifiziert, die als alternative Wirkstoffziele interessant sind.
Dr. rer. nat. Stefan Werner
Untersuchung zur Rolle des RAI2-Proteins bei der Koordination der mitotischen Progression und der Aufrechterhaltung chromosomaler Stabilität
Das Gen retinoic acid induced 2 (RAI2) wurde ursprünglich am Institut für Tumorbiologie am UKE in Hamburg als neues Tumorsuppressor-Protein entdeckt, dessen Verlust mit einer Dedifferenzierung von luminalen Brusttumoren und einer frühen Metastasierung ins Knochenmark assoziiert ist (1). Darüber hinaus weisen jedoch klinische und funktionelle Analysen darauf hin, dass das RAI2-Protein neben seiner Funktion in der Zelldifferenzierung noch eine weitere Funktion im Verlauf der Zytokinese besitzen könnte. Ziel des beantragten Projektes ist es, diese mögliche Funktion in präklinischen Modellen zu analysieren. Unter anderem soll untersucht werden, ob ein Verlust der RAI2-Proteinexpression zu einer fehlerhaften Chromosomenverteilung führt. Da Mitose-assoziierte Proteine wichtige Zielstrukturen der in der Krebstherapie eingesetzten Chemotherapeutika darstellen, ist das übergeordnete Ziel dieser wissenschaftlichen Arbeit zu überprüfen, ob das RAI2-Protein ein neuer Biomarker für eine Optimierung von bestehenden Therapien zur Behandlung von Krebspatienten und möglicherweise sogar selbst eine Zielstruktur für die Entwicklung neuer pharmakologischer Ansätze darstellten könnte.
Knochen, Muskulatur + Bindegewebe
Univ.-Prof. Dr. med. Wolfgang Hartmann
Analyse der funktionellen Rolle von Podoplanin in Synovialsarkomen als Basis molekular zielgerichteter Therapieansätze
Synovialsarkome sind mesenchymale Tumoren mit einem hohen Metastasierungspotential. Die Expression des Transmembranproteins Podoplanin (PDPN) ist in epithelialen Tumoren mit Metastasierungsprozessen assoziiert, die auf einer PDPN-abhängigen Restrukturierung des Zytoskeletts mit Ausbildung von spezialisierten Zellfortsätzen, sog. Invadopodien, beruhen. Eigene Vorarbeiten deuten auf eine funktionell entscheidende Rolle von PDPN in Synovialsarkomen. Im ersten Teil des Projektes soll in einem einzigartigen Kollektiv gut dokumentierter Synovialsarkome die Expression von PDPN und Regulatorproteinen des Aktinumbaus (NPFs) hinsichtlich ihrer prognostischen Wertigkeit mit klinischen Daten korreliert werden. Im zweiten Teil werden funktionelle Effekte von PDPN auf die Dynamik spezialisierter Zellfortsätze in vitro beleuchtet, mit Fokus auf Interaktionen zwischen PDPN, den NPFs sowie Regulationsprozessen durch intrazelluläre Signalkaskaden. Der dritte Teil des Vorhabens analysiert die funktionelle Bedeutung von PDPN und der NPFs für Invasions- und Metastasierungsprozesse von Synovialsarkom-Zellen in vivo im Chorionallantoismembran-Modell sowie einem Metastasierungsmodell in NOD/SCID-Mäusen.
PD Dr. rer. nat. Günther Richter
Paradigmatische Evaluierung Epigenetik-basierter Kombinationstherapien am Beispiel des Ewing Sarkoms (3)
Jüngste Ergebnisse zeigen, dass pädiatrische Tumore durch eine niedrige Mutationsrate gekennzeichnet sind. Für Ewing Sarkome (ES) sind chromosomale EWS/ETS Translokationen typisch, andere somatische Mutationen werden nur in niedriger Frequenz beobachtet. EWS-ETS Proteine deregulieren Komponenten der epigenetischen Maschinerie und kreieren Tumorspezifische epigenetische Markierungen. Durch Einsatz des Inhibitors JQ1, der BromodomänenBindungsproteine (BRDs) von ihrer Bindung an acetylierte Lysine auf Histon H3 (H3K27ac) abhält, beobachteten wir eine signifikante Blockade des Tumorwachstums und starke Suppression des EWS-FLI1 Proteins. Basierend auf unseren Ergebnissen mit Inhibitoren epigenetischer Regulation wie GSK126 (inhibiert EZH2 im ES) und JQ1 (blockiert das Tumorwachstum im prä-klinischen Model), wollen wir kooperative Mechanismen von GSK126 oder JQ1 für die Malignität von ES prüfen. Zusätzlich wollen wir durch einen CRISPR/Cas9 basierten screen Gene identifizieren, deren Blockade synergistisch mit GSK126 oder JQ1 wirkt und das Tumorwachstum verhindert. Das Ziel ist es, beispielhaft neue therapeutische Mechanismen einer synthetic lethality nicht nur für ES zu identifizieren.
Leber, Gallenwege + Pankreas (exokrin)
Dr. med. Ihsan Ekin Demir
Die mechanistische Charakterisierung der Nerv-Sternzell-Interaktion im Pankreaskarzinom
Das Pankreaskarzinom (PCa) gehört aufgrund der schlechten 5-Jahresüberlebensrate von nur 3-5 % und der Chemotherapieresistenz zu den aggressivsten Tumoren. Im PCa kommt es zu ausgeprägten neuropathischen Veränderungen und bis zu 100 % neuraler Tumorinvasion (NI), was die Wahrscheinlichkeit von Lokalrezidiven erhöht. Dabei gehören die NI und das resultierende Schmerzsyndrom zu den unabhängigen prognostischen Faktoren, die in aktuellen Therapieregimen nicht berücksichtigt werden. Da die Neuropathie im PCa mit dem Ausmaß der Tumordesmoplasie korreliert, stellt sich die Frage, ob es einen mechanistischen Zusammenhang zwischen der Aktivität der pro-desmoplastischen, pankreatischen Sternzellen (PSC), und der pankreatischen Neuropathie gibt. Neben umfassenden Transkriptomanalysen und 3D In-Vitro-Analysen zur Interaktion der PSC, Tumorzellen und Nerven, werden wir an einem neuen Mausmodell innovative Therapiestrategien zur Behandlung von Neuropathie erproben. Dieses Mausmodell zeigt erstmalig eine mit der Tumordesmoplasie korrelierende NI, so dass die erlangten Erkenntnisse großes Potential zur translationalen Behandlung der pankreatischen Neuropathie und des Schmerzsyndroms beherbergen.
Dr. med. Dr. rer. nat. Daniel Hartmann
Bedeutung des transkriptionellen Coaktivators Brahma-related gene 1 bei der Leberregeneration und -transformation
Genomweite Sequenzierungsanalysen haben zeigen können, dass im HCC sehr häufig Mutationen in Genen des epigenetischen Regulatorkomplexes SWI/SNF vorliegen. In dem hier beantragten Projekt soll analysiert werden, welchen Einfluss Brg1, eine zentrale katalytische SWI/SNF-Untereinheit, auf die Initiierung und Progression des HCC sowie die Leberregeneration ausübt. Hierzu werden Leberspezifische konditionale Brg1-Knockout-Mauslinien hinsichtlich (1) Leberregeneration nach partieller Hepatektomie, (2) Zirrhoseentwicklung nach chronischer CCl4-Exposition und (3) Tumorentstehung nach Karzinogenapplikation untersucht. Die durch Brg1-Verlust exprimierten Gene sollen mithilfe Genom-weiter Expressionsanalysen identifiziert und deren epigenetische Regulierung durch Brg1 mittels ChIP-Seq untersucht werden. Anhand humaner Leberproben soll zudem die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf die Hepatokarzinogenese im Menschen ermittelt werden. Funktionell sollen die Kandidatengene im humanen HCC mittels Genom-Editierung auf ihre Relevanz hin geprüft werden. Die Ergebnisse dieser Studie sollen zur Identifikation neuer Ansatzpunkte führen, auf deren Basis therapeutische Strategien für das HCC entwickelt werden können.
Dr. sc. hum. Christoph Meyer
Charakterisierung der Funktionen von Prrx1 bei Differenzierung und Progression des HCC
Das hepatozelluläre Karzinom (HCC) ist eine fatale Erkrankung mit limitierten kurativen Behandlungsmöglichkeiten für den Betroffenen. Eigene Screeningbefunde zeigen, dass Prrx1 im humanen HCC erhöht ist. Daher soll dessen Rolle bei der Entstehung und Progression des HCC aufgeklärt werden. Prrx1 wurde mit EMT Prozessen und Stammzelleigenschaften assoziiert – die Rolle beim HCC ist jedoch unzulänglich untersucht. Wir zeigen, dass Prrx1 in 2 Tiermodellen – DEN, TGF-α/c-myc – in Tumoren im Vergleich zum Normalgewebe erhöht ist. Ebenfalls finden sich erhöhte Spiegel im Mdr2 KO Mausmodell in frühen und späten Phasen. Ein Zusammenhang mit Stammzellcharakteristika lässt sich aufgrund einer signifikanten Korrelation mit dem Stammzellmarker nestin annehmen. In vitro belegen wir, dass TGF-β, abundant beim HCC (fungiert als Tumorsuppressor oder -promotor), in diversen HCC Zelllinien Prrx1 Expression modulieren kann. Ätiologieabhängigkeit der Expression und funktionelle Auswirkungen sind für Prrx1 beim HCC nicht bekannt. Daher werden wir uns sowohl in silico Analysen und humaner Proben bedienen, als auch mechanistische Studien in vitro und in vivo durchführen, um dies zu entschlüsseln.
Dr. rer. nat. Stephanie Rössler
Modulation des Proteoms von Gallenblasenkarzinomen durch epigenetische Veränderungen
Das Gallenblasenkarzinom (GBC) ist eine wenig erforschte Tumorerkrankung mit schlechter Prognose. Chronische Entzündungsprozesse scheinen bei der Karzinogenese eine wichtige Rolle zu spielen, die zugrundeliegenden molekularen Mechanismen sind jedoch unbekannt. Kurative Therapieansätze außer einer Operation gibt es bislang nicht, doch für weniger als 20% der Patienten kommt eine Operation in Frage. Das vorliegende Projekt konzentriert sich auf die molekularen Mechanismen der epigenetischen und proteomischen Veränderungen in der Entstehung humaner GBC. Dabei werden umfassende massenspektrometrische Proteomanalysen und miRNA-Expressionsdaten in einer gut charakterisierten und repräsentativen deutschen Kohorte untersucht. Diese GBC-Kohorte ermöglicht es uns, quantitative Proteomanalysen und miRNA-Profiling in Tumorproben von denselben Patienten durchzuführen, um so Schlüsselsignaltransduktionswege zu identifizieren. Die identifizierten Kandidaten-microRNAs und deren Zielgene werden funktional in vitro und in vivo untersucht und als mögliche Angriffspunkte für neue systemische Therapien getestet.
Nervensystem + Sinnesorgane
Prof. Dr. med. Norbert Galldiks
Translationale multimodale Bildgebung in der Neuro-Onkologie
Der erste Schwerpunkt des Arbeitsprogrammes ist die Identifikation von Biomarkern bei primären Hirntumoren mittels der nicht-invasiven molekularen/metabolischen Bildgebung, die bereits vor Therapiebeginn eine Aussage über die individuelle Prognose und auch die Prädiktion eines Therapieansprechens ermöglichen sollen. Vorarbeiten zu diesem Thema legen nahe, dass die Erfassung der Tracerkinetik der PET mit dem Aminosäure-PET Tracer O-(2-[18F]fluoroethyl)-L-tyrosin (FET), der am Forschungszentrum Jülich entwickelt wurde, nicht nur wichtige Informationen über den Malignitätsgrad unbehandelter neoplastischer Läsionen liefern kann, sondern auch prognostische Aussagekraft hat. Der zweite Schwerpunkt des geplanten translationalen Forschungsvorhabens ist die Etablierung eines innovativen Therapiemonitorings. Durch die Auswahl geeigneter Methoden bzw. deren Kombination (z. B. Aminosäure-PET, Ganzhirn-MR-Spektroskopie) ist zu erwarten, dass metabolische Veränderungen visualisiert werden können, die ein frühes Ansprechen von neueren Therapieformen zur Behandlung von primären Hirntumoren und Hirnmetastasen (z. B. antiangiogene Therapie, „targeted drugs“, Immuntherapie) vorhersagen.
PD Dr. rer. nat. Malte Kriegs
Bedeutung des EGFRvIII für die Biologie und Therapierbarkeit von Glioblastomen: Untersuchung der zellulären DNA-Reparatur, Replikation und Signaltransduktion
Die Variante III des EGF-Rezeptors (EGFRvIII) wird in ca. 25 % aller Glioblastome (GBM) exprimiert. In diesem Projekt soll die Bedeutung des EGFRvIII für die Biologie und Therapierbarkeit von GBM untersucht werden und zwar mit Hilfe unseres einmaligen Modellsystems, bestehend aus isogenetischen EGFRvIII-positiven und -negativen Subzelllinienpaaren und einem entsprechenden orthotropen Xenograftmodell (Koop. Prof. Short, Leeds). Aufbauend auf unseren Vorarbeiten liegt der Fokus der Untersuchungen auf der Replikation, DNA-Reparatur und Signaltransduktion; alles Bereiche, die für die Therapie von GBM von großer Bedeutung sind. Mit Hilfe der Ergebnisse sollen zudem neue Targetingstrategien getestet werden. Neben Standardmethoden stehen hochmoderne explorative Methoden wie quantitative Massenspektrometrie, Kinomprofiling, Replikations-Assays, DNA- & mRNA-Markierung sowie 3D-Mikroskopie zur Verfügung, z. T. über verschiedene Kooperationspartner. Zentrale Ergebnisse können an Patientenmaterial verifiziert werden (Koop. Prof. Lamszus, UKE). Dieses klar translational ausgerichtete Projekt ist Teil des Forschungsprogramms „Neuro-Oncology“ am Universitären Cancer Center Hamburg-Eppendorf.
Prof. Dr. rer. nat. Alexander Schramm
Interaktion zwischen TrkA und MYCN und ihre Rolle bei der Modulation des aggressiven Potentials von Neuroblastomen
Neuroblastome sind die häufigsten extrakranialen Tumore des Kindesalters. Die häufigste genetische Veränderung beim aggressiven Neuroblastom (NB) ist die Amplifikation des MYCN Onkogens, während die Expression der Rezeptortyrosinkinase TrkA und des Zelloberflächen-Glykoproteins CD44 mit günstiger Prognose und spontaner Tumorregression assoziiert sind. Während die Mechanismen der negativen Regulation von TrkA und CD44 durch MYCN gut charakterisiert wurden, ist in der gegenläufigen Richtung bisher wenig bekannt. Hier wollen mir mit den Methoden der quantitativen Proteomik und Phosphoproteomik die Signalwege möglichst umfassend analytisch abdecken, um die beteiligten Proteine identifizieren. Wir antizipieren Aufschlüsse über die Mechanismen, welche der exklusiven Expression von TrkA und CD44 vs. MYCN bei NB zugrunde liegen und mögliche therapeutische Angriffspunkte in Tumoren mit fehlreguliertem MYCN liefern werden. Die Target-Spezifität soll durch den Vergleich von TrkA- und TrkB-exprimierenden Zellen geprüft werden. Ziel ist es, in den beteiligten Signalwegen neue Angriffspunkte zu identifizieren, die ausgehend von TrkA und CD44 auf MYCN wirken und somit in Tumorzelldifferenzierung und -proliferation eingreifen.
Niere + Harnwege
PD Dr. med. Matthias Heck
Detektion vonLymphknotenmetastasen mittels molekularbiologischen Markeruntersuchungen im Vergleich zur konventionellen Histopathologie beim invasiven, lokal operablen Harnblasenkarzinom
Trotz unauffälligem histopathologischem Lymphknotenstatus besteht nach radikaler Zystektomie bei Patienten mit Harnblasenkarzinom ein Rezidivrisiko von bis zu 50 %. Als Ursache hierfür wird eine zum Operationszeitpunkt bereits vorhandene, jedoch nicht nachgewiesene Metastasierung vermutet. Im Rahmen der prospektiven, randomisierten LEA-Studie (AUO AB 25/02) wird der Einfluss von zwei Operationsmethoden – eingeschränkte versus ausgedehnte pelvine Lymphadenektomie – auf das rezidivfreie und tumorspezifische Überleben untersucht. An der LEA-Kohorte der TU-München (100 Patienten) soll eine molekulare Lymphknotenmetastasendetektion mittels quantitativer Polymerasekettenreaktion für das Harnblasenkarzinom etabliert werden, die den Nachweis einzelner Tumorzellen in Lymphknoten erlaubt und eine höhere Sensitivität als die konventionelle Histopathologie hat. Ziel unserer prospektiven Studie ist die Verbesserung der postoperativen Prognosebestimmung. Mit dessen Hilfe könnten betroffene Patienten gezielt mittels adjuvanter Chemotherapie behandelt werden. Des Weiteren erfolgt die exakte Beschreibung der Topografie von Lymphknotenmetastasen zur Definition der Ausdehnung der Lymphadenektomie.
Prof. Dr. rer. nat. Wolfgang A. Schulz
Funktion der Histondemethylase UTX/KDM6A im Urothelkarzinom
Zu den charakteristischen genetischen Veränderungen im Urothelkarzinom zählen inaktivierende Mutationen von Proteinen, die über Histonmodifikationen und Chromatinstruktur die Genregulation steuern. Besonders häufig betroffen ist die Histondemethylase UTX (Gen: KDM6A). Die Auswirkungen solcher Mutationen auf die biologischen Eigenschaften der Tumoren sind bisher ungeklärt. Daher werden wir mittels lentiviraler Transduktion Urothelkarzinom-Zelllinien herstellen, in denen funktionales UTX gezielt induziert bzw. herunterreguliert werden kann. In diesem Modell können die Bedeutung von UTX auf Eigenschaften der Tumorzellen bestimmt werden, besonders auf ihre Fähigkeit zur langfristigen Vermehrung und ihren Differenzierungszustand. Weiterhin werden über globale Genexpressions- und Chromatinbindungsstudien die spezifischen Zielgene von UTX in urothelialen Zellen ermittelt. Schließlich wird untersucht, ob Zelllinien mit UTX-Mutationen sensitiver gegenüber Medikamenten aus der Klasse der "epigenetischen Inhibitoren" sind, besonders gegenüber Inhibitoren von EZH2, einem physiologischen Gegenspieler von UTX, das in den meisten fortgeschrittenen Urothelkarzinomen überexprimiert wird.
2015
Brustdrüse
Prof. Dr. rer. nat. Gisela Anton
Nutzung der Dunkelfeld-Röntgenbildgebung zur Verbesserung der Detektion und Klassifikation von Mammakarzinomen
Die Röntgenbildgebung in Form der Mammographie ist eine wesentliche Säule der medizinischen Bildgebung der Brust. U. a. sind für die Differentialdiagnostik Mikrokalzifikationen ab einer Größe von ca. 100 μm zu erkennen. Die neuartige Methode der Talbot-Lau-Phasenkontrast-Röntgenbildgebung liefert neben dem Standard-Absorptionsbild das Phasen- und das Dunkelfeldbild. Für idealisierte Aufnahmebedingungen ist es möglich, mit Hilfe des Dunkelfeldbildes die typischen Mikrokalkarten – Calciumoxalat (mit benignen Veränderungen assoziiert) und Hydroxylapatit (sowohl mit benignen als überwiegend auch mit malignen Veränderungen assoziiert) – im Bild zu identifizieren. Im Projekt soll das Verfahren auf reale Bedingungen erweitert werden und validiert werden. Dazu sollen ca. 150 Mastektomieproben direkt nach der Operation zur Bildgebung ans Department Physik gebracht werden und anschließend in der Pathologie histologisch aufgearbeitet werden. Darüber hinaus sollen geometrische Eigenschaften wie Verteilung, Form und Ausdehnung der beiden Mikrokalktypen im Dunkelfeld ermittelt und mit der Tumordiagnostik korreliert werden.
Prof. Dr. rer. nat. Hendrik Fuchs
SO1861-Shuttlesysteme zur zielgerichteten Freisetzung von Wirkstoffen zur Tumortherapie: 2. Testung des Transportsystems im Maustumormodell mit klinisch relevanten Antikörpern (2)
Die Behandlung inoperabler Tumoren mit Immunotoxinen stellt eine viel versprechende Strategie dar, die in klinischen Studien zu einer signifikanten Verlängerung der progressionsfreien Überlebenszeit führte. Jedoch wird nur ein sehr geringer Teil der cytosolisch wirksamen Toxine nach zellulärer Aufnahme aus den Endosomen freigesetzt, während der Großteil lysosomal abgebaut wird. Daher sind hohe systemische Dosen erforderlich, die mit schwerwiegenden Nebenwirkungen einhergehen. Durch die Einlagerung des glykosylierten Triterpenoids SO1861 in die endosomale Membran konnten wir ein Fusionsprotein aus dem Toxin Saporin und dem epidermalen Wachstumsfaktor aus Endosomen freisetzen, sodass wir eine 50-fache Steigerung der Wirkung im Maustumormodell erzielen konnten. In der ersten Förderperiode haben wir im Zellkulturmodell erfolgreich gezeigt, dass dieses Verfahren generell auf Antikörper übertragbar ist. Anhand der klinisch zugelassenen Antikörper Cetuximab, Panitumumab, Trastuzumab und Pertuzumab wollen wir nunmehr am Mausmodell zeigen, dass das SO1861-Shuttlesystem auch in vivo zu einer signifikanten Verbesserung etablierter Therapien führt und als Plattformtechnologie einsetzbar ist.
Dr. rer. nat. Erik Henke
Mechanismen der Stabilisierung der extrazellulären Matrix während der metastatischen Kolonisierung und Auswirkung auf die Behandlung metastatischer Karzinome
Metastasierung ist ein mehrstufiger Prozess. Einmal im Zielorgan angelangt, müssen Tumorzellen einen neuen funktionsfähigen Tumor bilden. Dabei proliferieren sie nicht nur, sondern bauen sich auch schrittweise eine eigene Mikroumgebung aus extrazellulärer Matrix und Stromazellen auf. Diese Mikroumgebung unterstützt weiteres Tumorwachstum, aber schützt die entstehenden Metastasen auch vor Therapeutika. Inhibierung von Lysyloxidasen führt zu einer verbesserten Wirkstoffeinbringung in etablierte Tumore und beeinträchtigt gleichzeitig den Neuaufbau der Mikroumgebung von Metastasen. Unsere Grundhypothesen sind, dass a) die Inhibierung des Aufbaus einer Mikroumgebung die Ausbildung etablierter Makrometastasen verhindert, und b) dies wiederum eine erhöhte Therapiesensitivität zur Folge hat. In dem Versuchsvorhaben soll zunächst über genomweites Expressions-Profiling der schrittweise Aufbau der Mikroumgebung von Brustkrebsmetastasen auf molekularer Ebene verfolgt werden. In einem zweiten Schritt soll untersucht werden, inwieweit matrixstabilisierende Enzyme beim Aufbau der Mikroumgebung beteiligt sind und inwiefern deren Inhibierung optimal zur Therapieunterstützung eingesetzt werden kann.
Prof. Dr. med. habil. Udo Markert
Untersuchungen an der menschlichen Plazenta zu erwünschten und unerwünschten Wirkungen von Medikamenten zur Behandlung von Brustkrebs in der Schwangerschaft
Aufgrund des in Industrieländern steigenden Alters bei Eintritt einer Schwangerschaft ereignet sich zunehmend eine Koinzidenz mit Brustkrebs. Zudem erfordert eine häufig verspätete Diagnose des Karzinoms eine adjuvante systemische Chemotherapie. Deshalb soll geprüft werden, ob das Mamma-Karzinom bzw. dessen medikamentöse Behandlung in der Schwangerschaft schädliche Effekte auf die Plazenta und somit auch auf den Fetus ausübt. Hierzu sollen einerseits von der German Breast Group bereits gesammelte Plazentaproben von mindestens 49 Patientinnen mit Brustkrebs in der Schwangerschaft sowie andererseits von gesunden Schwangeren untersucht werden. Außerdem soll die Wirkung gängiger Medikamente zur Behandlung von Brustkrebs in der Schwangerschaft im Zellkulturmodell getestet werden und parallel dazu die Nebenwirkungen an humanem ex vivo Plazentagewebe. Zuletzt soll mittels „ex vivo Plazenta-Perfusion“ geprüft werden, in welchem Maße gering toxische Präparate vom mütterlichen auf den fetalen Kreislauf übertreten. Anhand der Ergebnisse sollen Hinweise für zu erwartende plazentatoxische Wirkungen durch Zytostatika zur Behandlung von Brustkrebs in der Schwangerschaft formuliert werden.
PD Dr. rer. nat. Andrea Pichler
Neue SUMO Enzyme als Zielgene für die Krebstherapie
Die natürlich vorkommende Substanz Camptothecin (CPT) ist für seine DNA-schädigende zytostatische Aktivität bekannt und CPT Derivate finden in der Krebstherapie verschiedener maligner Tumore ihre Anwendung. Behandelt man Zellen in Kultur mit CPT resultiert das in einem globalen Anstieg der Proteinmodifikation mit dem kleinen ubiquitin verwandten Protein SUMO2/3 (small ubiquitin related modifier). Wir haben vor kurzem eine neue SUMO Enzymklasse entdeckt, die genau diese CPT abhängige Sumoylierung reguliert. Da die Reduktion der Sumoylierung mit verlangsamtem Tumorwachstum assoziiert ist, ist es gut vorstellbar, dass die Inaktivierung unserer Enzyme einen neuen Ansatz zur Krebstherapie darstellt. In dem vorliegenden Antrag wollen wir die CPT-abhängigen Substrate unserer Enzyme identifizieren, verifizieren und anschließend detailliert charakterisieren. Die gewonnenen Erkenntnisse bilden die Grundlage für anschließende klinische Studien zur Untersuchung von Expressionsmuster von Enzymen und Substraten in unterschiedlichen Tumorgeweben. Für Chemiker bilden die Resultate eine Basis um nach Substanzen zur spezifischen Enzyminaktivierung zu suchen, die potentielle Zytostatika darstellen.
Prof. Dr. med. Christine Spitzweg
Optimierung von Effektivität und Tumorselektivität der mesenchymalen Stammzell (MSC)-vermittelten Natrium/Iodid Symporter (NIS)-Gentherapie durch Kombination mit regionaler Hyperthermie: Anwendung von NIS als theranostisches Gen
Unsere Ergebnisse aus der ersten Förderperiode zeigen eindrücklich das enorme Potential genetisch modifizierter mesenchymaler Stammzellen (MSCs) als tumorselektive Transportvehikel für das Natrium/Iodid-Symporter (NIS)-Gen. NIS als ein gut charakterisiertes “theranostisches“ Gen erlaubt das detaillierte, nicht-invasive in vivo Tracking der MSCs mittels 123I-Szintigraphie und 124I-PET Imaging, sowie die effektive therapeutische Radionuklid-Applikation (131I, 188Re). Als logische Konsequenz unserer Proof-of-principle Studien und als nächster Schritt in Richtung klinische Anwendung, planen wir im vorliegenden Antrag die Stimulation der Effektivität des MSC-vermittelten NIS-Gentherapieansatzes durch die Kombination mit Hyperthermie, was im vorliegenden Antrag – im ersten Schritt – in Leber- und Mammakarzinom-Xenotransplantat-Tumoren untersucht werden soll. Das Potential der Hyperthermie, die Effizienz der MSC-vermittelten NIS-Gentherapie zu maximieren, wird unter Verwendung Hitze-induzierbarer Promoteren, die eine kontrollierte, robuste Transgenexpression gewährleisten, untersucht. Das NIS-Reportergen-System dient zum Monitoring und zur Quantifizierung der Hitze-Induzierbarkeit der NIS-Expression, sowie zur detaillierten Analyse der Stimulierbarkeit der tumoralen MSC-Rekrutierung durch regionale Hyperthermie-Vorbehandlung. Darüber hinaus planen wir die Analyse eines potentiellen additiven Effektes zwischen NIS-vermittelter Radioiodtherapie und der Hyperthermie, auf der Grundlage ihres eigenen antitumoralen und ihres gut charakterisierten radiosensibilisierenden Effektes.
Gastrointestinaltrakt, Mundhöhle + Speicheldrüsen
PD Dr. rer. nat. Friederike Berberich-Siebelt
Die Rolle der NFAT-Transkriptionsfaktoren in der akuten Graft-versus-Host Disease und der Graft-versus-Leukämie Reaktion (2)
Patienten, die eine allogene hämatologische Stammzell- oder Knochenmarktransplantation (allo-HCT) erhalten, leiden häufig an schwerwiegenden Komplikationen. Die Abwehrreaktion des übertragenen Immunsystems gegen den Empfänger wird als „Transplantat-Wirt-Reaktion“ (GvHD) bezeichnet. In geringem Ausmaß wird eine GvHD in Kauf genommen, weil die Übertragung von funktionellen Lymphozyten insofern erwünscht ist, als diese auch evtl. verbliebene maligne Zellen zerstören und daher das Rezidivrisiko verringern. Man spricht von „Graft-versus-Leukämie“ (GvL). Die geplanten experimentellen Vorhaben unterstützen die Forschung zur Vermeidung bzw. Einschränkung der GvHD unter Erhalt der erwünschten GvL-Reaktion. Calcineurin-Inhibitoren, Immunsuppressiva, die in der Klinik eingesetzt werden, wirken auf die Transkriptionsfaktorfamilie NFAT, sind aber nicht sehr spezifisch, führen zu unerwünschte Nebenwirkungen und hemmen überdies auch den gewünschten GvL-Effekt. Wir erforschen in präklinischen Mausmodellen – mit gewissem Erfolg während der 1. Antragsperiode –, ob eine spezifische Hemmung von NFAT-Faktoren die GvHD bei Beibehaltung des GvL-Effekts hemmt. Eine vorläufige Therapieoption ist angedacht.
PD Dr. phil. nat. Dr. med. habil. Angela Brieger
Untersuchung der Bedeutung der reduzierten Expression von MLH1 und Zytoskelett-assoziiertem Spectrin alpha II für ein verringertes Metastasepotential von Darmtumoren
Veränderungen des DNA Mismatch-Reparatur (MMR) Gens MLH1 sind die häufigste Ursache für die Krebsentstehung beim erblichen Lynch-Syndrom, aber auch für 15 % aller sporadischen Darmtumoren verantwortlich. MLH1-defiziente Kolonkarzinome zeigen eine deutlich geringere Metastasierungsneigung und insgesamt eine bessere Prognose. Wir konnten nachweisen, dass MLH1-defiziente Zellen ein verändertes Zytoskelett besitzen, eine reduzierte Expression des zytoskelett-assoziierten Spectrin alpha II (SPTAN1) zeigen und eine verminderte Migrationsfähigkeit aufweisen. Im vorliegenden Projekt wollen wir, unter Verwendung eines breiten molekularbiologischen Methodenspektrums und durch retrospektive Untersuchungen an einem umfangreichen Patientenkollektiv, die Frage klären, ob ein direkter Zusammenhang von MLH1 und SPTAN1 zur Metastasenbildung von Darmtumoren zu sehen ist oder ob diese Proteine in andere wichtige Schlüsselmechanismen der Krebsentstehung involviert sind. Wir hoffen hierdurch Mechanismen aufzuklären, die es künftig ermöglichen, die Aggressivität von Tumoren zu beeinflussen, um dies für eine verbesserte Therapie von Darmkrebs nutzbar zu machen.
Prof. PhD Stephan Feller
Kombinationstherapie-Screening beim Plattenepithelkarzinom der Zunge
Molekular zielgerichtete Monotherapien bei Tumoren sind meist nur begrenzt effektiv, da sich oft rasch Therapieresistenzen entwickeln. Die Anwendung klinisch etablierter Medikamente in neuen Kombinationen (Drug Repurposing) kann hier möglicherweise schneller Abhilfe schaffen als die Suche nach völlig neuen Substanzen. Dieser ‘Fast-Track’ ist jedoch für Pharmafirmen nicht kommerziell interessant. Neue Institute wie das Target Discovery Institute der Universität Oxford (TDI) werden daher eigens eingerichtet, um akademischen Forschern Kombinationscreens zu ermöglichen. Wir haben mit dem TDI eine sehr erfolgreiche Pilotstudie abgeschlossen und möchten nun einen umfangreicheren Kombinationsscreen durchführen, sowie die mechanistischen Grundlagen initial vielversprechender Kombinationstherapien aufklären. Durch umfangreiche Studien konnten wir zeigen, dass Src-Familie Kinasen (SFK) eine ganz zentrale Rolle bei Überleben, Proliferation, und Migration von Plattenepithelkarzinomen der Zunge spielen. Dasatinib inhibiert SFK in Patienten und ist Ausgangspunkt für die robotisch unterstützten Kombinationstestungen. In einer 2. Antragsphase sollen dann Tierexperimente folgen.
Dr. rer. nat. Gerd Krause
Targeting Claudin-überexpremierender Lungen- und kolorektaler Karzinome mittels modifiziertem Clostridium perfringens enterotoxin
Das nicht-kleinzellige Lungen- und das kolorektale Adenokarzinom zählt zu den häufigsten Krebsarten. Wir beabsichtigen zu deren Behandlung, modifiziertes Clostridium perfringens Enterotoxin (CPE) zu verwenden. CPE ist für Zellen toxisch, die bestimmte Claudin-Subtypen (Cld, z. B. Cld3, Cld4) exprimieren. Sie sind Tight-Junction (TJ) Proteine, die für die Regulation der parazellulären Permeabilität und Aufrechterhaltung der Zellpolarität verantwortlich sind. In Lungen- und Kolonkarzinomen sind jedoch Cld1 und Cld5 überexprimiert, die als potentielle Targets verwendet werden können. Hierfür soll spezifisch modifiziertes CPE generiert werden, das selektiv an Cld1 und/oder Cld5 bindet, um gezielt die entsprechenden Tumorzellen und nicht die normalen epithelialen Zellen zu eliminieren. Es soll die Wirkung von rekombinantem CPE Protein und dem CPE Gentransfer bezüglich der Effizienz der Claudin-gerichteten Zytotoxizität in verschiedenen humanen Lungen- und kolorektalen Krebszelllinien verglichen werden. Erfolgreich getestete CPE-Varianten, sollen anschließend in vivo Tumorzell-abgeleiteten (CDX) und in Patienten-abgeleiteten Xenotransplant (PDX) Tumormodellen verwendet werden.
Prof. Dr. rer. nat. Heiner Schäfer
Einfluss des Transkriptionsfaktors Nrf2 auf die Metabolische Reprogrammierung kolorektaler Zellen während der entzündlichen Karzinogenese des Darmes
Der Transkriptionsfaktor Nuclear factor E2 related factor-2 (Nrf2) hat eine Schlüsselfunktion in der Zellantwort gegenüber oxidativem und xenobiotischem Stress. Nrf2 entfaltet außerdem sowohl anti- als auch protumorigene Wirkung, wobei die Umstände dieses Wirkungsdualismus noch wenig verstanden sind. Im Kontext einer chronischen Entzündung und der inflammatorischen Karzinogenese, z. B. des Darmes, kommt Nrf2 vermutlich eine wichtige Rolle zu, indem u. a. die epitheliale Adaptation an inflammatorischen/oxidativen Stress und onkogene Signalwege zusammenwirken. Dies könnte auch die metabolische Reprogrammierung und Kompartimentierung betreffen, die im Zusammenhang mit dem Erwerb eines malignen Phänotyps von großer Bedeutung sind. Aufgrund seiner vor kurzem beschriebenen modulatorischen Wirkung auf den Glukose- und Energiestoffwechsel könnte Nrf2 somit ein wichtiges Bindeglied darstellen zwischen oxidativem Stress während einer chronischen Entzündung des Darmes und Veränderungen des Metabolismus im Zuge der entzündlichen Karzinogenese. Dies soll an prämalignen Kolonepithel- und Kolonkarzinomzellen experimentell untersucht sowie an einem großen Patientenkollektiv validiert werden.
Genitaltrakt, männlich
PD Dr. rer. nat. Gazanfer Belge
Evaluation der microRNA miR-371a-3p als neuartiger Serum-Biomarker für Patienten mit Keimzelltumoren des Hodens
Die klinische Behandlung der Hodentumoren wird wesentlich geleitet durch die Messung der Serum-Konzentrationen der etablierten Tumormarker AFP, β-HCG und LDH. Diese Biomarker sind jedoch nur bei etwa 50-60 % aller Keimzelltumoren erhöht. Daher besteht ein großer Bedarf an zuverlässigeren und aussagekräftigeren Tumormarkern mit hoher Spezifität. microRNAs (miRNAs) sind eine neue Klasse RNA-Moleküle, die eine hohe Spezifität für bestimmte Tumoren aufweisen. Sie sind nicht nur im Tumorgewebe zu finden, sondern werden auch von den Tumoren sezerniert, so dass sie in das Blut der Patienten gelangen und dort sehr stabil sind. Die miRNA miR-371a-3p ist spezifisch für Keimzelltumoren des Hodens. In diesem Projekt soll die RNA aus den Serumproben der adulten Patienten mit Keimzelltumoren und aus Serumproben von Kontrollen im gleichen Alter isoliert und die Expressionsprofile der im Serum zirkulierenden miR-371a-3p mittels quantitativer Real-Time PCR bestimmt werden. Ziel dieses Vorhabens ist es, ein neues Verfahren zur Diagnose und Verlaufskontrolle von Keimzelltumoren zu etablieren, das hinsichtlich der Spezifität und Sensitivität besser geeignet ist als die bisherigen Marker.
Prof. Dr. Christoph Plass
Epigenetische Biomarker für die Prognose von Prostatakrebs
Prostatakrebs (PCa) ist eine der häufigsten und heterogensten Krebsarten bei Männern. Der klinische Verlauf von PCa ist sehr variabel und erfordert zuverlässige prognostische Marker für individualisierte Ansätze in der Therapie. Wir postulieren, dass sich anhand von DNA Methylierungsunterschieden in Tumorproben von PCa-Patienten der Verlauf der Erkrankung vorhersagen lässt. Wir werden durch Illumina 450k Analysen genomweit den Methylierungsgrad von >480.000 CpG Stellen in 100 stringent ausgewählten Proben von Patienten mit guter und schlechter Prognose ermitteln. Bioinformatische Auswertung und Vergleich mit Datensätzen internationaler Konsortien ermöglichen die Marker-Priorisierung für Validierung und Replikation in einer unabhängigen Kohorte von 700 Patienten. Die mit Methylierungsveränderungen einhergehenden Genexpressionsveränderungen werden wir immunhistochemisch auf Gewebe-Mikroarrays mit >12.000 Proben von PCa-Fällen mit bis zu 10 Jahren klinischem Follow-Up untersuchen und so klinisch diagnostische Tests vorbereiten. Dieser Ansatz liefert beste Voraussetzungen für die erfolgreiche Entwicklung von DNA Methylierungs- oder Genexpressions-Biomarkern für die Prognose von PCa.
Genitaltrakt, weiblich
Prof. Dr. Felix Hoppe-Seyler
Hemmung der E6/E7-Onkogenexpression humaner Papillomviren in hypoxischen Tumorzellen
Onkogene HPV-Typen sind wichtige Karzinogene. Fast alle funktionellen Studien der HPV E6/E7-Onkogene erfolgten unter Standard-Zellkulturbedingungen (21 % O2). HPV-positive Tumore enthalten jedoch häufig stark hypoxische Bereiche. Wir zeigen, dass HPV-positive Zellen unter Hypoxie (1 % O2) die E6/E7-Expression effizient abschalten können und arretieren. Eine Reoxygenierung führt zur Re-Induktion der E6/E7-Expression und der Zellproliferation. Die hypoxische E6/E7-Repression wird über die PI3K/AKT-Kaskade vermittelt. Die Befunde stellen zentrale Konzepte des Arbeitsfelds in Frage, nach denen HPV-positive Tumorzellen die E6/E7-Expression stets aufrecht erhalten müssen. Dies hat wichtige klinische Implikationen. Hypoxische Tumorzellen könnten sich durch eine E6/E7-Hemmung therapeutischen Angriffen (Immuntherapie, Radio-und Chemotherapie, E6/E7-Inhibitoren) entziehen. Zudem könnten derzeit klinisch getestete PI3K/AKT-Inhibitoren die HPV-Onkogene in hypoxischen Zellen reinduzieren. Die Aufklärung des AKT-abhängigen Hemmmechanismus der E6/E7-Onkogenexpression und seine mögliche Beeinflussung durch klinisch eingesetzte PI3K/AKT-Inhibitoren stehen daher im Zentrum der geplanten Studien.
Prof. Dr. rer. nat. Frank Stubenrauch
Mechanismen der antiviralen Wirkung von Interferon-kappa und Sp100 auf karzinogene humane Papillomviren (3)
Infektionen mit high-risk humanen Papillomviren (HR-HPV) sind ein notwendiger Risikofaktor für die Entstehung von Präkanzerosen und invasiven Zervixkarzinomen. Die Befunde der zweiten Förderperiode belegen, dass Interferon (IFN)-kappa das Wachstum von Zellen mit persistent replizierenden HR-HPV Genomen inhibiert und innerhalb von 4-6 h die virale Transkription reduziert. Transkriptomanalysen zeigen, dass IFN-kappa die Expression von 220 zellulären Genen mehr als 2-fach innerhalb von 4 h verändert. RNA Interferenz- und Kotransfektionsexperimente belegen, dass IFN-kappa induzierte Sp100 Proteine an der Inhibition der viralen Transkription in infizierten Zellen beteiligt sind und identifizieren so erstmals Sp100 als Interferon-stimuliertes Gen mit anti-HPV Aktivität. Interessanterweise wurde Sp100 bereits als Restriktionsfaktor bei der Etablierung von HR-HPV Infektionen beschrieben. IFN-kappa wird, im Gegensatz zu anderen IFN, konstitutiv exprimiert, was vermuten lässt, dass IFN-kappa durch die Aktivierung der Sp100 Expression als Restriktionsfaktor von HPV-Infektionen agiert.
Haut + malignes Melanom
Jun.-Prof. Dr. rer. nat. Baki Akgül
Mechanismen der HPV8-E7 bedingten Keratinozyten-Invasion (2)
Der helle Hautkrebs ist eine bösartige Erkrankung bei Organtransplantat-Empfängern und wird mit humanen Papillomviren (z. B. HPV8) assoziiert. Allerdings sind die zellulären Vorgänge, die der HPV bedingten Hautkrebsentwicklung zugrunde liegen, wenig verstanden. Wir konnten in der ersten Förderphase nun zeigen, dass das E7 Protein von HPV8 epitheliale-mesenchymale Transition (EMT) von Keratinozyten induziert, die durch eine erhöhte Expression von ZO-1 und beta-catenin sowie einem cadherin-switch gekennzeichnet ist. Das EMT erlaubt die Invasion von humanen Zellen, die (i) durch das extrazelluläre Protein Fibronektin und (ii) durch Integrin alpha3 an der Zell-Oberfläche stimuliert wird. Die Mutation des Motifs V-L-P in E7 hingegen führte zum Verlust der invasiven Eigenschaften. Hemizygot transgene Mäuse, in der HPV8-E7 unter der Kontrolle des Keratin-14 Promotors steht, entwickeln Hauttumoren 3 Wochen nach einer einmaliger UVA/B Bestrahlung.
PD Dr. rer. nat. Hans-Dietmar Beer
Mehr als Entzündung: Eine neue Funktion von Caspase-1 in der Uv-induzierten Apoptose mit Relevanz für die Hautkrebsentstehung
UV-Strahlung kann zu Sonnenbrand führen und ist für die Entstehung von Hautkrebs verantwortlich. Dabei stellen Melanome eine der tödlichsten Krebsvarianten dar, weißer Hautkrebs die häufigste. Programmierter Zelltod (Apoptose) wirkt der malignen Transformation entgegen. Dennoch ist die UV-induzierte Apoptose in Hautzellen nur sehr unvollständig verstanden. Sonnenbrand wird durch Aktivierung der Protease Caspase-1 in Inflammasomkomplexen induziert. Wir konnten kürzlich zeigen, dass Caspase-1 auch die UVB-induzierte Apoptose reguliert, wobei die meisten Inflammasomproteine keine Rolle spielen. Deshalb soll in diesem Projekt der molekulare Mechanismus der Aktivierung von Caspase-1 bei der UVB-induzierten Apoptose von menschlichen Keratinozyten mittels eines Proteomics-Ansatzes untersucht und charakterisiert werden. Experimente in der Maus und die Analyse menschlicher Hauttumore dienen der Überprüfung der Funktion der identifizierten Proteine. Ein besseres Verständnis der UVB-induzierten Apoptose ist nicht nur für die medizinische Grundlagenforschung wichtig, sondern trägt auch zur Entwicklung neuer Strategien zur Verhinderung und Therapien zur Behandlung von Hautkrebs bei.
Univ.-Prof. Dr. med. Regina C. Betz
Systematische Charakterisierung des Exoms, Methyloms und Transkriptoms ekkriner Schweißdrüsenkarzinome als Grundlage für zielgerichtete Therapien
Ekkrine Porokarzinome (EP) stellen die größte homogene Untergruppe ekkriner Schweißdrüsenkarzinome dar. Sie imponieren klinisch variabel, zeigen histologisch jedoch ein charakteristisches Bild. Bei ca. 20 % der Patienten treten Lokalrezidive oder metastasierende mit einer hohen Mortalität einhergehende Verläufe auf. Bei EP handelt es sich um sporadische Tumoren, deren Entstehung höchstwahrscheinlich auf dem kumulativen Erwerb somatischer Mutationen beruht. Genetik und Pathogenese sind unbekannt, die therapeutische Situation unzureichend. Mittels Exomsequenzierung von 30 Tumoren, die uns vorliegen, soll das somatische Mutationsspektrum von EP charakterisiert und Tumor-relevante Gene identifiziert werden. Zur Analyse epigenetischer Regulationsmechanismen (Methylom) und Genexpressionsmuster (Transkriptom) werden Chip-basierte Technologien angewandt. Die Vergrößerung des Kollektivs um weitere 60 EP (19 vorliegend) gewährleistet eine ausreichende Fallzahl zur Validierung erhobener Befunde. Mit bioinformatischen Methoden sollen Signalwege und metabolische Netzwerke charakterisiert werden. Diese Untersuchungen legen Grundlagen für die Etablierung neuer zielgerichteter Therapien bei den EP.
Prof. Dr. rer. nat. Anja-Katrin Bosserhoff
Bedeutung des Proteins MIA bei der Onkogen-induzierten Seneszenz (2)
MIA ist ein sekretiertes Protein, das stark von Melanomzellen, jedoch nicht von Melanozyten exprimiert wird. Die MIA-Expression spielt bei der Progression und Metastasierung des Melanoms eine wesentliche Rolle. Interessante neue Aspekte der MIA Proteinfunktion wurden durch die Kreuzung MIA-defizienter Mäuse mit „Melanommäusen“ (Grm1-transgene) aufgezeigt, die entgegen unserer Erwartungen ein beschleunigtes Tumorwachstum zeigten. Hierauf basiert unsere Hypothese, dass MIA eine Rolle bei der Onkogen-induzierten Seneszenz spielt. In den letzten Jahren wurde der Mechanismus der Onkogen-induzierten Seneszenz und dessen bedeutende Rolle in der Tumorentstehung entdeckt. Die Aktivierung von Onkogenen führt in Tumor-Vorstadien zu Seneszenz und verhindert zunächst eine Progression. Durch ungeklärte Mechanismen können prä-maligne seneszente Zellen diesen Tumorsuppressormechanismus umgehen und zur malignen Zelle entarten. Aufgrund der Ergebnisse der ersten Förderperiode wissen wir, dass MIA an der Onkogen-induzierten Seneszenz als Effektormolekül beteiligt ist und somit eine wichtige Rolle in der frühen Melanomentstehung spielt. Die Untersuchungen sollen im Folgeantrag fortgesetzt werden.
Prof. Dr. med. Georg Häcker
Bedeutung der Regulation des anti-apoptotischen Proteins Mcl-1 durch die neue Deubiquitinase Usp27x für das Überleben von Tumorzellen und Tumorentstehung
Apoptotischer Zelltod ist ein Mechanismus, der Tumorentstehung und Möglichkeiten der Tumortherapie zentral mitbestimmt. Mcl-1 ist ein wichtiges Apoptose-regulierendes Protein; hohe Mcl-1-Spiegel in einer Zelle können die Tumorentstehung begünstigen und die Therapie von Tumoren erschweren. In unseren Vorarbeiten haben wir ein Enzym gefunden, das die Höhe der Mcl-1-Spiegel in Tumorzelllinien stark regulieren kann. Dieses Enzym (Usp27x; bislang nicht funktionell beschrieben) assoziiert mit Mcl-1. Mcl-1 ist sehr labil, und sein Spiegel wird wesentlich dadurch bestimmt, dass sog. E3-Ligasen das kurze Protein Ubiquitin mit Mcl-1 verknüpfen, was zum Abbau von Mcl-1 führt. Usp27x kann nun Ubiquitin wieder entfernen und dadurch Mcl-1 stabilisieren. Basierend auf diesen und weiteren Vorarbeiten verfolgt dieses Projekt die Hypothese, dass die Regulation von Mcl-1 durch Usp27x ein wichtiger Vorgang ist, wie insbesondere onkogene Kinasen Apoptose inhibieren, und einen Mechanismus der Therapieresistenz von Tumorzellen darstellt. Die vorgeschlagenen Arbeiten wollen die molekularen Hintergründe dieser Regulation untersuchen und die Bedeutung von Usp27x für Tumorentstehung und -erhaltung verstehen.
Prof. Dr. rer. nat. Peter Michael Kloetzel
Importance of endoplasmic aminopeptidase ERAP1 in the shaping of human melanoma epitopes
Adoptive T-Zell-Therapie ist eine innovative und alternative Möglichkeit der Behandlung von Tumoren, die auf der effizienten Prozessierung und Präsentation entsprechender antigener Zielstrukturen beruht. Die Generierung höchstaffiner Peptidliganden, die auf der Zelloberfläche an Haupthistokompatibilitäts-Komplex (MHC)-Klasse-I-Moleküle gebunden und somit spezifischen CD8+T- Lymphozyten präsentiert werden, erfordert eine sequenzielle Abfolge intrazellulärer proteolytischer Schritte. Sehr häufig werden dabei durch das Proteasomsystem Epitop-Vorläufer-Moleküle gebildet, die zwar am C-Terminus die für die Bindung an (MHC)-Klasse-I-Moleküle erforderlichen Ankeraminosäuren aufweisen, am N-Terminus aber noch überzählige Aminosäuren besitzen. Zur Verbesserung der Affinität und der Menge antigener Peptide für eine optimierte T-Zell-Erkennung müssen diese Vorläufer-Peptide durch ER-residente Aminopeptidasen (ERAP) N-terminal getrimmt werden. Deshalb sind ERAPs wichtige Modulatoren für eine effiziente Anti-Tumor-Immunantwort. Das im Folgenden beschriebene Projekt beschäftigt sich mit der Bedeutung dieses finalen proteolytischen Schrittes für die T-Zell-vermittelte Abstoßung maligner Melanome.
Univ.-Prof. Dr. med. Angela Krackhardt
In depth characterization of the immunopeptidome in malignant melanoma for the development of defined T-cell-dependent anti-tumor immunotherapies
Das metastasierte maligne Melanom (MMM) ist eine aggressive Erkrankung mit hoher Mortalität. In jüngster Zeit zeigten sich vielversprechende Erfolge durch neue Immuntherapien, allerdings ist hinsichtlich Tumor-spezifischer Zielstrukturen und Effektorzellen noch wenig bekannt. Ziel des Projektes ist eine umfassende immunpeptidomische Analyse von Tumorproben von Patienten mit MMM mit Hilfe der Massenspektrometrie. Die Datensätze werden bioinformatisch innovativ analysiert und de-Novo-Sequenzierungs-Analysen werden etabliert, um tumorspezifische Peptidliganden zu identifizieren. Die Ergebnisse werden mit klinischen Daten der Patienten korreliert und Peptidliganden werden hinsichtlich ihrer Eignung als Tumor-Abstoßungs-Antigene geprüft. Weiterhin wird das T-Zell-Rezeptor (TCR)-Repertoire für definierte Peptidspezifitäten von Patienten und gesunden Spendern analysiert. Zusammengefasst hat diese Studie zum Ziel, neue Zielantigene und TCR zu definieren, die direkt zur Verbesserung der Therapieoptionen beim MMM beitragen, sowie prädiktive Biomarker für ein Therapieansprechen bei dieser gefährlichen Erkrankung zu identifizieren.
Prof. Dr. med. Manfred Kunz
AntimiR nanoparticles for melanoma treatment
In Tumoren aberrant exprimierte miRNAs besitzen eine große Bedeutung in der Tumorigenese und Tumorprogression, und sind damit interessante therapeutische Targets. Wir haben eine Reihe von miRNA-Kandidaten identifiziert, die in Melanomen pathologisch hochreguliert und offenbar an der Melanomentwicklung, -progression und -metastasierung beteiligt sind. Hier sollen spezifisch gegen diese miRNAs gerichtete inhibitorische ligonukleotide (antimiRs) in vitro und in Mausmodellen in vivo untersucht werden. Es werden sowohl stabil mit antimiRs transduzierte Zellen benutzt, als auch optimale antimiRs zur therapeutischen Anwendung in vivo in polymeren Nanopartikeln formuliert. Es soll so die Wirksamkeit von antimiR-enthaltenden Nanopartikeln auf Tumorwachstum und Metastasierung beim malignen Melanom nachgewiesen werden. Zur Validierung der spezifischen Effekte der antimiR-Behandlung wird deren Einfluss auf ausgewählte Zielgene/-proteine untersucht. Es werden somit im vorliegenden Antrag in Nanopartikel formulierte antimiRs für innovative Therapieansätze beim malignen Melanom exploriert, was das gegenwärtige therapeutische Repertoire der Melanombehandlung deutlich erweitert könnte.
Prof. Dr. med. Christina Pfannenberg
Frühzeitige Evaluierung des Therapieansprechens bei Patienten mit metastasiertem malignem Melanom mittels des multiparametrischen Hybridbildverfahrens PET/MR
Für das Melanom sind BRAF/MEK Inhibitoren u. anti-CTLA-4/a-PD-1 Antikörper wirkungsvolle Therapien, die häufig mit Nebenwirkungen einhergehen u. kostenintensiv sind. Das Monitoring erfolgt mit RECIST-Kriterien. Seit Einführung der PET/CT, die morphologische u. metabolische Bildgebung kombiniert, wurden PERCIST-Kriterien vorgeschlagen, um Änderungen von Größe u. Glucosestoffwechsel zu kombinieren. Das Kriterium der Größenänderung wird der Wirkung neuer Substanzklassen jedoch nur bedingt gerecht. So spielt die veränderte Tumorzelldichte bei der Anti-Angiogenese eine Rolle; Antikörper können durch induzierte Entzündungen sogar zur transienten Tumorzunahme führen. Es gibt Hinweise, dass das Tumoransprechen nach neuen targeted therapies mittels PET o. funktioneller MRT früher darstellbar ist als zum Standard-Kontrolltermin nach 3 Mon. Dies stellt die Rationale für ein frühes Monitoring 2 Wo. nach Therapiestart mit multiparametrischer PET/MRT dar. Da für Melanompatienten im Stadium IV die mittlere Überlebenszeit bei ca. 12 Mon. liegt, hätte ein früheres Re-Staging mit einer eventuellen Therapieanpassung in Zukunft erhebliche Konsequenzen für den individuellen Krankheitsverlauf.
Dr. rer. nat. Melanie Werner-Klein
Identifizierung von prognostischen Markern durch die Analyse des funktionellen Stammzellphänotyps beim Melanom
Beim malignen Melanom gibt die Anzahl der disseminierten Krebszellen (DCCs) im Wächterlymphknoten Aufschluss über das individuelle Sterberisiko, wobei nach wie vor individuelle Verlaufsvorhersagen ungenau sind. Eine verbesserte Risikoabschätzung – und damit unmittelbar eine Chance für Therapiestratifizierung und immer gezieltere Interventionen – könnte jedoch über die Identifizierung der molekularen Eigenschaften der DCCs möglich werden. Unter der Annahme, dass DCCs die erfolgreich im Mausmodell anwachsen (funktioneller Stammzellphänotyp), auch im Patienten ein erhöhtes metastasiogenes Potential haben, möchten wir die Ergebnisse des Xenograft-Modells mit der umfassenden molekularen Charakterisierung der ex-vivo isolierten DCCs kombinieren. Wir wollen so Kandidatenmarker identifizieren, die metastasiogene und nicht-metastasiogene DCCs unterscheiden helfen und diese Marker an einem unabhängigen Patienten-Kollektiv validieren. Über das unmittelbare Ziel einer verbesserten Prognoseabschätzung hinaus, sollen diese Untersuchungen der Identifizierung von immunogenen und molekularen Zielstrukturen für die adjuvante Therapie dienen und die Grundlage für verbesserte präklinische Modelle liefern.
Herz + Gefäße
Prof. Dr. med. Christian Sinzger
Die Rolle von pUL74 für Replikation und Ausbreitung des humanen Cytomegalovirus: Anwendung molekularer Grundlagen für die Entwicklung antiviraler Hemmstoffe (2)
Das humane Cytomegalovirus (HCMV) gefährdet unter anderem Knochenmark-transplantierte Leukämiepatienten. Zur Therapie sind DNA-Polymerase-Inhibitoren verfügbar, die jedoch knochenmarkstoxisch sind. Besser verträgliche Wirkstoffe sind wünschenswert. Unser Ziel ist es, Stoffe zu entwickeln, die die Funktion des viralen Glykoprotein-Komplexes gH/gL/pUL74 beim Viruseintritt in die Zelle spezifisch hemmen und so die Infektion bereits initial verhindern. Aus der funktionellen Kartierung von pUL74 sollen gezielt Peptide abgeleitet werden, die Interaktionen des gH/gL/pUL74-Komplexes stören können. Das zelluläre Protein PDGFRα, das in löslicher Form den Viruseintritt hocheffizient hemmt, soll so mutiert werden, dass es den natürlichen Liganden PDGF nicht mehr bindet, sondern nur auf HCMV wirkt. Um die Rolle von pUL74 für die Replikation klinischer Isolate zu verstehen, soll ein Zellkulturmodell entwickelt werden, das anders als bisherige Kultursysteme auch genetisch intakte HCMV-Stämme zellfrei verbreiten kann. Als Ergebnis erwarten wir: (i) chimäre PDGFRα-Fc-Moleküle, die spezifisch nur die Virusinfektion hemmen, und (ii) aus UL74 bzw. PDGFRα abgeleitete Entry-Inhibitoren auf Peptidbasis.
Immunsystem + Hämatopoese
Prof. Dr. med. Peter Bannas
Bildgebung und Therapie von CD38-positiven hämatologischen Neoplasienmit rekombinanten Nanobodies (2)
Das Projekt fokussiert auf die Optimierung der Bildgebung und Therapie von hämatologischen Neoplasien mit CD38-spezifischen rekombinanten Nanobodies im Mausmodell. Für die Tumor-Bildgebung werden monovalente Nanobodies (15 kD) und bispezifische Diabodies (30 kD) verglichen. Unsere Hypothese ist dabei, dass die bispezifischen Diabodies ebenfalls renal eliminiert werden, jedoch eine verbesserte spezifische Bindung gegenüber den monovalenten Nanobodies zeigen, und dadurch eine maximale Tumor-zu-Hintergrund Ratio erreichen. Für die Tumor-Therapie werden rekombinante Nanobody- und Diabody-Toxin bzw. Fc-Fusionsproteine eingesetzt. Toxin (50 kD) und Fc-Fusionsproteine (80-95 kD) liegen an/über der renalen Filtrationsgrenze und verweilen lange in der Zirkulation. Diese Konstrukte werden hinsichtlich ihrer Fähigkeit den Zelltod der Zielzellen auszulösen mit rekombinanten Varianten (ScFv-Fc-Fusionsproteine) des bereits in klinischen Studien eingesetzten konventionellen „Daratumumab“ Antikörpers verglichen. Wir erwarten, dass unsere Ergebnisse dazu beitragen, CD38-exprimierende hämatologische Neoplasien mit Hilfe rekombinanter Nanobodies besser nachweisen und therapieren zu können.
Dr. rer. nat. Matthias Bartneck
Erforschung der Rolle von monozytären Zellen für die Hepatokarzinogenese anhand der therapeutischen Modulation CCR2-abhängiger Invasion und Differenzierung
Das Hepatozelluläre Karzinom (HCC) ist eine häufig letale Komplikation chronischer Lebererkrankungen. Die Blockade der Monozyten-Invasion durch pharmakologische Inhibition des Chemokins CCL2 mit Hilfe des Antagonisten mNOX-E36 reduziert die Angiogenese in der experimentellen Fibrose im Mausmodell, ohne die Fibroseprogression zu verringern. Die Auswirkungen dieser molekularen und zellulären Mechanismen auf die Hepatokarzinogenese sind derzeit weitgehend unklar. Da Angiogenese ein wichtiger Aspekt der Karzinogenese ist, postulieren wir, dass die Inhibition pro-angiogener Monozyten über CCL2 eine neuartige Therapie zur Verhinderung von HCC in der Fibrose darstellen kann. Daher soll die Anwendung des Inhibitors mNOX-E36 im kombinierten Leberschadensmodell (Fibroseinduktion plus Tumorinduktion in Mäusen) evaluiert werden. Methodisch stehen neben Durchflusszytometrie innovative Bildgebungsverfahren wie ex vivo und in vivo µCT zur Angiogenese-Darstellung sowie Multiphotonen-Mikroskopie zur intravitalen Bildgebung der Monozyten-Migration im Vordergrund. Die Charakterisierung der Genexpression der Zellpopulationen erfolgt mittels Nanostring nach Sorting sowie in funktionellen Experimenten.
Prof. Dr. med. Gerhard Behre
Funktionelle Charakterisierung PML/RARα-regulierter microRNAs in vitro und in vivo
In der akuten Promyelozytenleukämie (APL) führt das onkogene Fusionsprotein PML/RARα zu einer veränderten Expression sowie Funktion differenzierungsrelevanter Gene, wobei der exakte Mechanismus noch nicht vollständig geklärt ist. Im vorliegenden Antrag soll der Mechanismus der PML/RARα-abhängigen Transkriptionsregulation von Genen am Beispiel des miR-181a/b-Genclusters, welchem wir bereits in unseren publizierten Vorarbeiten eine funktionelle Relevanz in der APL zuweisen konnten, untersucht werden. Dabei sollen detaillierte proteinbiochemische und molekularbiologische Untersuchungen zur Interaktion mit potentiellen Kofaktoren und Inhibitoren durchgeführt werden. Weitere Ziel-mRNAs des miR-181a/b-Clusters sollen anhand der SILAC-Methode identifiziert und anschließend funktionell charakterisiert werden. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Identifikation weiterer PML/RAR-regulierter microRNA-Protein-Netzwerke durch Next Generation Sequencing und SILAC sowie deren funktionelle Charakterisierung in vitro und in vivo (APL-Xenograftmodell). Die Ergebnisse sollen zu einem verbesserten Verständnis der Entstehung der APL und zur Etablierung neuer Therapieansätze beitragen.
Prof. Dr. rer. nat. Anne-Laure Boulesteix
Kombinierte statistische Analyse von genetischen-, transkriptom-, und methylierungs-Daten sowie Kopienzahlvariationen bei Patienten mit Akuter Myeloischer Leukämie
Durch die Erforschung der molekularen Hintergründe von Leukämien mittels Hochdurchsatzverfahren entstehen zunehmend große Datensätze bestehend aus Genetischen-, Genexpressions-, Methylierungs- und Kopienzahlvariations-Daten. Auf lange Sicht sollen diese Informationen dazu dienen, die Prognose der Patienten zu verbessern und Subgruppen zu identifizieren, die von einer zielgerichteten Therapie profitieren. Aufgrund der Komplexität der Daten beschränken sich aktuell jedoch die meisten der Analysen auf die Auswertung eines spezifischen Datensatzes, z. B. nur DNA-Sequenzierungsdaten. Dieses Projekt hat zum Ziel, das Potential bereits erhobener Daten zur Akuten Myeloischen Leukämie (Daten aus „The Cancer Genome Atlas“ sowie Daten aus der eigenen Arbeitsgruppe) auszuschöpfen, indem Informationen zu molekularen Vorgängen durch die integrative Untersuchung der Zusammenhänge zwischen verschiedenen Datentypen mit statistischen Methodologien, die über einfache Auswertungen hinaus gehen und der komplexen Struktur sowie dem Volumen der Daten gerecht werden, extrahiert werden. Dabei sollen Pipelines entstehen, die ebenfalls bei späteren Projekten mit ähnlichen Fragestellungen Anwendung finden.
Prof. Dr. rer. nat. Britta Eiz-Vesper
Bedeutung der T-Zell-vermittelten Tumorkontrolle durch Freisetzung und Kreuzpräsentation Epstein-Barr-Virus-assoziierter Antigene aus infizierten malignen B-Zellen nach Rituximab Therapie
Aufgrund der eingeschränkten zellulären Immunität in immunsupprimierten Patienten ist das onkogene Potential von Epstein-Barr-Virus (EBV) zur unkontrollierten Proliferation und malignen Transformation infizierter B-Zellen stark erhöht. Bei der Therapie maligner B-Zell-Lymphome mit dem CD20 Antikörper Rituximab wird häufig eine verstärkte T-Zellaktivierung beobachtet. In der geplanten Studie soll der Einfluss von Rituximab auf die Aktivierung EBV-spezifischer T-Zellen und deren Bedeutung für die Tumorkontrolle untersucht werden. Es soll gezeigt werden, dass die Kreuzpräsentation von EBV Antigenen aus Rituximab-zerstörten B-Zellen zu einer verstärkten T-Zellantwort führt. In diesem Zusammenhang soll der Einfluss immunmodulatorischer Zellen (Natürliche Killer- (NK), NKT- und regulatorische T-Zellen) und sezernierter Faktoren (Zytokine, Chemokine) analysiert werden. Die gewonnenen Ergebnisse werden zum weiterführenden Verständnis der Komplexität der Rituximab-Therapie mit (a) direkter Wirkung (Eliminierung maligner B-Zellen) und (b) indirekter Wirkung (Aktivierung EBV-spezifischer T-Zellen und anderer Immunzellen) beitragen und die Etablierung individualisierter Therapien vorantreiben.
Dr. rer. nat. Aurélie Ernst
Chromothripsis in Krebs – Kontext, Mechanismen und Modelle
Neue Studien zeigten Krebszellen auf, die Chromosome mit Hunderten von geclusterten genomischen Veränderungen aufweisen, welche vermutlich durch ein einziges katastrophales Ereignis entstehen [1]. Chromothripsis, diese neue Form der Genominstabilität, die in mehreren Krebserkrankungen identifiziert wurde, ist mit einer schlechten Prognose assoziiert [2]. Ziele dieses Projekts sind i) zu definieren, in welchem Kontext Chromothripsis auftritt, ii) die Mechanismen dieses Prozesses zu verstehen und iii) in vitro Assays zu entwickeln. Normale und Tumorzellen von Patienten mit DNA Reparaturdefekten sollen mittels Genomweitsequenzierung analysiert werden, um Chromothripsis zu detektieren. Die Auswirkungen von DNA schädigenden Substanzen und ionisierender Strahlung auf das Auftreten von Chromothripsis und auf klonale Selektion sollen über den Vergleich zwischen de novo, sekundären und Therapie assoziierten Leukämiefällen ermittelt werden. Die Rolle von Mikrokernen als mögliche Ursache für den lokalisierten DNA Schaden soll untersucht werden. Geclusterte DNA Doppelstrangbrüche sollen mittels Laserbestrahlung oder über CRISPR/Cas induziert werden, um ein Modellsystem zu etablieren.
Dr. med. Philipp Greif
Charakterisierung von genetischen, klinischen und morphologischen Subgruppen der Akuten Myeloischen Leukämie (AML) durch Exom-Sequenzierung
Akute myeloische Leukämie (AML) ist eine genetisch heterogene Erkrankung. Im Laufe des letzten Jahrzehnts wurde bei AML Patienten eine wachsende Anzahl von wiederholt auftretenden somatischen Mutationen identifiziert. Mittels Exom-Sequenzierung haben wir vor Kurzem eine spezifische Assoziation von Mutationen in den interagierenden Transkriptionsfaktoren CEBPA und GATA2 entdeckt (Greif et al., 2012b). Diese Ergebnisse legen nahe, dass die scheinbare genetische Komplexiät der AML definierte Läsionen in Signalwegen widerspiegelt, welche für die Leukämieentstehung eine entscheidende Rolle spielen. Um solche Signalwege zu entdecken und zu entschlüsseln, werden wir weitere genetisch, klinisch und zytomorphologisch definierte Subgruppen der AML systematisch auf zusätzliche Mutationen mittels Exom-Sequenzierung untersuchen. Die somit identifizierten Kandidatengene werden durch Expression oder gezielte Herunterregulierung (knock down) in Zellkulturmodellen funktionell überprüft. Es ist zu erwarten, dass dieses Projekt nicht nur zum Verständnis der individuellen Krankheits-Ursache beiträgt, sondern auch neue Angriffspunkte für Therapien liefert.
Prof. Dr. Jochen Hühn
Selective targeting of Foxp3+ regulatory T cell function to improve anti-tumor immunity
Bei vielen Krebsarten stellt die Anreicherung von Foxp3+ regulatorischen T Zellen (Tregs) im Tumorgewebe eine kritische Hürde für die erfolgreiche Immuntherapie dar und ist direkt mit einer unzureichenden Tumor-spezifischen Immunantwort assoziiert. In Vorarbeiten konnten wir erstmals experimentell zeigen, dass die T-Zell-vermittelte Immunantwort gegen bereits etablierte Tumore durch das selektive Entfernen von Foxp3+ Tregs verstärkt werden kann und diese Strategie einen vielversprechenden therapeutischen Ansatz darstellt. In der klinischen Anwendung ist die selektive Depletion von Foxp3+ Tregs allerdings wegen des Fehlens spezifischer Depletionsreagenzien nach wie vor eine große Herausforderung. Daher wollen wir in diesem Projektvorhaben kürzlich identifizierte, vielversprechende Naturstoffe aus Myxobakterien testen, welche die Expression von Foxp3 und damit die suppressorischen Eigenschaften der Tregs hemmen können. Ziel dieses Projekts ist es, sowohl unter Verwendung von primären T Zellen aus der Maus bzw. dem Menschen als auch mithilfe präklinischer Tiermodelle neue Therapien zur Verbesserung der Tumorimmunogenität sowie zur Optimierung effizienter Tumorimpfstoffe zu entwickeln.
Dr. rer. nat. Christian Kellner
Lymphomtherapie durch NKG2D-Aktivierung mittels bispezifischer Antikörper
Natural killer group 2 member D (NKG2D) spielt eine Hauptrolle bei der Immunabwehr von Tumoren und stellt einen interessanten aktivierenden Rezeptor für bispezifische Antikörper zur Rekrutierung von NK- und T-Zellen gegen Krebszellen dar. Eigene Vorarbeiten zeigen, dass rekombinante Immunliganden via NKG2D NK-Zellzytotoxizität induzieren und synergistisch mit therapeutischen Antikörpern wirken. Hier sollen erstmals neue, bispezifische NKG2D-gerichtete Antikörper gegen Zielantigene auf Leukämien und Lymphomen entwickelt werden. Von diesen bispezifischen Antikörpern erwarten wir uns einzigartige Effektorfunktionen: Indem sie NK-Zellzytotoxizität auslösen, synergistisch mit therapeutischen Antikörpern wirken und möglicherweise T-Zell-Antworten fördern, könnten sie Funktionen vereinen, die in dieser Kombination weder monoklonale noch CD3- oder CD16-gerichtete bispezifische Antikörper besitzen. Dieses Antikörperformat könnte eine innovative therapeutische Strategie darstellen und mit etablierten immuntherapeutischen Ansätzen kombiniert werden. Die Ergebnisse sollen die Grundlage zur Entwicklung neuer innovativer antikörperbasierter Therapeutika zur Behandlung von Tumoren liefern.
Dr. med. PhD Florian Kuchenbauer
Behandlung der akuten myeloischen Leukämie durch Targeting von microRNA-155
Sowohl microRNAs (miRNAs), kurze nicht-kodierende RNAs, als auch die Homeobox (HOX-) Gen-MEIS1-Signalachse sind Schlüsselmoleküle für die Entstehung von akuter myeloischer Leukämie (AML). In einem Screening konnten wir miR-155 als signifikanteste, deregulierte miRNA in AML-Zellen identifizieren. Die Überexpression von miR-155 zusammen mit dem Hox-Gen Hoxa9 führte zur Entstehung von AML in Mäusen. Zudem konnte die Überexpression von miR-155 in Proben von Patienten mit AML unterschiedlicher genetischer Subgruppen validiert werden, was miR-155 zu einem neuen therapeutischen Target in AML macht. In Zusammenarbeit mit Dr. F. Slack aus Boston werden wir einen von ihm entwickelten miR-155-Antagonisten in Kombination mit Chemotherapie in unserem AML-Mausmodell testen. Zudem planen wir die Identifikation der relevanten miR-155-Zielgene und deren funktionelle Validierung in vivo. Die Therapie der AML basiert seit Jahrzehnten auf Polychemotherapie und allogener Stammzelltransplantation mit 5-Jahres-Überlebensraten von 50 %. Aus diesem Grund sind neue, innovative Ansätze notwendig, wie z. B. die Modulation von miRNAs, um molekulare Schwachstellen der AML therapeutisch zu nutzen.
Prof. Dr. rer. nat. Stefan Linder
Kinesin-abhängiger Transport der Matrix-Metalloproteinase MT1-MMP bei der Invasion primärer Makrophagen
Die invasive Migration von Makrophagen spielt eine zentrale Rolle im Immunsystem, aber auch bei der Tumor-Dissemination. Zum gezielten Eindringen in Gewebe ist der lokale Abbau der extrazellulären Matrix erforderlich. Makrophagen besitzen hierfür spezielle Strukturen, die Podosomen, die Matrix-lytische Enzyme rekrutieren. Von besonderer Bedeutung ist dabei die Matrix-Metalloproteinase MT1-MMP, die in Vesikeln entlang des Mikrotubuli-Systems zu Podosomen transportiert wird. Das vorliegende Projekt befasst sich mit einem neuen Regulator dieses Transports, dem Motorprotein KIF16B. Initiale Versuche zeigen, dass KIF16B einen spezifischen Teil des MT1-MMP Regelkreises beeinflusst, das schnelle Recycling von endozytiertem MT1-MMP zurück zur Zelloberfläche. Depletion von KIF16B führt somit zu starker Reduktion der Proteinase auf der Zelloberfläche und zu drastisch vermindertem Matrix-Abbau. Wir werden die spezifischen Interaktionen zwischen MT1-MMP, KIF16B und ihren vesikulären Bindungspartnern aufklären. Zudem werden wir untersuchen, wie KIF16B-abhängige MT1-MMP Exposition in Makrophagen die Ko-Invasion von Krebszellen in 3D Matrix beeinflusst. Ziel ist die Identifikation von KIF16B als therapeutisches target. Hierfür sollen inhibitorische Peptide entwickelt werden, die MT1-MMP von KIF16B entkoppeln und so die Modulation der Makrophagen- und Krebszell-Invasion ermöglichen.
PhD Tatyana Nekova
Etablierung von Dicer1/miRNA als Immunoproteasom-modulierende Zielstrukturen in der Myelomtherapie
Die Integrität des Proteasoms spielt eine entscheidende Rolle für das Überleben von Myelomzellen. Auch wenn die Wirksamkeit von Proteasominhibitoren in zahlreichen klinischen Studien nachgewiesen wurde, treten im Verlauf der Behandlung häufig Resistenzen und dosislimitierende Nebenwirkungen auf. Vor diesem Hintergrund wurden neue Substanzen entwickelt, die selektiv das in Myelomzellen exprimierte Immunoproteasom angreifen und somit systemische Toxizität vermeiden. Durch eigene Beobachtungen wissen wir, dass die Expression der Immunoproteasom-Untereinheit PA28 streng mit der Funktion von Dicer1 korreliert, einem Enzym, das maßgeblich die Prozessierung von miRNA und damit Zellzyklus und Apoptose regulierende Gene steuert. Da das Proteasom integraler Bestandteil apoptotischer Signalwege ist, konzentrieren wir uns hier auf die regulatorischen Eigenschaften von miRNA und Dicer1 in der Interaktion mit PA28. Insbesondere sollen nicht-enzymatische Funktionen von Dicer1 identifiziert und biochemisch charakterisiert werden. Die Relevanz des beantragten Projekts liegt in der Etablierung von Dicer1 als neuer Zielstruktur in der Myelomtherapie, parallel zur Inhibition des Immunoproteasoms.
PD Dr. med. Olaf Penack
Schutz des Endothels als neue Behandlungsstrategie bei Steroid-refraktärer „graft-versus-host“ Krankheit
Die wesentliche Komplikation der allogenen hämatopoetischen Stammzelltransplantation (allo-KMT) ist die graft-versus-host Krankheit (GVHD), an der ca. zwei Drittel der Patienten nach allo-KMT erkranken. Leider sprechen etwa 30% der an GVHD erkrankten Patienten nicht auf eine primäre Behandlung mit Steroiden an. Bei diesen Patienten kommt es meist zur Progredienz der GVHD mit in der Regel tödlichen Folgen. Es besteht daher dringlicher medizinischer Bedarf nach neuen Behandlungsmethoden, deren Entwicklung bisher durch das Fehlen eines präklinischen Modells erschwert wurde. In Vorarbeiten haben wir bereits ein murines allo-KMT Modell für die Steroid-refraktäre GVHD etabliert. Das Endothel könnte eine Zielstruktur für innovative therapeutische Verfahren zur Behandlung der Steroid-refraktären GVHD sein, da unsere Daten und aktuelle Veröffentlichungen auf eine Verbindung von Endothelschäden und dem Auftreten der Steroid-refraktären GVHD hinweisen. Unsere Ziele sind: 1. Die Rolle der Endothelschädigung während der Steroid-refraktären GVHD zu erforschen 2. Die Gabe von Endothelprotektiva als neues therapeutisches Konzept bei der Steroid-refraktären GVHD zu testen
Prof. Dr. med. Michael Pfreundschuh
Identifikation antigener Zielstrukturen von B-Zell-Rezeptoren zur Behandlung von B-Zell-Neoplasien
In Sander-Stiftung-geförderten Vorarbeiten identifizierten wir die antigenen Zielstrukturen der B-Zell-Rezeptoren (BCR) von MGUS und Multiplen Myelom, CLL und primären ZNS-Lymphomen, mittlerweile auch von ABC-DLBCL und Mantelzell-Lymphomen. Außer bei der CLL fand sich bei jeder Lymphomentität ein dominantes, meist posttranslational modifiziertes Autoantigen, was die jeweilige Autoimmunogenität erklärt. Einige Modifikationen werden dominant vererbt und sind die ersten molekular definierten und stärksten Risikofaktoren für die entsprechenden Lymphomtypen. Bei 4/5 Ig+ Hodgkin-aragranulomen war ein bakterielles Antigen (rpoC von Moraxella catarrhalis) die BCR-Zielstruktur als erstmaliger Hinweis für die pathogenetische Rolle eines infektiösen Agenz bei diesem Lymphomtyp. Die Dominanz einzelner Autoantigene ermöglicht einen völlig neuen Therapieansatz mit BARs (BCR-antigens for reverse targeting), dessen Effektivität und ultimative Spezifität in vitro und im SCID-Maus-Modell belegt wurden. Ziel des vorliegenden Antrags ist es, die Zahl identifizierter BARs so zu erhöhen, dass sie für die Mehrheit der Patienten zu einer echten Therapiealternative wird.
Prof. Dr. med. Leticia Quintanilla-Fend
Molekulare Charakterisierung des nodalen pädiatrischen follikulären Lymphoms
Das pädiatrische follikuläre Lymphom (PFL) ist eine 2008 neu in die WHO Klassifikation aufgenommene Variante des FL. Im Gegensatz zum adulten FL weist das PFL keine t(14;18) auf. Es wurden 2 Typen des PFL beschrieben: der erste Typ dominiert im Waldeyerschen Rachenring und ist oft mit IRF4/MUM1 Translokationen assoziiert; beim nodalen Typ ist sehr wenig über Pathogenese und genetische Alterationen bekannt. Das adulte FL zeigt häufig Mutationen in Histon-modifizierenden Genen. Dies lässt eine wichtige Rolle epigenetischer Alterationen in der Pathogenese des FL vermuten. Unser Ziel ist die Analyse einer großen Serie von PFLs durch Next Generation Sequencing unter Verwendung eines AmpliSeq Custom Panels, welches 12 häufig im adulten FL mutierte Gene enthält. Dieses Panel soll basierend auf den Ergebnissen des bei 5 Fällen geplanten Whole Exome Sequencing ergänzt werden, um weitere potenziell pathogene Alterationen zu identifizieren. Das Projekt zielt auf die Identifizierung molekularer Ursprungsläsionen, um die Pathogenese des PFL besser zu verstehen und möglicherweise Patienten mit Progressionsrisiko, die eine Upfront-Therapie benötigen könnten, zu erkennen.
PD Dr. med. Ellen Renner
Hyper-IgE Syndrome: Monogenetische Modellerkrankungen für Immundysregulation (2)
Leiden Kinder an Ekzem und hohem IgE, stellen Ärzte meist die Diagnose Neurodermitis. Kommen häufige Infektionen der Haut und Lunge hinzu und werden die Kinder trotz intensiver Therapie nicht gesund, wächst der Verdacht eines angeborenen Immundefekts, z. B. eines Hyper-IgE Syndroms (HIES). HIES zählen zu jenen angeborenen Krankheiten, die darauf beruhen, dass ein bestimmtes Gen im Erbgut mutiert ist. Neben genannten Symptomen macht der Immundefekt anfällig für Tumoren. HIES-Varianten entstehen durch STAT3-Fehlregulationen. Der STAT3-Signalweg trägt zur Regulation von Zellentwicklung und -wachstums bei. STAT3-Fehlregulationen wurden bereits mit Tumoren in Verbindung gebracht. Dank der Förderung der Wilhelm Sander-Stiftung konnten wir bereits Erkenntnisse zu einer Patientin mit einem ungeklärten STAT3-Signalwegsdefekt verzeichnen. Um fehlende Puzzlesteine ergänzen und Grundlagen von STAT3-Signalwegsdefekten aufklären zu können, benötigen wir zusätzliche Unterstützung durch die Wilhelm Sander-Stiftung. Unsere Ergebnisse haben möglicherweise nicht nur weitreichende Bedeutung für Kinder mit seltenen Erkrankungen, sondern auch für andere immunologische Krankheiten wie Tumorerkrankungen.
Prof. Dr. rer. nat. Dr. sc. Edgar Serfling
NFATc1-Induktion: Ein molekularer Mechanismus zur Kontrolle von Anergie und Immunität (3)
NFAT (‚Nuclear Factor of Activated T Cell')-Transkriptionsfaktoren sind zentrale Schalter des Immunsystems des Menschen. Ihre Hemmung durch Cyclosporin A (CsA) rettete vielen Transplantations-Patienten das Leben. Allerdings hat CsA viele Nebenwirkungen, so dass eine längere CsA-Therapie zu Komplikationen führt. Wir konnten an Mausmodellen zeigen, dass NFATc1 – der prominenteste NFAT-Faktor in aktivierten Lymphozyten – sowohl das Überleben von Lymphom-Zellen als auch die Abstoßung transplantierter Herzen und die Entstehung von Autoimmunerkrankungen kontrolliert. Das ist eng mit der Synthese von NFATc1/A verknüpft, einer kurzen NFATc1-Isoform, die sich deutlich von anderen NFAT-Faktoren unterscheidet. Wir haben in den ersten beiden Förderperioden stabile B-Zell-Linien und BAC transgene Mäuse etabliert, die NFATc1-bio Proteine (über-) exprimieren. Damit können relativ einfach nukleäre Protein-Partner und NFATc1-Target-Gene charakterisiert werden. Gegenstand diesen Antrags sind Projekte, die NFATc1-Proteinpartner aus voll aktivierten sowie anergischen Lymphozyten zu bestimmen, um Targets für kausale Therapien von Krebs- und Autoimmun-Erkrankungen in Zukunft zu ermitteln.
Prof. Dr. rer. nat. Martin Zörnig
Analyse und Inhibition der onkogenen Funktion des FUSE Binding Protein 1 (FUBP1) in Leukämie-induzierenden Zellen der chronisch myeloischen Leukämie
Der Transkriptionsregulator FUSE Binding Protein 1 (FUBP1) wirkt im hepatozellulären Karzinom (HCC) über die Inhibition pro-apoptotischer und Zellzyklus-reprimierender Gene als potentes Onkoprotein. Zudem konnten wir für FUBP1 eine essentielle Funktion bei der Selbsterneuerung muriner hämatopoetischer Stammzellen nachweisen. Wir möchten untersuchen, ob FUBP1 auch für die Selbsterneuerung Leukämie-induzierender Zellen (LICs) bei der chronisch myeloischen Leukämie (CML) wichtig ist. Unsere Voruntersuchungen in Maus-Transplantationsmodellen legen nahe, dass FUBP1 für die CML Leukämogenese benötigt wird, nicht aber für die Entwicklung einer akuten myeloischen Leukämie (AML). Mit Hilfe verschiedener experimenteller Ansätze (Maus-Transplantationsmodelle, Analyse von primärem Patientenmaterial, RNA-Sequenzierungsanalysen) sollen neue Gene identifiziert werden, deren (Fehl-) Regulation durch FUBP1 eine wichtige Rolle bei der Leukämogenese spielt. Zudem wollen wir einen selbst entwickelten und im HCC bereits eingesetzten FUBP1-Inhibitor für eine therapeutische Anwendung im CMLMausmodell – auch in Kombination mit dem klinisch verwendeten Tyrosinkinase-Inhibitor Imatinib – austesten.
Kanzerogenese allgemein / sonst. onkologische Themen
Prof. Dr. rer. nat. Olivier Gires
Innovative Therapiemodalitäten für solide EpCAM-positive Tumoren
Das Vorhaben befasst sich mit der zielgerichteten Therapie und Wirkstoffentwicklung zur Optimierung von Therapien EpCAM-positiver Karzinomen. Epitheliales Zelladhäsionsmolekül EpCAM ist aufgrund seiner häufigen und starken Expression in Karzinomen und Krebsstammzellen ein vielversprechendes Zielmolekül zur Entwicklung innovativer Therapien. EpCAMs onkogene Wirkung wird in Tumorzellen durch sequenzielle proteolytische Spaltung und Wechselwirkungen mit Interaktionspartnern induziert. Ziele: • Erproben von Kombinationstherapien aus EpCAM-spezifischen Antikörpern und Inhibitoren. • Strukturbiologische Analyse der Interaktion von EpCAM mit Bindepartnern. Der Interaktionsbereich zwischen EpCAM und den Bindungspartnern FHL2 und beta-Catenin soll strukturbiologisch untersucht werden, um nachfolgend potentielle Peptidhemmstoffe mittels Bioinformatik und „Medicinal Chemistry“ zu definieren und zu validieren. • Inhibitorische Moleküle, welche die onkogenen Effekte von EpCAM hemmen, sollen aus Bibliotheken synthetischer Wirkstoffe isoliert werden. Potentielle Inhibitoren werden anschließend als „Hit“ (strukturbasiert) optimiert und in zellulären und in vivo Systemen validiert.
Prof. Dr. rer. nat. Albert Jeltsch
Funktionelle Untersuchung von somatischen Tumormutationen in Protein Lysin Methyltransferasen (PKMTs)
Methylation of lysine residues is an important post-translational modification of histone and non-histone proteins, which is introduced by protein lysine methyltransferases (PKMTs). Recently, somatic mutations in PKMTs were discovered in various tumors. Here, we plan to investigate the mechanism of such somatic cancer mutations in important PKMTs in vitro and in cells. We will study the influence of the mutations on central enzymatic properties of the PKMTs: 1) The amino acid sequence substrate specificity, which determines the potential of PKMTs to methylate various different substrates. 2) The influence of existing methylation on the target lysine, which determines the dependence on other PKMTs. 3) Whether mono-, di-, or trimethylated lysine is generated as product, which determines the biological effect of the lysine methyl-ation. 4) If the PKMT mutations alter the proliferation of cells. 5) The effect of known PKMT inhibitors on selected PKMT cancer mutants. Our data will help to understand the carcinogenic mechanism of PKMT mutations and PKMTs in general and develop individualized cancer therapies.
Knochen, Muskulatur + Bindegewebe
Prof. Dr. med. Stefan Burdach
Die molekulare Signatur des HybridPET/MR bei pädiatrischen Knochentumoren: Zur Entschlüsselung der Interphase von funktioneller Genomik und funktioneller Bildgebung in Bezug auf Tumormetabolismus, Metastasierung und Resistenz
Von den Fortschritten der Pädiatrischen Onkologie haben Jugendliche und junge Erwachsene (ado-lescents and young adults AYAs) mit Knochentumoren bisher zu wenig profitiert. Seit 20 Jahren stagnieren die Überlebensraten weitgehend; ca. ein Drittel der AYAs verstirbt nach wie vor an diesen Krebs-Erkrankungen. Die Individualisierung der Therapie durch funktionelle bildgebende sowie genetische Untersuchungen hat daher das Potential, sowohl die Heilungsraten zu erhöhen als auch Defektheilungen zu verringern. Hochdurchsatzverfahren (HT-Omics) erlauben heute eine individuelle Profilierung des Patienten. Ungeklärt sind sowohl die phänotypischen Zusammenhänge zwischen molekularer Signatur und funktioneller Bildgebung als auch deren Mechanismen. Das hier beantragte Forschungsprojekt adressiert Herausforderungen der Transitionsmedizin bei den beiden häufigsten pädiatrischen Knochentumoren, Ewing-Sarkom (ES) und Osteosarkom (OS) durch eine Zusammenführung von funktioneller Genomik und funktioneller Bildgebung.
Univ.-Prof. Dr. med. Dr. rer. nat. Eric Hesse
miRNA-basierte Therapie zur Behandlung von Knochenmetastasen
Todesfälle bei Patienten mit Brustkrebs treten oft aufgrund von Metastasen auf, wobei diese sich am häufigsten in den Knochen ansiedeln. Im Knochen stören Brustkrebszellen das Gleichgewicht zwischen Knochenauf- und –abbau. Dies führt zur Bildung osteolytischer Läsionen. Gegenwärtige Therapien hemmen zwar die Knochenresorption, vermindern aber nicht wesentlich die metastatische Last, weshalb neue Therapiekonzepte dringend benötigt werden. Kürzlich wurden micro-RNAs (miRNAs) als neue therapeutische Ansatzpunkte identifiziert. Unsere Arbeitsgruppe konnte zeigen, dass die Metastasierung von Tumorzellen durch Supplementierung von miR-135 inhibiert wird. Wir postulieren daher, dass die systemische Gabe von miR-135 als neuer Ansatz gegen osteolytische Läsionen bei Brustkrebs eingesetzt werden kann. Um diese Hypothese zu prüfen, beabsichtigen wir i) die Regulation der Osteoklasten-Aktivität durch miR-135, ii) den Effekt einer systemischen Gabe von miR-135 auf den Knochenumbau, sowie iii) den therapeutischen Effekt einer Supplementierung von miR-135 auf die Bildung von Knochenmetastasen zu untersuchen. Wir gehen davon aus, dass diese Untersuchungen zu einem besseren Verständnis der Interaktion von Brustkrebszellen mit dem Knochen beitragen und die Entwicklung neuer Therapieansätze unterstützen werden.
Leber, Gallenwege + Pankreas (exokrin)
Prof. Dr. med. Volker Ellenrieder
Aktivierung des JAK/STAT3 Signalwegs in der NFATc1 vermittelten Karzinogenese: Transkription, Funktion und therapeutisches Potential im Pankreaskarzinom (2)
Charakteristisch für das duktale Adenokarzinom des Pankreas (PDAC) ist eine chronische Entzündung, die für die Tumorentstehung und -progression sowie für die Therapieresistenz von Bedeutung ist. Im Mittelpunkt unseres Interesses steht der inflammatorische Transkriptionsfaktor NFATc1 und seine onkogene Funktion im PDAC. In der ersten Förderperiode charakterisierten wir die NFATc1-abhängige transkriptionelle Repression des Tumorsuppressors p16INK4a in der Pankreaskarzinogenese. Weiterführende Arbeiten der ersten Förderperiode zeigten, dass die Funktion von NFATc1 maßgeblich durch die Interaktion mit dem inflammatorischen JAK/STAT3 Signalweg definiert wird. In der nächsten Förderperiode möchten wir den JAK/STAT3 Signalweg im Kontext einer chronischen Entzündung des Pankreas modulieren, die molekularen Konsequenzen auf die NFATc1 abhängige Transkription und Karzinogenese validieren und die Möglichkeiten dessen therapeutischen „Targetings“ untersuchen. Wir postulieren, dass durch Inhibition des JAK/STAT3 Signalwegs ein zentrales Modul der onkogenen NFATc1 Funktion unterbunden wird und sich hieraus neue Optionen zur Überwindung der Chemoresistenz in der Therapie des PDAC ableiten lassen.
Prof. Dr. Nisar Peter Malek
Analyse und Therapie von Steatosis und High Fat Diet als Risikofaktor bei der Karzinogenese des cholangiozellulären Karzinoms
Das cholangiozelluläre Karzinom (CCC) ist der zweithäufigste primäre Lebertumor. Inzidenz und Mortalität steigen weltweit an. Die meisten Patienten werden erst in einem fortgeschrittenen Tumorstadium diagnostiziert. Die Krankheitsursachen sind noch nicht vollständig bekannt. Für einige Neoplasien konnte bereits gezeigt werden, dass Adipositas mit einem ansteigenden Risiko für eine maligne Transformation einhergeht. So ist häufig das Proteohormon Leptin erhöht und das Peptidhormon Adiponektin erniedrigt. Die Adiponektin Expression korreliert dabei umgekehrt mit der Tumorgröße und Aggressivität. Im vorliegenden Antrag wollen wir zunächst den Risikofaktor Steatosis auf die in vitro und später mittels „High-Fat-Diet“ (HFD) in einem genetischen Mausmodell (AlbCre, LSL-KRASG12D, p53L/L) auf die in vivo CCC Karzinogenese untersuchen. In diesem Zusammenhang soll auch erstmalig eine Therapie mit AdipoRon®, einem Agonisten gegenüber Adiponektin Rezeptor I und II als anti-tumoröse Therapie untersucht werden. Ferner soll analysiert werden, ob Fettsäure (FS) und/oder HFD zentrale Tumorsignalwege beim CCC aktivieren und diese mittels AdipoRon® Therapie beeinflusst werden können.
Lunge + Atemwege
PD Dr. rer. physiol. Christoph Beißwenger
Einfluss der pulmonalen Entzündung auf die Entstehung von Lungenkarzinomen (2)
Das Lungenkarzinom (LK) ist einer der häufigsten und tödlichsten Tumorerkrankungen. Bei der Entwicklung des LKs spielt Entzündung eine wichtige Rolle. Raucher und COPD-Patienten haben ein erhöhtes Lungenkrebsrisiko und weisen eine veränderte mikrobielle Besiedelung und häufige Lungeninfektionen auf. In der ersten Antragsphase haben wir bisher gezeigt, dass pulmonale Entzündung zu einem Verlust epithelialer Barrierefunktion und zur Translokation von Bakterien in das Tumorgewebe führt und dies zum Tumorwachstum beiträgt. Wir zeigten, dass IL-17A aus Entzündungszellen und IL-17C das Wachstum des LKs fördern und Bakterien die Tumorzellproliferation direkt induzieren. IL-17C wurde in humanen LK-Biopsien nachgewiesen. Basierend auf der ersten Antragsphase wird die Hypothese nun weiter differenziert: Wir schlagen vor, dass Tumorzellen direkt über Toll-like Rezeptoren (TLR) aktiviert werden und dass von Tumorzellen gebildete IL-17C die Entzündung in der Tumormikroumgebung reguliert. In unseren Mausmodellen wird untersucht, ob die Aktivierung der TLR/IL-17C-Achse Tumorinitiierung und Tumorproliferation fördert und für die Rekrutierung von tumorassoziierten Entzündungszellen entscheidend ist.
Prof. Dr. rer. nat. Stefan Gaubatz
Mitotische Kinesine als neue therapeutische Ziele für Nicht-kleinzellige Lungenkarzinome
Das nicht-kleinzellige Lungenkarzinom (NSCLC) zählt zu den prognostisch ungünstigsten Tumoren. Bei bis zu 30 % der Patienten mit NSCLC finden sich aktivierende Mutationen in KRAS. Bisher ist es nicht gelungen, mutiertes K-RAS in einer zielgerichteten Therapie pharmakologisch auszuschalten. Es ist bekannt, dass das Wachstum von K-RAS-induzierten Tumoren indirekt von bestimmten zellulären Prozessen abhängt. Zum Beispiel benötigen KRAS transformierte Zellen für das Überleben Proteine, die wichtige Funktionen in der Mitose ausüben. Mitotische Proteine könnten daher neue molekulare Angriffspunkte für eine zielgerichtete Therapie darstellen. Mitotische Kinesine sind ATP-abhängige Motorproteine, die die dynamischen Eigenschaften von Mikrotubuli regulieren. Wir konnten zeigen, dass bestimmte mitotische Kinesine in NSCLC-Zellen in großen Mengen gebildet werden und dass das Wachstum der Tumorzellen stark von diesen Kinesinen abhängt. Es soll nun genauer geklärt werden, welche Rolle mitotische Kinesine in Mitose, chromosomaler Instabilität und Transformation spielen. Außerdem werden wir in einem Mausmodell für NSCLC untersuchen, wie mitotische Kinesine zur Tumorentstehung und -progression in vivo beitragen.
Prof. Dr. rer. nat. Jürgen Löffler
Diagnostische Strategien bei Krebspatienten mit respiratorischen Schimmelpilzinfektionen
Pilzinfektionen sind lebensbedrohende Komplikationen bei Krebspatienten. Sie gefährden den Behandlungserfolg moderner Krebstherapien. Parallel zu Verbesserungen im Management von Candidiasis und Aspergillose werden zunehmend Schimmelpilzinfektionen wie die Mucormykose beobachtet. Konventionelle mikrobiologischen Methoden erlauben den Erregernachweis nur spät oder gar nicht, weshalb diese Infektionen aufgrund von Antimykotikaresistenzen der Erreger letal verlaufen. Wir vergleichen molekulare Detektionsstrategien (Amplifikation fungaler DNA mit broad-range oder genusspezifischen PCR-Tests und Identifizierung von Pilzelementen mittels Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH)) mit dem diagnostischen Goldstandard (Mikroskopie und Kultur) aus bronchoalveolärer Lavage von Krebspatienten mit vermuteter Schimmelpilzinfektion. Weitere PCR-Tests werden eingesetzt, um methodisch bedingt falsch negative Befunde (PCR als Inhibitionskontrolle) oder präanalytische Faktoren (PCR zur Quantifizierung humaner DNA als Qualitätskontrolle klinischer Proben) zu erfassen. Als Arbeitsziele sind demnach zu nennen: - Die Erfassung des Spektrums von Schimmelpilzen in respiratorischen Proben von hämato-onkologischen Patienten. - Die Identifizierung einer optimalen Nachweisstrategie, basierend auf einem oder mehreren molekularen Verfahren zum Nachweis von Schimmelpilzen, insbesondere von Pilzen der Ordnung Mucorales, in respiratorischen Proben. Diese(s) Verfahren soll(en) sich durch überlegene diagnostische Eigenschaften von den bisherigen Verfahren abheben.- - Die Etablierung einer Infrastruktur für adäquate Probengewinnung (Qualitätskontrollen für respiratorische Proben), Probenversand und Diagnostik von Schimmelpilzinfektionen mit dem Fokus auf Mucorales. Durch Fortschritte in der Diagnostik und somit durch die Möglichkeit gezielter Therapien wird sich die Prognose von Krebspatienten mit Schimmelpilzinfektionen verbessern.
Nervensystem + Sinnesorgane
Prof. Dr. med. Martina Deckert
Analyse der B-Zell-Rezeptor-Spezifität primärer Lymphome des Zentralnervensystems und der von ihnen erkannten Antigene bzw. Epitope (2)
Die Tumorzellen primärer Lymphome des Zentralnervensystems (PCNSL) wurden zur Expression eines funktionellen BCR selektioniert, wozu ein Antigen notwendig ist. Um Antigene zu entdecken, wurde die Reaktivität von Tumor Immunglobulinen mittels rekombinierter Antikörper in einer Serie von 23 PCNSL analysiert. Diese identifizierte Proteine als BCR-Interaktionspartner, die unter physiologischen/pathologischen Bedingungen von zentralnervösen Zellpopulationen differentiell exprimiert werden und in Neurotransmission, Immunreaktionen sowie Onkogenese involviert sind. Nun sollen die relevanten Epitope charakterisiert werden und untersucht werden, ob diese Proteine als Antigene via BCR-Interaktion Proliferation, Apoptose und Ausbreitung der Tumorzellen regulieren. Daraus erwarten wir Aufschlüsse über die Rolle zentralnervöser Proteine und somit die Relevanz der Mikroumgebung für die Pathogenese von PCNSL. Diese können auch einen Erklärungsansatz für den bislang ungeklärten Organtropismus von PCNSL bieten. Die Aufklärung der Antigen-spezifischen Triggerung essentieller Signaltransduktionswege der Tumorzellen ist Voraussetzung für die Entwicklung gezielter Therapiestrategien für PCNSL.
Prof. Dr. rer. nat. Dorothea Schulte
Transcriptional regulation of endogenous sources and sinks of retinoic acid in Neuroblastoma Thematische Fortsetzung des Antrags ‘Understanding the molecular basis of spontaneous regression in Neuroblastoma’ (2)
Neuroblastom (NB) ist eine Krebserkrankung des sympathoadrenergen Systems, die zumeist im Säuglings- oder Kleinkindalter auftritt. Während die Sterblichkeitsrate bei aggressivem NB bei 75 % liegt, kommt es bei ca. 10 % der NB‐Patienten, trotz oftmals fortgeschrittener Metastasierung, zur spontanen Tumorrückbildung. Was die Spontanregression dieser 4S genannten Tumore auslöst, ist derzeit noch weitgehend unbekannt. Vordaten meiner Arbeitsgruppe hatten gezeigt, dass 4S Tumore eine besonders hohe Expression des Homeodomänproteins MEIS2 besitzen und dass gezielte Überexpression von MEIS2 in NB-Zelllinien Wachstumsarrest und neuronale Differenzierung hervorrufen kann. Inzwischen konnten wir Retinaldehyde-Dehydrogenase 2 (ALDH1A2) als direktes, positiv reguliertes Zielgen von MEIS2 in NB-Zellen identifizieren. ALDH1A2 katalysiert die Umwandlung von Retinal zu Retinsäure, welche ihrerseits neuronale Differenzierung auslöst und deswegen als Therapeutikum bei aggressivem NB eingesetzt wird. Aufbauend darauf soll nun untersucht werden, ob MEIS2 auch die Expression weiterer Komponenten des Retinsäurestoffwechsels kontrolliert. Besondere Bedeutung wird dabei den verschiedenen Spießvarianten des Proteins beigemessen, da wir vermuten, dass sowohl onkogene als auch anti-tumorale Isoformen von MEIS2 existieren.
Niere + Harnwege
Dr. phil. nat. Eva Jüngel
Axitinib versus Sorafenib beim Sunitinib-resistenten Nierenzellkarzinom – Molekularbiologische Analysen am resistenten Endothelzellmodell
Die Einführung des Tyrosinkinase-Inhibitors (TKI) Sunitinib hat das Armentarium zur Behandlung des fortgeschrittenen Nierenzellkarzinoms (NZK) entscheidend bereichert. Dennoch ist die therapeutische Wirkung aufgrund von auftretenden Resistenzen zeitlich limitiert. Als Zweitlinie stehen die TKIs Sorafenib oder Axitinib zur Option, wobei kontrovers diskutiert wird, welche Sequenz, Sunitinib-Sorafenib oder Sunitinib-Axitinib, zu bevorzugen ist. Studien zeigen zwar ein signifikant längeres progressionsfreies Überleben unter Axitninib im Vergleich zu Sorafenib, das Gesamtüberleben ist jedoch gegenüber Sorafenib nicht verlängert. Da TKIs primär die Tumorangiogenese beeinflussen, möchten wir an einem in vitro Modell die Effizienz von Sorafenib versus Axitinib auf die angiogene Aktivität Sunitinib-resistenter Endothelzellen evaluieren. Ziel ist es, biologische und molekulare Effekte einer sequenziellen Sunitinib-Sorafenib versus Sunitinib-Axitinib Gabe gegenüberzustellen und so einem optimierten Behandlungskonzept Vorschub zu leisten.
Prof. Dr. med. Dr. rer. nat. Brigitte M. Pützer
Functional Screening and Target Validation of Long Non-Coding RNAs Regulating EMT and Drug Resistance to Combat E2F1-Induced MiM-Urinary Bladder Carcinoma
Beim Harnblasenkarzinom (HBK) führen muskelinvasives Wachstum und Metastasierung zur schlechten Prognose mit geringen Therapieoptionen. Der Transkriptionsfaktor E2F1 ist ein verlässlicher Biomarker für die Muskelinvasion und infolge sind E2F1-regulierte Zielstrukturen vielversprechende Angriffspunkte für innovative Therapien gegen hochmaligne Tumore. An einem von uns etablierten HBK-Progressionsmodell konnten wir erstmalig zeigen, dass E2F1 in primär nicht-invasiven Zellen die epithelial-mesenchymale Transition einleitet, die mit erhöhter Invasivität und Chemotherapieresistenz einhergeht. Wir identifizierten E2F1-induzierte lange nicht-kodierende RNAs (lncRNA), die in hohem Maße mit der Tumorprogression assoziiert sind und bei Patienten in muskelinvasiven und metastasierenden Blasenkarzinomen (MiM-BC) überexprimiert werden. Im beantragten Projekt werden diese lncRNAs mittels in situ-Hybridisierung, Massenspektrometrie und RNA-Sequenzierung hinsichtlich ihrer subzellulären Lokalisation und Interaktion mit Zielgenen analysiert. Die funktionelle Charakterisierung der lncRNAs erfolgt durch CRISPR/Cas9-basierten Gen-Knockout in invasiven HBK-Zelllinien. Übergeordnetes Ziel ist die Entwicklung von lncRNA-Inhibitoren als neues Therapiekonzept.
Dr. med. Dr. phil. Johannes Schödel
Die Bedeutung der HIF-assoziierten Prädispositionsloci 11q13.3, 2p21 und 8q24.21 für Entstehung, Diagnostik und Therapie des Nierenzellkarzinoms
Die Behandlungsmöglichkeit des Nierenzellkarzinoms (renal cell cancer, RCC) ist durch eine besondere Resistenz gegenüber konventioneller Chemo- und Strahlentherapie gekennzeichnet. Neue Möglichkeiten der Stratifizierung und neue therapeutische Ansätze sind notwendig. Genomweite Assoziationsstudien konnten prädisponierende, nicht-kodierende Polymorphismen auf den Chromosomen 2, 8 und 11 nachweisen, die direkt oder indirekt mit dem für RCCs entscheidenden VHL-HIF-Signalweg interagieren. Unsere Untersuchungen sollen die funktionelle Bedeutung der Prädispositionsloci für die Expression der assoziierten Gene (HIF-2, CCND1, MYC, PVT1) sowie den klinischen Verlauf in einem Kollektiv von ca. 800 Patienten mit RCC aufklären. Molekularbiologisch sollen durch eine „Locus knock-out“ Strategie in humanen Zellen die Kandidatenmechanismen (Transkriptionsfaktorbindung, epigenetische Veränderungen) im Umfeld des nativen Chromatins analysiert werden. Dieses Projekt soll dazu beitragen, die Rolle der prädisponierenden Loci in nicht-kodierenden Genomabschnitten in der Pathogenese der Nierenzellkarzinome aufzuklären, einen Stratifizierungsansatz für Patienten vor Therapie zu liefern und perspektivisch neue therapeutische Ziele zu definieren.
2014
Brustdrüse
Dr. med. Holger Bronger
Verbesserung der anti-HER2-Therapie des Mammakarzinoms durch Erhöhung der CXCL9-vermittelten Lymphozyteninfiltration (2)
Monoklonale Antikörper sind ein entscheidender Baustein in der heutigen Therapie des Mammakarzinoms und wirken neben der Modulation antiproliferativer Signalwege auch über die Markierung von Tumorzellen. Dies bewirkt die Erkennung durch tumor-suppressive Lymphozyten und Natürliche Killerzellen, ein Vorgang, der als antikörper-abhängige zelluläre Zytotoxizität (ADCC) bezeichnet wird. Das Chemokin CXCL9, ein Ligand des CXCR3-Rezeptors, kann die Rekrutierung solcher Lymphozyten in Tumore vermitteln und ist dementsprechend auch mit einem verbesserten Überleben beim Brustkrebs assoziiert. Eine Erhöhung von intratumoralem CXCL9 sollte daher insbesondere zu einer Verbesserung der anti-HER2-Therapie mit monoklonalen Antikörpern, etwa dem humanisierten Antikörper Trastuzumab führen. Wir konnten bereits zeigen, dass unselektive COX-Inhibitoren die CXCL9-Ausschüttung aus Brustkrebszellen erhöhen können. In immunkompetenten Mausmodellen soll nun geprüft werden, ob CXCL9 tatsächlich eine Verbesserung der Trastuzumab-Therapie bewirkt und ob dies durch COX-Inhibition stimuliert werden kann. Neben der Etablierung dieser Modelle sollen die Ergebnisse dabei helfen, die funktionelle Bedeutung des CXCR3-Chemokinsystems beim Mammakarzinom weiter herauszuarbeiten, darüber hinaus die moderne zielgerichtete Antikörpertherapie mittels etablierter pharmakologischer Wege im Sinne eines Drug Reinventing zu verbessern.
Prof. Dr. med. Tanja Fehm
Die Bedeutung einer Östrogen-defizienten Mikroumgebung des Knochenmarks für die Wirkung von Zoledronat beim Mammakarzinom
Eine signifikante Verlängerung des krankheitsfreien Überlebens von Mammakarzinom (MaCa)-Patientinnen konnte bei adjuvanter Gabe des Bisphosphonats Zoledronat (ZOL) gezeigt werden, jedoch ausschließlich bei Frauen mit niedriger Östrogenkonzentration. Der Mechanismus für die Wirksamkeit von ZOL in diesem Patientenkollektiv ist weitgehend unbekannt. Anhand von Ko-Kulturen mit humanen MaCa-Zellen und Zellen des humanen Knochenmarkes sollen zelluläre Antworten auf die Wirkung von ZOL in Östrogen-reicher bzw. -armer Umgebung analysiert werden. Die Frage, welchen Einfluss verschiedene Östrogen- und ZOL-Bedingungen auf die Genexpression von ko-kultivierten Zellen haben, soll mittels Transkriptomanalysen beantwortet werden. Inwieweit die Freisetzung von sezernierten Faktoren in den Ko-Kulturen in Anwesenheit von Östrogenen und ZOL moduliert wird, ist ein weiterer Arbeitsschwerpunkt des Projekts. Mit diesem Arbeitsprogramm sollen detaillierte Erkenntnisse über die Mechanismen für ZOL-vermittelte antitumorale Aktivität in einer niedrigen Östrogen-Knochenmikroumgebung gewonnen werden, um diejenigen MaCa-Patientinnen zu definieren, die von einer adjuvanten ZOL-Therapie gezielt profitieren.
Prof. Dr. rer. nat. Regine Schneider-Stock
Neue potente 1,2,4-Trioxan-gekoppelte Antitumor-Substanzen
Im Zuge unserer gemeinsamen Forschungsarbeit werden systematische Untersuchungen des vielversprechenden Konzepts von Hybridwirkstoffen durchgeführt. Die vorgeschlagenen Hybridmoleküle sollen aus drei Einheiten bestehen: zwei Fragmente von ausgewählten Naturstoffen (Artemisinin, 5-Fluorouracil und Thymoquinon) werden, laut der Literatur, zum ersten Mal jeweils über eine Linker-Einheit miteinander verknüpft. Durch die Kombination der monomeren Verbindungen mit unterschiedlichen Linker-Einheiten, sowie durch biologische Tests, erwarten wir fundamental neue Leitstrukturen von effizienten anti-Krebs Wirkstoffen zu entwickeln. Unser gemeinsames Vorhaben beinhaltet deshalb die Synthese von neuartigen Hybriden und die Untersuchung der molekularen und zellulären Mechanismen, die ihren anti-Tumor Effekten zugrunde liegen, in Bezug auf die folgenden Eigenschaften: - eine höhere Effizienz/Aktivität in Tumorzellen (niedrigerer IC50 Wert) - die Überwindung der Wirkstoffresistenz in Tumorzellen - im wesentlichen Fehlen von toxischen Einflüssen auf normale Zellen (Reduktion von Nebenwirkungen) - Vorhandensein von bifunktioneller oder sogar multifunktioneller Aktivität, und deshalb, kooperativer und synergistischer Effekte (z. B. Erzeugung von ROS (über die Artemisinin Einheit des Hybrids); Inhibierung des zellulären anti-oxidativen Schutzsystems durch Alkylierung von Glutathion (z. B. mittels der Thymochinon-Einheit des Hybrids) - höhere Löslichkeit, um die Methodik der Verabreichung der Medikamente zu verbessern
Prof. Dr. Barbara Seliger
Rolle des Proteoglykans Biglycan für die MHC-Klasse-I-vermittelte antitumorale Immunantwort
Obwohl Bgn kürzlich eine Rolle bei Entzündungsreaktionen zugeschrieben wurde und als endogener Ligand für die TLR-2 und -4 Inflammasom-vermittelte Signalkaskaden fungiert, ist über dessen Bedeutung in Tumoren und der Modulation der antitumoralen Immunantwort noch wenig bekannt. Die bisher erhobenen Daten legen nahe, dass Bgn in Onkogen-transformierten Zellen nicht nur die Proliferation und Migration in vitro, sondern auch das Tumorwachstum in vivo hemmt, was unter Umständen durch die Modulation der MHC-Klasse-I-Oberflächenexpression erreicht wird. Im Rahmen des Projektes soll deshalb die Regulation, immunmodulatorische und antitumorale Funktion von Bgn in Onkogen-transformierten Zellen in vitro und in vivo untersucht werden. Dafür werden in vitro-Modelle HER-2/neu-transformierter Tumorzellen, Mammakarzinomläsionen mit bekanntem HER-2/neu Status sowie verschiedene HER-2/neu Mausmodelle eingesetzt. Die antizipierten Resultate des Projektes werden nicht nur neue Einblicke in die molekularen Mechanismen der an der Regulation der Bgn-Expression und an der Bgn-vermittelten Modulation der Immunität von Onkogen-transformierten Zellen beteiligten Prozesse geben, sondern auch als Basis zur Entwicklung von neuen Strategien zur Verbesserung der antitumoralen (T-Zell)-Antwort von Onkogen-induzierten Tumoren führen.
Dr. Vijay Tiwari
Epigenetische Regulation der Epithelialen Mesenchymalen Transition (EMT) bei metastasierenden progredienten Tumoren (2)
Trotz der Relevanz epigenetischer Regulation für die Progredienz von Tumoren, ist deren Beitrag zur phänotypischen und molekularen Remodellierung in der Brustkarzinogese nicht hinreichend verstanden. Da dies essentiell auf mangelnde Kenntnis der Chromatin-regulierenden Proteine zurückzuführen ist, haben wir bioinformatische Vorhersagen potentieller epigenetischer Regulatoren etabliert. Mittels genom-weiter Expressionsprofilierung konsekutiver Zeitpunkte der TGF-β induzierten Epithelialen Mesenchymalen Transition (EMT) in Brustepithelzellen identifizierten wir Faktoren, die während der metastatischen Progression hochreguliert werden. Deren funktionelle Relevanz werden wir durch Depletionsexperimente im in vitro Modell für EMT analysieren sowie durch Expressionsanalysen in progredienten, humanen Brustkarzinomproben bestätigen. Mittels ChIP-seq werden wir die Bindestellen dieser Kandidaten und die Lokalisierung ihrer Histontargets, die mittels globaler Proteomanalyse identifiziert werden, analysieren. Aus diesen Daten werden wir in silico Modelle generieren, um prognostische Marker sowie neue therapeutische Strategien zur Behandlung von metastasiertem Brustkrebs vorherzusagen.
Endokrines System
Prof. Dr. Bruno Allolio
Novel candidate genes and molecular pathways in the pathogenesis of adrenocortical tumors (2)
Ziel der Untersuchungen ist es, die molekulare Pathogenese adrenokortikaler Tumoren aufzuklären, um prognostische Marker und therapeutische Zielstrukturen zu identifizieren. In der ersten Förderperiode haben wir Kandidatengene für die frühe Tumorgenese identifiziert (SGK1, Notch Signalweg) und erste Evidenz für eine Adenom-Karzinom-Sequenz vorgelegt. Bei cortisolproduzierenden Adenomen konnten wir Mutationen in der Katalytischen Subunit der Proteinkinase A (PRKACA) als grundlegend für die Pathogenese nachweisen. Wir konnten außerdem zeigen, dass CYP2W1 ein prognostischer Faktor beim Nebennierenkarzinom (ACC) ist. Durch die jetzt beantragte Förderung erwarten wir die weitere Absicherung der Adenom-Karzinom-Sequenz (Task 1). Mittels Exom-Sequenzierung wird nach weiteren pathogenetisch relevanten Mutationen bei adrenokortikalen Adenomen gesucht (Task 2-3). Parallel wird die prognostische Rolle der SGK1-Expression beim ACC validiert (Task 4). Die Bedeutung des Notch-1-Signalweges für die adrenale Tumorgenese wird systematisch vervollständigt (Task 5). Die Expression von CYP2W1 beim ACC kann über die Aktivierung von inaktiven Präkursoren zu potenten Tumortoxinen therapeutisch genutzt werden (Task 6).
Dr. hum. biol. Constanze Hantel
Inhibition of Hedgehog receptor Patched to overcome chemotherapeutic drug resistance of adrenocortical carcinomas
Beim Nebennierenrindenkarzinom (NNR-Ca) handelt es sich um einen seltenen und meist hochmalignen Tumor der Nebennierenrinde. Kürzlich wurden in einer prospektiven klinischen Studie zwei Chemotherapie-Protokolle verglichen, bei der sich eine Kombination aus Etoposid, Doxorubicin, Cisplatin und Mitotane (EDP-M) gegenüber einer Behandlung mit Streptozotocin und Mitotane überlegen zeigte. Dennoch war in beiden Therapiearmen das therapeutische Ansprechen weiterhin ungünstig. Im Rahmen des aktuellen Arbeitsprogramms planen wir den Einsatz von sogenannten Patched Inhibitoren, für die kürzlich gezeigt werden konnte, dass diese Resistenzmechanismen von NNR-Cas gegenüber klassischen Chemotherapeutika aufheben. Diese neue therapeutische Strategie soll in Kombination mit klassischem, wie auch liposomal verkapseltem Doxorubicin getestet werden. Da das NNR-Karzinom zudem eine außergewöhnlich heterogene Tumorentität darstellt, müssen phänotypische Subgruppen bezüglich therapeutischem Ansprechen und Nebenwirkungen näher charakterisiert werden.
PD Dr. rer. nat. Natalia S. Pellegata
Die Rolle von Angiogenese-assoziierten Proteinen in Hypophysenadenomen
Ein Drittel aller Hypophysenadenome machen die sogenannten gonadotrophen Hypophysenadenome (GA) aus. In der Regel sind diese nicht-funktionell und werden erst erkannt, wenn bei Patienten Symptome aufgrund des Größenwachstums einsetzen. Bei invasiv wachsenden GA's (30-45 %) ist eine komplette Entfernung so gut wie nicht möglich. Diese Tumoren bilden nach Operation häufiger Rezidive und sind mit einer hohen Morbidität verbunden. Nach einer solchen Operation ist die Strahlentherapie (nicht kurativ) bis heute die einzige Therapieform. Da GA's resistent gegen die meisten medikamentösen Therapien sind, ist die Entwicklung neuer Therapieansätze von enormer Bedeutung. Da die Rolle der Angiogenese bei der Entstehung von GA's noch nicht geklärt ist, ist noch offen, ob eine antiangiogenese gerichtete Therapie eine sinnvolle und erfolgsversprechende Therapieform wäre. Die GA's der MENX-Ratte ähneln sowohl histopathologisch als auch molekularbiologisch sehr stark den korrespondierenden humanen Tumoren. Genexpressionsanalysen der GA's dieser Ratten zeigten diverse deregulierte Gene auf, die Angiogenese-assoziiert sind und bisher nicht im Zusammenhang mit Hypophysenadenomen untersucht wurden. In dieser Studie wird die Rolle von drei Angiogenese-assoziierten Genen untersucht. Die Expression der Gene ANGPT1, ANGPT2 und ANGPTL2 soll in humanen GA's sowie in Primärzellkulturen bestimmt werden. Mit Hilfe von in vitro Versuchen soll die Expression sowie die potentiell krebsfördernde Rolle dieser Gene in Hypophysenadenomen untersucht werden. Des Weiteren wird die Wirkung verschiedener antiangiogenetisch gerichteter Therapien mit Hilfe der MENX Ratten in vivo getestet. Eine detaillierte Beschreibung der angiogenen Signalwege in Hypophysenadenomen wird uns neue Einblicke in die tumorigenen Prozesse gewähren. Mit Hilfe dieser Daten wird es uns vielleicht möglich sein, neue therapeutische Zielmoleküle identifizieren zu können.
Prof. Dr. med. Martin Röcken
Th1 Zytokin-vermittelte Effekte auf die Zelldifferenzierung und die „Epitheliale-Mesenchymale Transition“ während der Tumorprogression (2)
Während der letzten Förderperiode haben wir durch den Einsatz Tumor-spezifischer T Helferzellen vom Typ 1 (Th1) einen Weg der Krebsimmunüberwachung aufgezeigt, der nicht auf Zerstörung, sondern auf dem Ruhigstellen der Krebszellen beruht. Erstmalig wurde mit dem Zytokin-induzierten dauerhaften Wachstumsarrest (Seneszenz) von Krebszellen gezeigt, dass ein exogenes Signal endogene Tumorpromotoren hemmen und Tumorzellen anhalten kann. Weiterhin wurde hiermit ein relevanter Mechanismus der Tumor Dormancy aufgezeigt. Mit den Th1 Zytokinen Interferon-y und Tumornekrosefaktor (TNF), den Stat1- und TNFR1-abhängigen Signalwegen und der Zellzyklusbremse p16Ink4a haben wir zudem die molekularen Voraussetzungen für eine auf dieser Grundlage basierende Krebstherapie definiert. Ungeklärt bleibt aber, wie die Zytokin-induzierte Seneszenz die spezifischen Differenzierungs- bzw. Entdifferenzierungsschritte, wie die Epitheliale-Mesenchymale Transition (EMT), beeinflusst. Da Inselzellen der RIP1-Tag2 Maus eine stufenweise Entwicklung von der Inselzelle zum Tumor durchlaufen, eignen sich Inselzelltumore besonders, um die Zytokin-induzierten Effekte auf die Differenzierung und den EMT zu analysieren.
Gastrointestinaltrakt, Mundhöhle + Speicheldrüsen
Univ.-Prof. Dr. Hinrich Abken
Innovative Strategien in der adoptiven Immuntherapie: Verstärkung der anti-Tumor Antwort durch T-Zell vermittelte, lokale Blockierung der PD-1/PD-L1 vermittelten Immunsuppression
Neuere Strategien der adoptiven Immuntherapie beruhen darauf, zytolytische T-Zellen des Patienten durch einen chimären Antigen Rezeptor (CAR) gegen Tumorzellen zu richten. Während das Konzept bei der Behandlung von Leukämien sehr erfolgreich ist, besteht ein konzeptionelles Defizit der Strategie jedoch darin, dass zahlreiche solide Tumore die Immunantwort aktiv unterdrücken, was zu Tumorrezidiven trotz Persistenz Tumorspezifischer T-Zellen führt. Ziel des Vorhabens ist es, am Beispiel des Pankreas Karzinoms durch die lokale Akkumulation eines blockierenden anti-PD-1 oder anti-PD-L1 Antikörpers der T-Zell Hemmung entgegen zu wirken. Dazu sollen T-Zellen zusätzlich zu ihrem Tumorspezifischem CAR mit einer CAR-induzierbaren Expression und Sekretion für einen anti-PD-1 oder anti-PD-L1 Antikörper ausgestattet werden, so dass derartige T-Zellen nach CAR Aktivierung durch PD-L1/PD-L1 Blockade ihrer Immunsuppression entgegen wirken. Dadurch erwarten wir eine anhaltende therapeutische T-Zell Antwort in der Tumorläsion. Dieses Verfahren hat Modell-Charakter, um bei Erfolg auch andere Inhibitoren lokal im Tumor akkumulieren zu lassen, ohne das Risiko einer systemischen Auto-Aggression zu erhöhen.
Prof. Dr. Achim Aigner
Funktionelle Analyse und Statin-vermittelte Inhibition des Special AT-rich Binding Protein 1 (SATB1) in Kopf-Hals-Tumoren
SATB1 greift in die DNA-Transkription ein und beeinflusst so spezifisch die Expression vieler Gene. Studien in soliden Tumoren zeigten die Überexpression von SATB1 und Assoziation mit prognostischen und pathologischen Eigenschaften. Es liegen jedoch bislang kaum Erkenntnisse zur Rolle des SATB1 in Kopf-Hals-Tumoren (Head Neck Squamous Cell Carcinoma; HNSCC) und zur Inhibition von SATB1 durch klinisch relevante Statine vor; ferner gibt es keine Untersuchungen, wie SATB1 die Expression von microRNAs beeinflusst. Hier soll die funktionelle Bedeutung von SATB1 im HNSCC über Gen-Knockdown gezeigt und damit SATB1 als wichtiges, multifunktionales Zielmolekül in der HNSCC-Therapie, auch in Kombination mit Zytostatika, präklinisch etabliert werden. Erstmals soll auch der Einfluss von SATB1 auf die Expression onkogener miRNAs analysiert werden. Ferner werden die Wege einer über SATB1 laufenden Tumorinhibition durch Statine analysiert. Neben Zelllinien erfolgen die Studien vor allem an kultiviertem primärem Tumorbiopsiematerial (FLAVINO-Assay) von individuellen Patienten (mit dokumentierten Verlaufsdaten) und damit in einer der klinischen Situation sehr stark angenäherten Modellierung.
Prof. Dr. med. Stefan Endres
Transduktion von CD4- und CD8-T-Zellen mit aktivierendem PD-1-CD28-chimären Rezeptor zur Durchbrechung peripherer Toleranz bei adoptiver T-Zell-Therapie von Tumoren
Der adoptive Transfer tumorspezifischer T-Zellen ist eine vielversprechende Strategie in der Therapie hämatologischer und solider Tumore. Aufgrund tumorassoziierter immunsuppressiver Mechanismen, inklusive peripherer Toleranz, ist die zellbasierte Therapie alleine jedoch nur eingeschränkt wirksam. Neue Ansätze sind erforderlich, um die T-Zellen einerseits gezielt zu stimulieren und andererseits vor tumorbedingter Inhibition abzuschirmen. Wir beabsichtigen, einen von uns neu entwickelten chimären Rezeptor, bestehend aus einem Anteil des inhibitorischen Rezeptors PD-1 und einem Anteil des kostimulatorischen Rezeptors CD28, zur Therapie von Tumorerkrankungen weiterzuentwickeln. Bei Transduktion in Tumor-assoziiertes-Antigen-(TAA)-spezifische T-Zellen ist dieses Konstrukt in der Induktion der Zytokinproduktion dem einzig bisher publizierten vergleichbaren chimären Rezeptor überlegen. Ziele des dargelegten Vorhabens sind: 1. Molekulare Charakterisierung und Optimierung des chimären Rezeptors; 2. Wirksamkeitsnachweis des chimären Rezeptors in CD8- und in CD4-T-Zellen; 3. Wirksamkeitsnachweis des Therapiekonzeptes in zwei weiteren Tumormodellen (EL4-Large-T-Antigen und MC38-OVA); 4. Aufklärung des Wirkmechanismus; und 5. Humanisierung des Konstruktes und Testung auf seine Fähigkeit, humane Tumorzelllinien zu lysieren. Diese Ziele sind wichtige Etappen auf dem Weg der klinischen Translation dieses therapeutischen Ansatzes.
Univ. Prof. Dr. rer. nat. habil. Heiko Hermeking
Funktionelle und prognostische Implikationen der Regulation der Rezeptortyrosinkinase CSF1R durch die microRNA miR-34a für das Kolorektalkarzinom
Die p53-induzierte microRNA miR-34a liegt im Kolorektalkarzinom häufig inaktiviert vor und vermittelt wahrscheinlich tumorsuppressive Funktionen von p53. miR-34a inhibiert die epithelial-mesenchymale Transition (EMT) und unterdrückt dadurch vermutlich die frühen Stadien der Metastasierung. In bisher unveröffentlichten Untersuchungen haben wir die Rezeptortyrosinkinase CSF1R als eine neue miR-34a Zielstruktur identifiziert, welche während der SNAIL-induzierten EMT vermehrt gebildet wird, und vermutlich eine kritische Funktion während der EMT und frühen Stadien der Metastasierung ausübt. Daher beabsichtigen wir die Rolle der miR-34a-vermittelten Regulation von CSF1R im Kolorektalkarzinom, insbesondere während der EMT und assoziierter Prozesse, wie Migration, Invasion und der Induktion von Stammzelligkeit zu untersuchen. Außerdem soll der Effekt von pharmakologischen CSF1R-Inhibitoren auf die EMT analysiert werden. Die in vivo Rolle der Regulation von CSF1R durch miR-34a soll in Metastasierungsmodellen in der Maus analysiert werden. Außerdem soll die Relevanz der miR-34a-vermittelten Regulation von CSF1R als diagnostischer und prognostischer Marker an Kollektiven von humanen Kolorektalkarzinomen bestimmt werden.
PD Dr. rer. nat. Ingrid Hoffmann
Funktion des Proteins MISP bei der Zellteilung und dessen Validierung als neuen prognostischen Marker beim kolorektalen Karzinom
In dem geplanten Vorhaben soll das in meiner Arbeitsgruppe kürzlich identifizierte Protein MISP und dessen Phosphorylierung durch die Plk1-Kinase im Hinblick auf einen möglichen Einsatz als neue prognostische bzw. prädikative Marker beim kolorektalen Karzinom charakterisiert werden. Da MISP ein wichtiges regulatorisches Protein für die Zellteilung ist, stellt es auch einen möglichen Angriffspunkt für die Krebstherapie dar. Deshalb soll auch die Funktion des Proteins bei der Zellteilung genauer untersucht werden. Es ist geplant, die Rolle von MISP am Übergang von der Metaphase in die Anaphase zu analysieren durch 1. Lebendzell-Imaging um die Funktion des Proteins in der Mitose lebender Zellen zu untersuchen und 2. durch Identifizierung von MISP-Bindeproteinen, um so über deren Funktionsweise Anhaltspunkte für den genauen Mechanismus der Hemmung des Übergangs von der Metaphase in die Anaphase der Mitose zu erlangen.
PD Dr. med. David Horst
Analyse der klonalen Substruktur von Dickdarmkarzinomen (2)
Das Kolonkarzinom (Dickdarmkrebs) ist eine der häufigsten bösartigen Erkrankungen beim Menschen und detaillierte Kenntnisse zu seiner Entstehung, seinen Entwicklungsstufen und ggf. hierarchischen Substrukturen sind wesentliche Voraussetzungen für eine gezielte Vorsorge- und Therapiestrategie. Kolonkarzinome gehen aus normalen Dickdarmepithelzellen hervor infolge sequentieller Genmutationen, die diesen Zellen maligne Eigenschaften verleihen, wie ungeordnetes und invasives Zellwachstum. Normale Dickdarmschleimhaut besteht aus gut abgrenzbaren und monoklonalen Einheiten, den Krypten. Beim Kolonkarzinom ist jedoch aufgrund des ungeordneten Wachstumsmusters bisher wenig über strukturelle Untereinheiten bekannt. Ziel dieses Projektes ist es daher, die klonale Substruktur von Kolonkarzinomen aufzuklären. Hierzu sollen die Tumorzellen von (i) Kolonkarzinomzelllinien und (ii) primären Kolonkarzinom-Xenotransplantaten mittels lentiviraler Transduktion des „Brainbow“ Transgens differentiell molekulargenetisch markiert werden. Auf der Basis dieser Farbmarkerexpression der Tumorxenotransplantate kann dann die klonale Struktur und die Evolution einzelner Tumorzellklone in vivo beobachtet und analysiert werden. Zusammenfassend erwarten wir von diesen Experimenten detaillierte Einsichten in die strukturelle und klonale Dynamik des Kolonkarzinom-Wachstums. Dies wird nicht nur zum wissenschaftlichen Verständnis der Kolonkarzinomarchitektur und zur Bestimmung von Zielzellen für therapeutische Ansätze beitragen, sondern darüber hinaus zu Erkenntnissen der intratumoralen, klonalen Evolution, als Basis von Tumor-Relaps und Metastasierung, z. B. nach Therapieresistenz individueller Tumorzellklone.
Prof. Dr. med. habil. Dr. rer. nat. Manfred Marschall
Die CDK-ähnliche Proteinkinase pUL97 des Cytomegalovirus als Zielmolekül für die strukturbasierte Entwicklung einer neuen antiviralen Strategie (2)
Die Infektion mit dem humanen Cytomegalovirus stellt ein gravierendes, in der Onkologie nach Stammzelltransplantation sogar lebensbedrohliches Problem dar. Der Erfolg der aktuellen Ganciclovir-Standardtherapie wird durch geringe Verträglichkeit und virale Resistenzbildung gemindert. Die hier verfolgte neue Strategie transferiert das Wissen über Struktur-Aktivitätsbeziehung von Proteinkinase-Inhibitoren aus der Tumortherapie auf die Optimierung der antiviralen Wirkung. In der zurückliegenden Förderperiode konnte gezeigt werden, dass Quinazoline die virale Proteinkinase pUL97 in einer Weise inhibieren, dass Resistenzmutationen ausbleiben. Mit unserer nun etablierten Technologie-Plattform konnte pUL97 erstmals für die Kristallisation gewonnen werden, so dass sich Kernpunkte der Projektfortsetzung daraus ergeben: (i) 3D-Strukturbestimmung von pUL97 für computergestütztes Drug-Design, (ii) die Quinazolin-Core-Struktur als Basis für antivirale Wirkungsweise ohne Resistenz, (iii) eine Nutzung von Synergismuseffekten zwischen pUL97-Inhibitoren und Inhibitoren verwandter Zellkinasen. Die Fortentwicklung dieser Strategie könnte eine Signalwirkung auch für andere antivirale Therapien haben.
Prof. Dr. Martin Müller
Protektiver Papillomavirus Impfstoff mit breitem Wirkungsspektrum
Gebärmutterhalskrebs ist weltweit der zweithäufigste Krebs bei Frauen und 15 onkogene Papillomaviren (HPV) sind ursächlich an der Entstehung der Tumoren beteiligt. Die Impfstoffe Gardasil und Cervarix schützen nur gegen zwei der 15 Viren. Wir haben ein Epitop des L2 Proteins in ein Gerüstprotein von Thioredoxin (Trx) aus dem thermophilen Archaebakterium Pyrococcus Furiosus eingefügt. Dieses Antigen ist in der Lage, neutralisierende Antikörper gegen eine Vielzahl von Papillomaviren zu induzieren. Insgesamt erreichen wir einen Schutz von >95 %, bezogen auf die unterschiedliche Beteiligung der Papillomaviren am Gebärmutterhalskrebs. Die Trx-L2 Antigene sind sehr effizient in Prokaryonten zu produzieren und zeigen äußerst hohe thermische Stabilität. Ziel des hier vorgeschlagenen Projekts ist es, die Immunogenität der Trx-L2 Vakzine zu steigern. Dazu sollen die L2 Vakzin Antigene mittels einer Domäne von C4bp heptamerisiert sowie der Einfluss von T-Helfer Zellen auf die Immunantwort optimiert werden. Im Versuchsvorhaben soll die Produktion der heptameren Trx-L2 Antigene etabliert und die Immunogenität wird im Mausmodell in vitro und in vivo getestet werden. Die Bedeutung der T-Helfer Antworten für die Trx-L2 Antigene wird bestimmt, indem Pan-HLA-DR Helfer Epitope in die Antigene eingefügt werden.
Dr. med., PhD Daniel E. Stange
Vom genom-weiten Screening zur individuellen Funktion: Analyse von Kandidatengenen auf ihre funktionelle Bedeutung in kolorektalen Tumor-Organoiden
Genomweite Mutationsanalysen im kolorektalen Karzinom haben in den letzten Jahren eine Vielzahl an neuen Mutationen definiert. Diese treten neben einer Reihe an gut erforschten Mutationen auf. Um ihre Rolle in der Karzinogenese des kolorektalen Karzinoms zu erforschen, planen wir eine Kombination aus in vitro- und in vivo-Methoden anzuwenden. In vitro werden wir die neuen Mutationen zusätzlich zu bekannten Mutationen in den Genen Apc, Kras und Tp53 in 3D-Organoidkulturen einbringen. Hierzu verwenden wir ein Cre/Lox-basiertes virales Transduktionssystem, welches eine zeitlich definierte Aktivierung der Mutationen erlaubt. Die Analyse der Effekte auf molekularer Ebene erfolgt mittels Genchips und Proteom-Analysen. Weiterhin werden wir die 3D-Kulturen orthotop in den Darm von Mäusen verpflanzen, welches eine detaillierte Analyse der Auswirkung der Mutation auf Invasion und Metastasierung erlaubt. Mit dem hier verwendeten System können mehrere Mutationen parallel in einem relevanten und genau definierten genetischen Hintergrund analysiert werden. Dies erlaubt eine rasche Analyse der individuellen Funktion der getesteten Gene in vitro und in vivo ohne langwierige Mauskreuzungen.
Univ.-Prof. Dr. med. Christian P. Strassburg
Prädiktoren des Cholangiokarzinom-Risikos bei der Primär Sklerosierenden Cholangitis (PSC)
Die Primär Sklerosierende Cholangitis (PSC) ist eine chronische Gallenwegserkrankung überwiegend junger Menschen und gekennzeichnet durch eine fortschreitende Entzündung und Fibrosierung der großen intra- und extrahepatischen Gallengänge. Dies führt schließlich zur biliären Zirrhose mit einem erhöhten Risiko an einem Cholangiokarzinom oder Darmkrebs zu erkranken, deren Diagnose jedoch oft zu spät erfolgt, so dass die einzigen kurativen Therapieoptionen (Operation, Transplantation) dann oft nicht mehr möglich sind. Detoxifizierende UDP-Glukuronosyltransferasen (UGT1A) und biliäre Transportproteine sind an der Elimination von potentiell toxischen endogenen oder exogenen Substanzen beteiligt. Es konnte gezeigt werden, dass genetische Varianten der UGT1A-Gene mit Einzelnukleotid-Polymorphismen (SNPs) mit der Entstehung verschiedener Karzinome assoziiert sind. Ziel des geplanten Projektes ist die Analyse von SNPs im UGT1A-Genlokus, in Transporter-Genen und im Gen PNPLA3, einem Mitglied der „patatin-like phospholipase family“, in PSC-Patienten und die Korrelation mit dem klinischen Verlauf, insbesondere der Malignominzidenz, um Risikopatienten zukünftig medizinisch besser zu betreuen und um Karzinome frühzeitig zu diagnostizieren und zu behandeln.
Prof. Dr. med. Dr. rer. nat. Michael von Bergwelt-Baildon
Funktionelle Charakterisierung regulatorischer B-Zellen beim Ösophaguskarzinom und Untersuchung ihres Einflusses auf die Prognose der Erkrankung
Das Immunsystem hat entscheidenden Einfluss auf den Verlauf maligner Erkrankungen. Während eine prognostische Relevanz infiltrierender T-Zellen gut untersucht ist, gibt es bisher kaum Daten zum Einfluss von B-Zellen auf Malignome im Menschen. In mehreren, unabhängigen Mausmodellen konnte gezeigt werden, dass infiltrierende B-Zellen das Tumorwachstum fördern, z. B. als ‚regulatorische B-Zellen‘ durch Verhinderung einer effektiven T Zellantwort. Für das kutane T-NHL konnten wir einen analogen Mechanismus im Menschen identifizieren und ein klinisches Ansprechen nach Injektion eines B-Zell-Antikörpers zeigen. Diese Ergebnisse sind Grundlage einer geplanten Phase-I-Studie der EORTC. Als Vorstudie zum beantragten Projekt demonstrierten wir eine Vermehrung von CD19+CD20+CD24highCD38high regulatorischen B-Zellen bei Patienten mit Ösophaguskarzinom. Ziel des Antrages ist es, diese Zellen in Tumor, Lymphknoten und peripherem Blut hinsichtlich Phänotyp, Funktion und Einfluss auf die Prognose eingehend zu charakterisieren und sie als potentielles Target einer Tumortherapie zu untersuchen.
Genitaltrakt, männlich
Prof. Dr. Gudula Schmidt
Neue Rac-Splicevarianten beim rezidivierenden Prostata-Karzinom: Rac Inhibition als mögliche Therapie von Kastrations-resistenten Tumoren
Das Prostatakarzinom stellt in den westlichen Industrieländern das häufigste Malignom des Mannes dar. Nach Androgen-Entzug entstehen häufig metastasierende Rezidive, für die bisher keine kurative Behandlung existiert. Daher besteht eine dringende Notwendigkeit zur molekularen Analyse der Resistenzmechanismen, sowie zur Entwicklung neuer therapeutischer Konzepte. Interessanterweise haben wir in Androgenunabhängigen C4-2-Zellen neben der aktiven Splice-Variante Rac1b neue Rac Splice-Varianten identifiziert, die alle eine aktive Form des G-Proteins darstellen. Rac splicing könnte demnach ein wichtiger Mechanismus von Prostata-Karzinom-Zellen sein, Apoptose zu umgehen. Die Bedeutung solcher Splice-Varianten wäre enorm, da sie regulatorisch an- und ausgestellt werden können und in einer DNA Analyse, wie sie routinemäßig durchgeführt wird, nicht detektiert werden. Ziel des Projektes ist es, die identifizierten Rac Splice-Varianten in Gewebe zu bestätigen und deren Funktion zu charakterisieren. Wir wollen den Einsatz niedermolekularer Rac-Inhibitoren zur Apoptose-Induktion in Kombination mit verschiedenen etablierten Zytostatika und RhoA Aktivatoren testen.
Genitaltrakt, weiblich
PD Dr. rer. physiol. Sabine Müller-Brüsselbach
Funktion und therapeutisches Potential von PPARβ/δ in tumorassoziierten Makrophagen beim menschlichen Ovarialkarzinom (2)
Tumorassoziierte Makrophagen (TAMs) fördern die Progression von Tumoren über zytokinregulierte transkriptionelle Signalwege. PPARβ/δ ist ein ligandenregulierter Transkriptionsfaktor mit einer Funktion bei der Polarisierung von Makrophagen. Die Rolle von PPARβ/δ in TAMs und dessen pharmakologische Beeinflussbarkeit liegen daher im Fokus dieses Projekts. Unsere bisherigen Daten zeigen, dass (i) bestimmte Zytokine (IL-6, IL-10) im Aszites von Ovarialkarzinom-Patientinnen negativ mit dem klinischen Verlauf assoziiert sind; (ii) PPARβ/δ-Liganden die Funktion von Makrophagen sowie die Expression zytokin-induzierter, immunregulatorischer Gene modulieren und (iii) diese immunregulatorischen Gene in TAMs refraktär gegenüber PPARβ/δ-Liganden sind. Wir möchten nun die hiermit verbundenen molekularen Mechanismen aufklären und untersuchen, wie die Blockade der PPARβ/δ-Regulation in TAMs revertiert werden kann. Wir konnten auch zeigen, dass Pyruvatdehydrogenase-Kinase 4 in TAMs überexprimiert ist, aber durch inverse PPARβ/δ-Agonisten dramatisch gehemmt wird. Wir planen daher zu testen, ob dies durch Störung des hypoxischen Stoffwechsels in TAMs eine neue therapeutische Option darstellen könnte.