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Forschungsprojekte

Szakacs Labor

Die Achillesferse der Krebszellen

Veränderungen, die während der Entwicklung von Krebszellen einen selektiven Vorteil verleihen, könnten auch Schwachstellen schaffen, die therapeutisch ausgenutzt werden können.

Wir haben gezeigt, dass P-gp nicht nur zur erworbenen Multidrug-Resistenz (MDR) beitragen kann, sondern auch zu einer paradoxen Arzneimittelsensitivität und dass diese kollaterale Empfindlichkeit eine vielversprechende Strategie zur Bekämpfung von multiresistentem Krebs darstellt. (Abbildung 1).

Indem wir die paradoxe Überempfindlichkeit von ansonsten resistentem Krebs ausnutzen, zielen wir auf die Achillesferse von Krebszellen. Fortschritte in der Prävention, Früherkennung und Behandlung von Krebs haben zu einem stetigen Rückgang der Krebstodesraten geführt.

Trotz erheblicher Fortschritte ist die Resistenz gegen Chemotherapie der Hauptgrund, warum Krebs eine tödliche Krankheit bleibt. Durch die Umgehung von Resistenzmechanismen könnte die Wirksamkeit von First-Line-Medikamenten wiederhergestellt werden. Strategien zur Umgehung einer reduzierten Arzneimittelakkumulation, die durch ABC-Transporter ("ATP-Bindungskassette") wie P-Glykoprotein (P-gp) verliehen wird, beruhen auf Versuchen, Arzneimittel zu entwickeln, die die Extrusion umgehen (oft mit einem Verlust an Aktivität); oder die Erforschung klinischer Inhibitoren, die, obwohl sie in vitro vielversprechend sind, nicht in die Klinik überführt wurden.

Indem wir die paradoxe Überempfindlichkeit von ansonsten resistentem Krebs ausnutzen, zielen wir auf die Achillesferse von Krebszellen. Gefördert durch einen ERC Starting Grant (2012) entwickeln wir MDR-selektive Verbindungen, die das Versprechen haben, multiresistente Krebszellen zu eliminieren.


Ausrichtung auf medikamententolerante Persisterzellen: ein Paradigmenwechsel zur Bekämpfung von therapieresistentem Brustkrebs

Die Aufklärung der molekularen Grundlagen der Therapieresistenz bei Brustkrebs ist ein unerfüllter klinischer Bedarf. Basierend auf vorläufigen Ergebnissen stellen wir die Hypothese auf, dass Therapieresistenz mit einer seltenen Population von arzneimitteltoleranten Persisterzellen (DTPs) verbunden ist, die die Behandlung durch die Stabilisierung vorübergehender arzneimittelinduzierter Phänotypen überleben, bis Mechanismen auftreten, die eine stabile Arzneimittelresistenz gewährleisten.

Das Profilieren des Tumors während verschiedener Phasen der Therapie ist notwendig, um Schwachstellen dieses adaptiven Prozesses zu identifizieren. Unsere Vorarbeiten haben die Reaktion von orthotop transplantierten tumortragenden Mäusen auf eine Reihe klinisch relevanter Chemotherapien charakterisiert.

Während diese Therapien die Tumorgröße signifikant reduzieren, sind sie nicht in der Lage, Tumorzellen auszurotten, die nach Beendigung der Behandlung zu einem arzneimittelsensitiven Rückfall führen (Füredi et al., 2017).

Das Projekt wird sich mit den folgenden Forschungsfragen befassen: (1) Was ist der Beitrag der phänotypischen Anpassung gegenüber der darwinistischen Selektion? (2) Sind vor der Behandlung Zellen vorhanden, die eine DTP-Signatur zeigen? (3) Werden unterschiedliche klinische Protokolle DTPs mit ähnlichen Signaturen induzieren? (4) Was ist der relative Beitrag genetischer gegenüber nicht-genetischer (epigenetischer, transkriptioneller Plastizität) Faktoren und der Wechselwirkungen mit der Mikroumgebung? (5) Welche Beziehung besteht zwischen den Signalwegen, die DTPs unterstützen, und den Mechanismen, die der Therapieresistenz zugrunde liegen? (6) Wie kann dieses Wissen in eine verbesserte Patientenversorgung umgesetzt werden?

Um diese herausfordernden Fragen zu beantworten, werden wir individuelle "Tumorgeschichten" mit Einzelzellauflösung unter Verwendung von In-vitro-Zelllinien und Organoiden, die aus gentechnisch veränderten Mausmodellen von Krebs (GEMMC) stammen, profilieren.

Wir werden barcodierte Brusttumoren, die von solchen Organoiden stammen, etablieren, behandeln und beproben, um (epi)genetische und transkriptionelle Veränderungen während der Behandlung zu verfolgen.

Da Organoide in Wildtyp-Mäuse eingepfropft werden, wird die scRNA-Sequenzierung auch den Beitrag von Immunzellen und anderen Nischenelementen zur Tumorheterogenität aufzeigen.

Um die klonale Evolution zu überwachen, werden einzelne Zellen in Organoiden mit einer GFP-positiven lentiviralen Bibliothek transduziert, die 20.000 einzigartige Barcodes codiert. PDOs werden orthotop in das Brustfettpolster von Wildtyp-FVB-Mäusen transplantiert. Abgeglichene Proben, die behandlungsnaiven Zellen, DTPs und Rückfällen entsprechen, werden gesammelt.

In Experimenten, die darauf abzielen, therapieresistente Tumore zu erhalten, wird die Chemotherapie fortgesetzt, bis die Behandlung unwirksam wird. Eine wirksame Ausrichtung von DTPs wird zu einem Paradigmenwechsel führen, der den Fokus von der Bekämpfung von Arzneimittelresistenzmechanismen auf die Verhinderung oder Verzögerung von Therapieresistenzen verlagert, was zu verbesserten Behandlungen von Patienten führt.