Prognostische und prädiktive Biomarker für das Mammakarzinom

Leitung: apl. Prof. Dr. med. Thomas Kalinski, PD Dr. rer. nat. habil. Norbert Naß

Mitarbeiterinnen: Dr. Ho Diep Khanh Vo, Martina Stoklasek, Kerstin Werner

Brustkrebs wird nach klinisch-pathologischen Eigenschaften wie Tumorgröße, Gefäßinfiltration oder Lymphknotenbefall klassifiziert. Wichtig für die Therapie ist vor allem die Expression der Rezeptoren für Östrogen (ER), Progesteron (PR) und epidermalen Wachstumsfaktor (HER2/neu). Zusätzlich wird die Expression des Zellteilungs-Indikators ki-67 bestimmt.
Wir interessieren uns hier vor allem für die Therapie des ER-positiven Brustkrebses mit dem Östrogen-Antagonisten Tamoxifen. Obwohl diese Tumore eine gute Prognose haben, gibt es immer wieder Rückfälle (20-30%), die auf die Entwicklung einer Resistenz der Tumorzellen gegen Tamoxifen zurückgeführt werden.
Die Ursachen der Tamoxifen-Resistenz sind vielfältig, Membran-ständige Östrogenrezeptoren können dabei eine wichtige Rolle spielen. Daher interessiert uns die Expression dieser alternativen Östrogenrezeptoren, vor allem des Membran-ständigen, G-Protein-gekoppelten Rezeptors GPER1 und eine kleinere Form des Östrogenrezeptors, des ERα36. Diese untersuchen wir in Zellkulturmodellen und mit Hilfe eines gut dokumentierten Patientenkollektivs.
Im Zellkulturmodell untersuchen wir Genexpressionsunterschiede, die bei "Behandlung" mit Tamoxifen auftreten, mit Hilfe von Array-Hybridisierung und qRT-PCR. Differentiell exprimierte Gene untersuchen wir dann in unserer Fall-Sammlung mit Hilfe der Immunhistochemie. Hierbei konnten wir bereits einige Kandidaten für prognostische Biomarker entwickeln.

Bedeutung des AGE-Systems für das Mammakarzinom
Die erworbene Tamoxifen-Resistenz geht mit erhöhter Sensitivität gegenüber den toxischen Dicarbonylen Methylglyoxal und Glyoxal einher, die als Nebenprodukte der Glykolyse auftreten. Diese Aldehyde werden im Tumor aufgrund des Warburg-Effekts vermehrt gebildet. Daher müssen diese Verbindungen von den Tumorzellen mit Glyoxalasen entgiftet werden, anderenfalls akkumulieren Proteinmodifikationen wie die Advanced Glycation End Products (AGEs). Diese AGEs interagieren wiederum mit spezifischen Rezeptoren, wie dem Rezeptor für AGEs (RAGE), was wiederum in einer inflammatorischen Reaktion resultiert. Ziel ist es, die Rolle der Dicarbonylabwehrenzyme (Glyoxalasen), der AGEs und ihrer Rezeptoren in der Brustkrebsbiologie zu untersuchen und ihre Rolle als Prognosefaktoren für die Entwicklung der Tamoxifen-Resistenz zu etablieren. Insgesamt soll das Projekt damit zur Entwicklung neuer Biomarker und Therapien für Tamoxifen-resistente Mammakarzinome beitragen.

Kontrolle der Proteinbiosynthese in Karzinomen
Tumore benötigen auf Grund ihrer hohen Zellteilungsrate eine hohe Syntheserate an Proteinen. Der zentrale regulatorische Schritt ist die Bildung des aktiven Ribosoms an der mRNA. Die an diesem Schritt beteiligten eukaryotischen Initiationsfaktoren (eIFs) bestimmen neben der allgemeinen Syntheserate auch, welche mRNAs besonders effektiv translatiert werden. Daher besitzen viele Tumorzellen eine spezifisch veränderte Ausstattung mit eIFs.
Wir beschäftigen uns insbesondere mit den Auswirkungen der veränderten eIF-Expression auf die Proteinbiosynthese und die daraus folgenden Charakteristika und Prognose der Tumore.
Insbesondere verändern wir die eIF-Expression durch Plasmid-vermittelte Überexpression bzw. durch siRNA-vermittelte Expressionsreduktion und bestimmen dann die Interaktionspartner ausgewählter eIFs in der Zelle und die Effizienz der Proteinbiosynthese. Interaktionspartner werden durch die sogenannte BioID-Methode in Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Kähne identifiziert. Hierbei wird ein Protein, z.B. ein eIF mit einer Biotintransferase, fusioniert in den Zellen exprimiert. Interagierende Proteine werden durch dieses Fusionsprotein mit Biotin markiert und lassen sich dann massenspektroskopisch identifizieren.

etablierte Methoden

Western Blot, ELISA, Zellkultur, Zelltransfektionen, Reportergen-Assays, Plasmidkonstruktion, Multispektrales Imaging, qRT-PCR, nCounter-Analyse, RNA in-situ-Hybridisierung, Fluoreszenzmikroskopie, Immunohistochemie, statistische Datenauswertung (Kaplan-Meier-Analyse, cox-Regression, Korrelationen), Calcium-flux-Analyse

Forschungsförderung

• Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Kooperationspartner

• Universitätsklinik für Gynäkologie und Geburtshilfe, Universitätsmedizin Magdeburg (Prof. Dr. med. A. Ignatov, jetzt Universitätsklinikum Regensburg)
• Institut für Experimentelle Innere Medizin, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg (Prof. Dr. rer. nat. T. Kähne)
• Klinik für Frauenheilkunde und Geburtshilfe, Städtisches Klinikum Magdeburg (Chefarzt PD Dr. med. H. Eggemann)
• Universitätsklinik für Gynäkologie, Universitätsklinikum Halle (Saale) (Prof. Dr. rer. nat. J. Dittmer)
• Institut für Bioinformatik, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (Prof. Dr.-Ing. I. Große)

laufende Promotionen

• Ludwig Andreas: "Die Rolle von DJ-1 im Tamoxifen-resistenten Mammakarzinom"
• Akhil Behringer: "Prognostische Bedeutung und Funktion Tamoxifen-regulierter micro RNAs für die Expression von eukaryotischen Initiationsfaktoren beim Mammakarzinom"
• Maximilian Cornelius: "Rolle von BCL3 und IGF1-Bindeproteinen für die Prognose beim Mammakarzinom"
• Michael Dirks: "Expression von eIFs in kutanen T-Zell-Lymphomzellen und Sensitivität gegenüber eIF-Inhibitoren"
• Lukas Drewes: "Expression und Aktivität des Insulin-like growth factor receptors (IGF-1R) in Mammakarzinom-Zelllinien und prognostischer Wert für Patientinnen"
• Sebastian Graf: "Funktion der long-non-coding RNAs linc0992, LOC101929547 und XR_133213 für das Mammakarzinom"
• Moritz Kirchhoff: "eIF 2b5 – Evaluation als Prognosefaktor beim Mammakarzinom"
• Jan Maiwald: "Expression des Östrogenrezeptors GPER1 im Mammakarzinom des Mannes"
• Esra Özdemir: "Analyse von long-non-coding RNAs (lncRNAs) in Tamoxifen-resistenten Mammakarzinom-Zelllinien"
• Willi Pieper: "Neuronatin als möglicher prädiktiver Biomarker für die neoadjuvante Chemotherapie bei Brustkrebs"
• Caroline Scheifele: "Glyoxalase-1 als Biomarker für Brustkrebs"
• Jakob Leander Schulte: "Bedeutung der eIF-Komplexe 1 bis 3 für das Ovarialkarzinom"
• Baban Sha: "Bedeutung der eIF-Komplexe 4 bis 6 für das Ovarialkarzinom"
• Darko Stoimenovski: "Untersuchungen zum Verhältnis von CAP-abhängiger zu IRES-abhängiger Translation unter eIF-Inhibitoren"
• Martin Wisniewski: "Funktion der long-non-coding RNA linc00632 für das Mammakarzinom"

mögliche Promotions- und Masterarbeitsthemen

• Analyse der Splice-Produkte von Östrogenrezeptoren in Tamoxifen-resistenten Mammakarzinom-Zelllinien
• Funktion von PPAR-γ beim Mammakarzinom
• Untersuchungen zu Tumor-infiltrierenden Lymphozyten mittels Multispektral-Imaging

abgeschlossene Promotionen

Einen Überblick finden Sie hier.