Forschung - Zytometrische und zelluläre Onkologie

Bedeutung der ErbB Rezeptor-Tyrosin-Kinasen

Funktionelle und quantitative Untersuchungen von ErbB-Rezeptor-Tyrosin-Kinasen (RTK) stehen im Fokus der Forschungstätigkeiten der Arbeitsgruppe. Diese membranständig exprimierten Moleküle regulieren im gesunden Organismus Entwicklungs- und Differenzierungsprozesse. Tumorpathologisch spielen sie eine Rolle bei der Karzinogenese, Tumorprogression und Metastasierung. Die ErbB-RTK sind posttranslational stark regulierte Moleküle, die auf zellulärer Ebene Einfluß auf Proliferation und -wachstum, Migration und Adhäsion, aber auch auf Zellüberleben bzw. -tod ausüben. Die vier verwandten Rezeptoren EGFR, erbB2, erbB3 und erbB4 zeichnet ein großes Potential zur Molekülinteraktion untereinander, aber auch mit anderen, membranständigen Molekülen aus (laterale o. horizontale Signaltransduktion), wodurch sie zahlreiche, intrazelluläre Signalwege triggern (vertikale Signaltransduktion). Damit stellen sie ein komplexes, funktionelles System dar, daß zum Teil tumortherapeutisch genutzt (Antigen-spezifische Therapien), und immer noch intensiv untersucht wird.

Hintergrund / Rationale der Forschungsarbeiten

Mit antigenspezifischen Therapeutika ist es möglich, Tumorzellen zielgerichtet zu bekämpfen. Humanisierte und chimäre Antikörper, aber auch enzymspezifische Kinaseinhibitoren gehören zu den am häufigsten eingesetzten Medikationen. Der Antikörper Trastuzumab (Herceptin®) und der Tyrosinkinaseinhibitor (TKI) Lapatinib (Tyverb®) richten sich gegen sog. ErbB-Rezeptor-Tyrosin-Kinasen (RTK), die, im Vergleich zu gesunden Zellen, auf Mammakarzinomzellen häufig überexprimiert werden oder als Onkoproteine hyperaktiv sind. Bei Abwesenheit von ErbB-Rezeptoren kommen auch Antagonisten bzw. Agonisten von GnRH- oder GHRH-Rezeptoren als Therapeutika in Frage (z. B. Cetrorelix u. a.). Die Target-spezifischen Agenzien hemmen das Tumorzellwachstum und können das Absterben entarteter Zellen induzieren.

Häufig sind die Tumorzellen gegenüber diesem zielgerichteten, therapeutischen Einsatz aber von Beginn an insensitiv, oder entwickeln eine Resistenz unter der Therapie. Die zellulären Mechanismen, die einem Ansprechen oder einer Resistenz zugrunde liegen, sind nur lückenhaft verstanden und werden in dieser Arbeitsgruppe erforscht.

Forschungsziele (Kernfragen)

• Identifizierung von molekularen Mechanismen bei Ansprechen auf und Resistenz gegenüber Target-spezifischen Therapien bei Mammakarzinomzellen
• Identifizierung von prädiktiven Markern und Signaturen, die für ein Ansprechen auf Target-spezifische Therapien verantwortlich sind.
• Testung der Wirksamkeit von Target-spezifischen Kombinationen zur Therapieeffizienzsteigerung

Diese Kernfragen werden in zahlreichen Einzelprojekten, die sich inhaltlich zu großen Teilen überlappen, angegangen. Dazu werden quantitativ-deskriptive sowie funktionelle Untersuchungen durchgeführt, darunter z. B. in-situ Hybridisierungen an Zellinien und Primärtumoren, quantitative Darstellung von Rezeptorkoexpressionsprofilen und -expressionsspleißvarianten, Rezeptor-(kreuz)-aktivierungen, Rezeptorhomo- und heterodimerisierungen und intrazellulären Signalwegen.

In der Forschung angewandte Techniken (Auswahl)

• Multiparametrische Durchflußzytometrie (Acht und Zwölffarb-Geräte FACSCanto-II und LSR-II von BDn Biosciences)
• Mehrkanal- (3D) Fluoreszenzmikroskopie (AxioImager Z1 mit Apotome, Bildverarbeitung mit Axiovision, Zeiss)
• Quantitative (high throughput) PCR (LightCycler 480, Roche)
• Zellkultur, Immunhistochemie, Western-Blotting u.v.a.m.
• Humanisierte Maus- und humanisierte Tumormausmodelle einschl. Mammakarzinom-PDX
  

Methodenprofil (Auswahl)

• Durchflußzytometrische Phänotypisierung von Mammakarzinomzellen
• Quantifizierung von Rezeptorinteraktionen mittels Fluoreszenz-Resonanz-Energie-Transfer (FRET)
• Statische und dynamische Proliferationsanalysen mit der Durchflußzytometrie, Apoptosemessungen
• Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH) an primärem Tumormaterial
• Biochemische und molekularbiologische Untersuchungen zu Rezeptorexpressions- und aktivitätsprofilen
• Untersuchungen von lateralen und transversalen Signaltransduktionen
• Tumorgrößenbestimmung, Histologien u.a.m. von Xenograft Tumoren aus Mäusen

 AxioImager Z1 (Carl Zeiss)

Schema der (Fluoreszenz)-in-situ-Hybridisierung

Aufnahmen von FISH Präparaten ohne (links) und mit (rechts) Apotomtechnologie. Das Bild in der Mitte zeigt die strukturierte Gitterbeleuchtung.

Beispiel einer Her2 Genamplifikation (grüne Signale) bei geringgradiger Polysomie (rote Signale: CEN 17)

Prinzip der durchflußzytometrischen Messung von Rezeptorinteraktion mittels FRET

Dynamische Proliferationsmessungen mittels Durchflußzytometrie u. a. zu Quantifizierung von quieszenten Zellen (Ko = Kontrolle; Herc = Herceptin behandelte Mammakarzinomzellen)