Folatmetabolismus limitiert Krebswachstum

Der Folatstoffwechsel ist ein biochemischer Prozess bei dem aus Folsäure (Vitamin B9) abgeleitete Verbindungen als Überträger von einzelnen Kohlenstoffgruppen verwendet werden. Alle diese von Folsäure abgeleiteten Verbindungen werden auch als Folate bezeichnet. Die übertragenen Kohlenstoffgruppen stellen die kleinsten molekularen Bausteine dar, die in lebenden Zellen zum Aufbau von komplexeren Molekülen wie z.B. DNA verwendet werden. Außerdem werden die Kohlenstoffgruppen zur Methylierung von Histonen und damit zur Regulation der DNA Transkription benötigt. Der Folatstoffwecsel ist daher unverzichtbar für die Zellteilung. Eine Krankheit bei der Zellteilung eine besondere Rolle spielt ist Krebs, der durch ein invasives, abnormales Zellwachstum definiert wird. Die Wichtigkeit des Folatstoffwechsel bei Krebs lässt sich wahrscheinlich am besten dadurch unterstreichen, dass die ersten Chemotherapeutika die in den 1950er Jahren auf den Markt gekommen sind im Folatstoffwechsel wirken. Einige dieser Medikamente bzw. ihre Nachfolger sind bis heute im Gebrauch. Der Fluss von Kohlenstoffgruppen durch den Folatmetabolismus wird von Enzymen kontrolliert, die das jeweils von der Zelle benötigte Gleichgewicht zwischen den einzelnen Folaten herstellen. Da alle an den Folatmetabolismus gekoppelten Stoffwechselwege unterschiedliche Folate als Ausgangsstoffe verwenden, lässt sich aus der Konzentration des jeweiligen Ausgangsstoffes die Aktivität des nachfolgenden Stoffwechselwegs ableiten. Leider sind die meisten Folate sehr instabile Metabolite die sich sofort nach dem Zell oder Gewebsaufschluss zu zersetzen, oder ineinander umzuwandeln, beginnen. Bis jetzt wird dieser Tatsache insofern begegnet, dass Folate in Gruppen zusammengefasst werden wobei die wichtige Information über den jeweiligen Ausgangsstoff verloren geht. Ein andere Ansatz besteht darin, die Probe möglichst rasch nach dem Aufschluss zu vermessen und mittels Standards die Zersetzung bzw. Umwandlung abzuschätzen und auf die Ursprüngliche Konzentration des Ausgangsstoffs rückzurechnen. Obwohl dieser Ansatz sehr genaue Resultate liefern kann, ist er in vielen Routineanwendung, zum Beispiel im klinischen Umfeld, praktisch nicht umsetzbar. Das Ziel dieses Projekts ist es den Folatmetabolismus eines Zellmodells für Krebsaggressivität zu untersuchen. Dazu werden wir eine stabile, sensitive und hochdurchsatzgeeignete Methode zur Folatanlyse entwicklen. Dabei werden wir die Folate direkt beim Aufschluss durch chemische Derivatisierung stabilisieren um eine Zersetzung oder Umwandlung in andere Folate zu verhindern. Die stabilisierten Folate erlauben eine für Folate neuartige Probenvorbereitung,die wiederum die Umsetzung einer Hochdurchsatzmethodebasierendauf Direktinfusionmassenspektrometrie wesentlich vereinfacht. Basierend auf der einfachen, vor Ort durchführbaren Derivatisierung, der besseren Lagerbarkeit der Proben sowie dem erwarteten hohen Probendurchsatz erwarten wir eine kostengünstige und im klinischen Routinebetrieb breite Anwendbarkeit unserer Methode. Auf lange Sicht wird es unsere Analysemethode erlauben genaue Vorraussagen zu machen welche Patienten auf welche Medikation ansprechen und damit eine gezieltere medizinische Intervention mit weniger Nebenwirkungen erlauben.

Im Zuge diese Erwin-Schrödinger Stipendiums wurde ein breit anwendbare Analysenmethode zur detaillierten Bestimmung aller natürlich vorkommenden Folatspezies entwickelt. Diese Folatspezies dienen als Träger der kleinstmöglichen Kohlenstoffeinheit die aus genau einem Kohlenstoff in unterschiedlichen Oxidationsstufen besteht. Diese Kohlenstoffeinheiten sind notwendige Bausteine beim Aufbau von auf zellulärer Ebene überlebensnotwendigen Verbindungen, zum Beispiel Nukleinsäuren und Aminosäuren. Darüber hinaus spielen sie auch in der Regulierung zellulärer Prozesse sowie im Schutz vor oxidativem Stress eine entscheidende Rolle. Viele Erkrankungen wie zum Beispiel und Herz- Kreislauf-Erkankungen, Neurodegenerative Krankheiten und auch Krebs gehen Mit Veränderungen im Folatstoffwechsel einher. Leider sind viele dieser Folatspezies sehr instabil und daher nicht mit gängigen analytischen Methodenbestimmbar. ImZuge dieses Stipendiums wurdeeineneue Derivatisierungsstrategie entwickelt mit der diese instabilen Folatspezies direkt bei der Probennahme mittels einer chemischen Reaktion stabilisiert werden. Diese stabilisierten Folate können dann mittels Flüssigkeitschromatographie gekoppelter Massenspektrometrie analysiert werden. Dadurch wurde nicht nur zum ersten Mal eine Analyse aller Folatspezies ermöglicht, auch die Empfindlichkeit der Analyse wurde verbessert. Der in der praktischen Anwendung wichtigste Effekt ist, dass die Stabilisierung der Folatspezies eine Lagerung der Proben ermöglicht und die Analyse ungemein vereinfacht. Einerseits erlaubt dies die Anwendung der Methode in einem klinischen Umfeld wo strikt zeitkontrollierte Abläufe nur sehr schwer umzusetzen sind, andererseits können die Proben auch in nicht darauf spezialisierten Laboren analysiert werden.