Chromosomale Instabilität bei Alterung und Krebs

Numerische chromosomale Kopienzahlveränderungen und genetische Instabilität sind mit dem Auftreten von bestimmten Erkrankungen und Alterung assoziiert. In diesem Projekt werden sowohl numerische Kopienzahlveränderungen als auch die genetische Instabilität und ihre Ursachen mit neuartigen Verfahren mit dem Auflösungsniveau der Einzelzelle untersucht. Ein Dogma in der Krebsgenetik besagt, dass hauptsächlich Mutationen epitheliale Tumoren verursachen. In letzter Zeit jedoch wurden zunehmend auch Chromosomenveränderungen als Krebs verursachend diskutiert. Ein gutes Beispiel dafür stellt die Verkürzung der Chromosomenenden, der Telomere dar, die das Risiko für Chromosomenumbauten erhöht. Da eine kontinuierliche Verkürzung der Telomere mit Alterung zusammenhängt, ist dieser Mechanismus sehr attraktiv, um eine rationale Erklärung für den Zusammenhang zwischen Altern und zunehmender Krebsinzidenz zu erklären. Ein anderer Mechanismus ist charakterisiert durch eine erhöhte Rate von Chromosomengewinnen oder -verlusten und wird allgemein als chromosomale Instabilität (CIN) bezeichnet. CIN-verursachende Mutationen wurden in mitotischen Checkpoint Genen gefunden, wie BUB1, MAD2, securin, oder CDC4. Jedoch werden diese Mutationen nur in einer kleinen Minderheit von Tumoren nachgewiesen, sodass diese bestenfalls für einen sehr kleinen Anteil an Tumorfällen verantwortlich sein dürften. Darüber hinaus können Mutationen in diesen Genen nicht den altersbezogenen Anstieg von epithelialen Tumoren erklären. Deshalb ist derzeit die Ursache für CIN in Tumoren unklar. Gleichzeitig ist es aber seit mehreren Jahrzehnten bekannt, dass mit der Alterung ebenfalls die Anzahl aneuploider Zellen zunimmt. Deshalb müsste die Analyse von Mechanismen, die hinter dieser alterabhängigen Zunahme von aneuploiden Zellen stehen und die einen möglichen Zusammenhang zur Tumorentstehung herstellen können, besonders lohnend sein. Dieses Projekt zielt darauf ab Faktoren, die bei CIN und der altersabhängigen Aneuploidie beteiligt sind, zu identifizieren. Die Vorgehensweise kann in drei Schritte unterteilt werden: In einem ersten, hauptsächlich deskriptivem Schritt, werden die neuesten 3D-Techniken direkt am Gewebeschnitt oder auf Einzelzellsuspensionen angewandt. Dieser Schritt ist notwendig, um relevante Regionen mit CIN oder Aneuploidien zu identifizieren. In einem zweiten Schritt wird DNA aus diesen aneuploiden/CIN Regionen mittels unserer Whole-Genome PCR amplifiziert und mittels Array-CGH hochauflösend analysiert. Diese Analyse wird hilfreich sein, um zu unterscheiden, ob jeweils ganze Chromosomen an Aneuploidien beteiligt sind (was für Chromosomen-Segregations Störungen sprechen wurde), oder ob nur chromosomale Abschnitte verloren sind oder vermehrt vorliegen, was für einen anderen Mechanismus, der zur Aneuploidie führen könnte, sprechen würde. Im dritten Schritt, sollen Gene, die im Zusammenhang mit Aneuploidien stehen analysiert werden. Dafür sind auch funktionelle Analysen bestehend aus RNAi knockdown Experimenten geplant.

Numerische chromosomale Kopienzahlveränderungen und genetische Instabilität sind mit dem Auftreten von bestimmten Erkrankungen und Alterung assoziiert. In diesem Projekt werden sowohl numerische Kopienzahlveränderungen als auch die genetische Instabilität und ihre Ursachen mit neuartigen Verfahren mit dem Auflösungsniveau der Einzelzelle untersucht. Ein Dogma in der Krebsgenetik besagt, dass hauptsächlich Mutationen epitheliale Tumoren verursachen. In letzter Zeit jedoch wurden zunehmend auch Chromosomenveränderungen als Krebs verursachend diskutiert. Ein gutes Beispiel dafür stellt die Verkürzung der Chromosomenenden, der Telomere dar, die das Risiko für Chromosomenumbauten erhöht. Da eine kontinuierliche Verkürzung der Telomere mit Alterung zusammenhängt, ist dieser Mechanismus sehr attraktiv, um eine rationale Erklärung für den Zusammenhang zwischen Altern und zunehmender Krebsinzidenz zu erklären. Ein anderer Mechanismus ist charakterisiert durch eine erhöhte Rate von Chromosomengewinnen oder -verlusten und wird allgemein als chromosomale Instabilität (CIN) bezeichnet. CIN-verursachende Mutationen wurden in mitotischen Checkpoint Genen gefunden, wie BUB1, MAD2, securin, oder CDC4. Jedoch werden diese Mutationen nur in einer kleinen Minderheit von Tumoren nachgewiesen, sodass diese bestenfalls für einen sehr kleinen Anteil an Tumorfällen verantwortlich sein dürften. Darüber hinaus können Mutationen in diesen Genen nicht den altersbezogenen Anstieg von epithelialen Tumoren erklären. Deshalb ist derzeit die Ursache für CIN in Tumoren unklar. Gleichzeitig ist es aber seit mehreren Jahrzehnten bekannt, dass mit der Alterung ebenfalls die Anzahl aneuploider Zellen zunimmt. Deshalb müsste die Analyse von Mechanismen, die hinter dieser alterabhängigen Zunahme von aneuploiden Zellen stehen und die einen möglichen Zusammenhang zur Tumorentstehung herstellen können, besonders lohnend sein. Dieses Projekt zielt darauf ab Faktoren, die bei CIN und der altersabhängigen Aneuploidie beteiligt sind, zu identifizieren. Die Vorgehensweise kann in drei Schritte unterteilt werden: In einem ersten, hauptsächlich deskriptivem Schritt, werden die neuesten 3D-Techniken direkt am Gewebeschnitt oder auf Einzelzellsuspensionen angewandt. Dieser Schritt ist notwendig, um relevante Regionen mit CIN oder Aneuploidien zu identifizieren. In einem zweiten Schritt wird DNA aus diesen aneuploiden/CIN Regionen mittels unserer Whole-Genome PCR amplifiziert und mittels Array-CGH hochauflösend analysiert. Diese Analyse wird hilfreich sein, um zu unterscheiden, ob jeweils ganze Chromosomen an Aneuploidien beteiligt sind (was für Chromosomen-Segregations Störungen sprechen wurde), oder ob nur chromosomale Abschnitte verloren sind oder vermehrt vorliegen, was für einen anderen Mechanismus, der zur Aneuploidie führen könnte, sprechen würde. Im dritten Schritt, sollen Gene, die im Zusammenhang mit Aneuploidien stehen analysiert werden. Dafür sind auch funktionelle Analysen bestehend aus RNAi knockdown Experimenten geplant.