MikroRNA und Stresstoleranz in Krebsmodellen

Unter kleinen nicht-kodierenden RNAs, sind mikroRNAs an einer Reihe essentieller Funktionen unter physiologischen und pathophysiologischen Bedingungen beteiligt. Der Großteil dieser mikroRNAs wurde bisher nicht funktionell charakterisiert. Durch ihre Rolle in Zellzyklus, Apoptose oder onkogener Transformation spielen mikroRNAs vermutlich eine tragende Rolle bei zellulärer Stresstoleranz. Bis heute wurde dies aber weder bei akutem noch bei chronischem Stress systematisch untersucht. In diesem Projekt werden differentiell exprimierte mikroRNAs auf ihren funktionellen Beitrag zur Stressresistenz in Krebsmodellen von Kolon, Cervix und Brust mit erworbener mehrstufiger Resistenz gegen antineoplastische Substanzen untersucht. Wir schlagen daher folgende Arbeitshypothesen vor: 1. mikroRNAs sind in malignen Zellen unter Stress differentiell reguliert; 2. mikroRNAs sind Schlüsselfaktoren der xenobiotischen Resistenz. Um die erste Hypothese zu testen, werden Zellen oxidativem bzw. DNA-Stress unterzogen, wobei die Dynamik der mikroRNA Regulation über differentielle Expressionsprofile erfasst wird und, im Fall einer Suppression der mikroRNA, epigenetische Mechanismen der Stilllegung untersucht werden. Für die zweite Hypothese werden mikroRNAs durch Auf- oder Abregulierung in vitro moduliert, um den Einfluss von mikroRNAs auf Stresstoleranz (Überleben, Seneszenz, Apoptose oder Nekrose), Wechselwirkung mit Überlebens-Signalwegen (PI3K - Akt - mTOR) und mit identifizierten Zielgenen von mikroRNA zu erfassen. Im Sinne eines "proof-of-principle" werden abschließend mögliche neue Interventionsstrategien in ausgewählten resistenten Modellen getestet. Vorhergehende Arbeiten unserer Gruppe haben die akkordierte Antwort von Krebszellen unter zytotoxischem Stress auf molekularer Ebene gezeigt. Um nun diese Untersuchungen auf mikroRNA zu erweitern, haben wir in einem mehrstufigen Resistenzmodell des Kolons bereits neun differentiell exprimierte mikroRNAs validiert. Die Kandidaten für weitergehende funktionelle Untersuchungen sind: miR-10b, miR-19a, miR-19b, miR-130a, miR- 141, miR-200a, miR-200b, miR-200c, and miR-375. Stresstoleranz ist in jedem lebenden Organismus eine vitale Funktion. Krebszellen haben im Umgang mit Stress eine flexible Überlebensstrategie entwickelt (Resistenz gegen das Immunsystem oder systemische Therapie), die maligne Zellen als außerordentlich geeignetes Modell qualifiziert, um mikroRNAs als regulierendes Element der Widerstandsfähigkeit in drei mehrstufigen Resistenzmodellen zu untersuchen. Da Therapieresistenz die Hauptursache der Krebsmortalität darstellt, erwarten wir aus dieser Studie relevante Beiträge für die translationelle Krebsforschung. Angrenzende Gebiete wie neurodegenerative oder kardiovaskuläre Erkrankungen, die alle mit zellulärem Stress verbunden sind, könnten davon stark profitieren, da die regulierende Rolle von mikroRNAs auch für andere Zelltypen unter unphysiologischen Bedingungen gültig sein können.

Lebende Zellen müssen in ihrer Lebenszeit mit einer Reihe von Stressfaktoren umgehen können. Das trifft auf normale Zellen zu, aber umso mehr auf Krebszellen. Um zu überleben, müssen diese lernen sich der Herausforderung der medikamentösen Krebstherapie zu stellen und sich daran anzupassen. In diesem Projekt beschreiben wir, wie kurze RNA- Stränge, genannt mikroRNA, sich verändern wenn die Zelle therapieresistent wird und wie sie die Krebszelle dabei unterstützen, wenn sie einer Reihe von Krebsmedikamenten ausgesetzt werden. Zuallererst sind diese mikroRNA signifikant verändert wenn eine Krebszelle mit Medikamenten in Berührung kommt. Zusätzlich sind manche nicht nur verändert, sondern unterstützen die Krebszelle bei ihrer Überlebensstrategie. Diese Art der Antwort scheint spezifisch für verschiedene Krebsarten zu sein, wie wir an vier verschiedenen Beispielen zeigen konnten: Karzinome des Muttermundhalses, der Dickdarms und der Brust sowie bei Hautkrebs. Darüber hinaus werden mikroRNA von therapieresistenten Krebszellen in kleine Tröpfchen (Nanopartikel) verpackt, Exosomen genannt. Diese Exosomen verlassen die Krebszelle und transportieren molekulare Informationen von Zelle zu Zelle: auf diese Art sprechen Zellen miteinander, vermehrt unter Stress. Interessant dabei ist, dass therapieresistente Krebszellen anderen Zellen eine schädliche Botschaft übermitteln: ein ganz aktuelles Gebiet für zukünftige Forschung.