Stat1onieren lrf1 in Mammakarzinogenese und Therapie

Der Einsatz von Hochdurchsatz-Technologien hat in vielen Tumorentitäten neue, möglicherweise therapierelevante Gene identifiziert. Beim Brustkrebs deuten Ergebnisse dieser Untersuchungen darauf hin, dass Alterationen des Jak/Stat Signalweges eine wichtige Rolle in der Karzinogenese und Tumorprogression spielen. Leider existieren wenige Berichte über die Funktionalität des Jak/Stat Signalweges, die eindeutig aufzeichnen könnten, welche zellbiologischen Vorgänge für das Mammakarzinom ursächlich sind, und welche lediglich Epiphänomene darstellen. Unsere Arbeitsgruppe konnte zeigen, dass die tumorsuppremierende Wirkung von Stat1 sowohl über Zell- intrinsische Mechanismen im Brustepithel selbst als auch über T-Zell mediierte immunologische Vorgänge vermittelt wird. Erste Ergebnisse weisen darauf hin, dass die Zell-intrinsische Effekte von Stat1 durch den Transkriptionsfaktors Irf1 ausgeübt werden. Dementsprechend entwickeln auch Irf1- defiziente Mäuse spontan Mammakarzinome. Es ist allerdings unklar, in welcher Hierarchie Interaktionen zwischen Stat1 und Irf1 in der Mammakarzinogenese erfolgen. Obwohl Stat1 und Irf1 konsekutive Mitglieder desselben Signalweges darstellen, unterscheiden sich ihre Auswirkungen auf die Mammakarzinomentwicklung und -Therapieansprechen. Wir haben unterschiedliche Tumorphänotypen nach Verlust von Stat1, bzw. Irf1, registriert: während Tumore in Stat1-/- Mäusen Östrogen-Rezeptor (ER)-positive Karzinome mit partieller Downregulation der Irf1-Expression entwickelten, resultierte der Verlust von Irf1 in der Entwicklung von ER-negativen, hochmalignen Karzinomen, die eine Mosaik-Expression von Stat1 demonstrierten. Unsere Hypothese ist, dass Stat1 und Irf1 unterschiedliche Knotenpunkte darstellen und der Verlust jedes dieser Faktoren bestimmte Auswirkungen auf die Mammakarzinom-Entwicklung zur Folge hat. Ziel der geplanten Studie ist es, die Wechselwirkung von Stat1 und Irf1 und deren Bedeutung für die Tumorprogression und Therapieansprechen zu untersuchen. Durch den Einsatz von innovativen Maus Modellen mit induzierbarer Stat1-Expression gehen wir der Frage nach, ob die Bildung der in situ präkanzerogenen Läsionen (MIN) durch Re-expression von Stat1 und/oder Irf1 revertiert werden kann und/oder die Re- Expression von Stat1 die Tumorprogression anzuhalten vermag. Weiters möchten wir die Stat1/Irf1 Achse und ihre Bedeutung in der Metastasierung untersuchen. Wir vermuten auch, dass Stat1/Irf1 nicht nur die Mammakarzinogenese beeinflusst, sondern in Abhängigkeit vom Tumorstadium auch das Therapieansprechen moduliert. Die Re-Induktion von Stat1 in unterschiedlichen Tumorstadien erlaubt uns diese Hypothese zu testen. Diese Experimente können auch die genaue Rolle von Irf1 klären, welcher aus unserer Sicht auch Stat1-unabhängige Wirkungen besitzt. Die Experimente in der Maus werden durch den Nachweis von Stat1 und Irf1 in humanen Mammakarzinomen aus einer randomisierten, Phase II neoadjuvanten klinischen Studie ergänzt. Diese Untersuchungenwerden zeigen, obdie Expression von Stat1/Irf1in bestimmten Mammakarzinomsubtypen unterschiedliche Auswirkungen auf das Therapieansprechen hat. Diese Entdeckungen könnten eine individualisierte Therapiewahl ermöglichen und die Identifizierung prädiktiven Faktoren könnte auf neue Angriffspunkte für therapeutische Ansätze hinweisen.

Der JAK/STAT Signalweg ist ursächlich in die Entstehung solider und hämatologischer Tumore involviert. Insbesondere findet sich eine kontinuierliche Aktivierung des Signalwegs in Brustkrebs sowie in entarteten Blutzellen. Wir konnten bereits vor Beginn des Projektes zeigen, dass dem Transkriptionsfaktor STAT1 eine Schlüsselrolle in der Entstehung von Brustkrebs zukommt. Fehlte STAT1, so erkrankten die Mäuse. Die Aufgabe des Projektes war nun, jene Kandidaten im STAT1-abhängigen Netzwerk zu identifizieren, deren Ausschalten das Voranschreiten des Tumors verhindern. Therapeutische Ziele sollten somit identifiziert und validiert werden. Wir fanden heraus, dass sowohl STAT1 als auch sein `downstream gelegener Partner CDK8 kritische Knotenpunkte in dem Signalnetzwerk sind. Der Verlust von CDK8 reichte aus, um die Invasivität der Tumore signifikant zu senken. Wir gingen in diesem Projekt noch einen Schritt weiter und untersuchten die Auswirkungen von STAT1 bzw. CDK8 Verlust auf die Entstehung bzw. den Verlauf von Leukämien. Es stellte sich heraus, dass beiden Proteinen hierbei eine essentielle Rolle zukommt. Jedoch in entgegensetzte Richtungen. Der alleinige Verlust von STAT1 (beobachtet in einer Stat1-knockout Maus) reichte aus, um eine fatale myeloproliferative Erkrankung hervorzurufen. Entfernt man den entarteten myeloiden Zellpool, so erhebt sich eine ebenso fatale andere Erkrankung: ein leukämisches B-Zell Lymphom. Gemeinsam mit KollegInnen vom Allgemeinen Krankenhaus (AKH) in Wien konnten wir diesem Phänomen eine klinische Relevanz zuordnen. Parallel zu unserem Bild in Stat1-knockout Tieren, konnte in einem signifikanten Prozentsatz von PatientInnen mit einer myeloproliferativen Erkrankung die Entwicklung von fatalen B-Zell Lymphomen beobachtet werden, sobald JAK2/STAT1 Inhibitoren verabreicht wurden. Dies bedeutet, dass der JAK2/STAT1 pathway im Normalfall eine solche Entartung verhindert. Ein Ausschalten von STAT1 hätte somit negative Auswirkungen auf den Verlauf von Leukämien. STAT1 ist in dieser konkreten Erkrankung kein geeignetes therapeutisches Ziel. Das Ausschalten von CDK8 zu Beginn oder im Verlauf einer B-Zell Erkrankung verzögerte hingegen eindeutig den Leukämieverlauf. Um die Leukämie zu fördern, benötigt CDK8 jedoch einen weiteren Signalweg als Partner: den mTOR pathway. Durch Kollaboration mit Wissenschaftlern von der Harvard Medical School applizierten wir einen Inhibitor der neuen Generation, einen sogenannten "dual inhibitor". Dieser blockierte sowohl CDK8 als auch mTOR in den Leukämiezellen und löste gezielt Zelltod aus. Eine Blockade von CDK8 und mTOR könnte eine zielführende Strategie darstellen, um Tumorzellen nachhaltig auszuschalten.