Gluconeogenese und antioxidative Abwehr in Lungenkrebszellen

In rasch wachsenden Tumoren wie dem Lungenkrebs müssen sich Tumorzellen permanent an schwankende Nährstoffzufuhr anpassen, vor allem an den Mangel an Glucose, einem wichtigen Ausgangsstoff für den Aufbau von Zellbestandteilen. Über die zellulären Mechanismen dieser Anpassung ist bisher wenig bekannt. Unsere Arbeitsgruppe hat vor einigen Jahren erstmals nachgewiesen, dass in Tumorzellen unter Glucosemangel ein Enzym des Gluconeogenese- Stoffwechselweges aktiviert wird, die PEPCK (Phosphoenolpyruvat Carboxykinase). Von der PEPCK, die in zwei Varianten PCK1 und PCK2 vorliegt, wusste man bis dahin nur, dass sie in der Leber und wenigen anderen Organen der Herstellung von Glucose zur Aufrechterhaltung des Blutzuckerspiegels dient. Wie in den letzten Jahren gezeigt werden konnte, ist insbesonders die mitochondriale Form, PCK2, allerdings auch ein zentrales Stoffwechselenzym für die flexible Nutzung von kleineren Molekülen, wie Aminosäuren, in Tumorzellen. Die Hemmung der PCK2 führte in unseren Studien und in anderen publizierten Arbeiten in verschiedenen Tumormodellen zur deutlichen Hemmung des Tumorzell-Überlebens und des Tumorwachstums. Die genauen Stoffwechselaktivitäten der PCK2 in Tumorzellen sind jedoch noch immer unklar. In diesem Projekt untersuchen wir das Zusammenspiel von PCK2 mit der Zellatmung und der antioxidativen Abwehr. Wir manipulieren die Aktivität und Expression der PCK2 in Lungenkrebszellen mit Hilfe unterschiedlicher genetischer Strategien und analysieren die Auswirkungen auf Zellatmung, Stoffwechsel, Zellteilung und Koloniebildung unter unterschiedlichen Nährstoffbedingungen. Dabei verfolgen wir die biochemische Umwandlung von Ausgangsstoffen wie Aminosäuren in zelluläre Stoffwechselprodukte mittels stabiler Isotopmarkierung, sowohl in der Zellkultur, als auch im Tumormodell. Unser Augenmerk liegt dabei auf der Herstellung und der Ausbalancierung antioxidativ wirksamer Moleküle, wie dem Glutathion. Damit wollen wir u.a. erstmals den Nachweis antreten, dass der PCK2 Stoffwechselweg tatsächlich im Tumorgewebe aktiv ist und werden untersuchen, ob PCK2 die Tumorzellen vor Sauerstoffradikalbildung schützt. Durch induzierbares Ausschalten der PCK2 in bereits etablierten Tumoren werde n wir klären, ob eine Hemmung der PCK2 in Lungenkrebszellen potenziell therapeutisch wirksam sein könnte.