Kopienneutralen heterozygotieverlust: Molekulare Mechanismen

Krebs ist eine der tödlichsten menschlichen Krankheiten und stellt eine ständig wachsende Bedrohung für die menschliche Gesundheit dar. Das Verständnis der Mechanismen, die zur Entstehung von Krebs führen, ist von zentraler Bedeutung für die Entwicklung von Therapiestrategien. Auf die Veränderung einer der beiden Kopien eines Gens, das die Tumorbildung unterdrückt, folgen häufig weitere Ereignisse, die zum Verlust und zum Ersatz der verbleibenden gesunden Kopie durch ein Replikat des mutierten Gens führen. Dies ist ein häufiger Vorgang bei bösartigen Krebserkrankungen des Menschen und führt zur vollständigen Inaktivierung des betroffenen Gens. Solche Ereignisse werden als "kopienneutraler Verlust der Heterozygotie" oder kurz "cnLOH" bezeichnet. Trotz der Häufigkeit und Bedeutung von cnLOH-Ereignissen ist der zugrundeliegende Mechanismus weitgehend unklar. Um mehr über diese Vorgänge zu erfahren, werden wir ein bahnbrechendes, in unserem Labor entwickeltes 3D-System verwenden, das humanspezifische Aspekte der Gehirnentwicklung modelliert, so genannte zerebrale Organoide. Wir werden diese Vorgänge in verschiedenen Organoidmodellen verfolgen, die die Bildung von Hirntumoren nachbilden, die durch Veränderungen in verschiedenen Genen verursacht werden, von denen bekannt ist, dass sie cnLOH-Ereignisse durchlaufen. Die Einfachheit dieses Systems wird es uns ermöglichen, solche Ereignisse in einem sehr hohen Durchsatz nachzubilden und zu bestimmen, wo und wann sie während der Tumorentstehung in Hirnorganoiden auftreten. Wir werden genetische Screens durchführen, um die Mechanismen aufzudecken, die die cnLOH-Ereignisse steuern, und ihre Relevanz während der Tumorentstehung in zerebralen Organoiden testen. Durch den Vergleich der Daten aus diesen Screens werden wir feststellen, ob die gleichen oder andere Mechanismen zu cnLOH führen. Die Anwendung eines breiten Spektrums von Ansätzen hat das Potenzial, endlich die Mechanismen aufzudecken, die cnLOH-Ereignisse während der Tumorentstehung steuern, und könnte zu einzigartigen neuen therapeutischen Strategien für die Behandlung relevanter Pathologien und von Krebs im Allgemeinen führen.

Ziel dieses Projekts war es, ein biologisches Phänomen besser zu verstehen, das als "copy-neutral loss of heterozygosity " (kurz: cnLOH) bezeichnet wird. Dabei verliert eine Zelle die ursprüngliche genetische Vielfalt: Statt zwei unterschiedlicher Versionen (oder "Kopien") eines Gens enthält sie plötzlich zwei identische - und wenn diese fehlerhaft sind, kann dies das Wachstum von Tumoren begünstigen. Wie genau dieser Mechanismus funktioniert - vor allem im menschlichen Gehirn - ist bislang nur unzureichend erforscht. Wir möchten diesen Prozess mit Hilfe menschlicher Stammzellen im Labor nachbilden. So können wir auf Tierversuche verzichten und erhalten Erkenntnisse, die direkt für die menschliche Biologie und Medizin relevant sind. Dazu haben wir sogenannte zerebrale Organoide verwendet - das sind winzige, hirnähnliche Strukturen, die aus menschlichen Stammzellen im Labor gezüchtet werden. Diese 3D-Modelle erlauben es uns, die Entwicklung und Erkrankung des menschlichen Gehirns möglichst realitätsnah zu untersuchen. Ein besonderer Schwerpunkt des Projekts lag auf der Tuberösen Sklerose (TSC) - einer schweren neurologischen Erkrankung, die durch Mutationen im TSC2-Gen verursacht wird. TSC geht mit der Entstehung von Tumoren im Gehirn einher. In früheren Studien hatten wir bereits beobachtet, dass Organoide mit einer defekten TSC2-Kopie tumorähnliche Strukturen bilden können - und dass dabei cnLOH eine Rolle spielt. Im Verlauf des Projekts haben wir unsere Untersuchungen erweitert und auch sogenannte Neurosphären einbezogen - das sind kleine Zellklumpen, die aus bestimmten Hirnzellen gezüchtet werden, die in frühen Tumorstadien eine wichtige Rolle spielen. Diese Modelle sind einfacher aufgebaut als Organoide, ahmen jedoch wichtige Aspekte der Tumorentwicklung ebenfalls nach. Diese Experimente führten zu einer spannenden Entdeckung: Wir konnten eine bestimmte Zellart identifizieren, die möglicherweise besonders anfällig für die Entstehung dieser Erkrankung ist. Außerdem fanden wir heraus, dass diese Zellart in TSC Patienten abweichende Nervenzelltypen hervorbringt - ein Hinweis auf einen möglichen Beitrag dieser Störung zur TSC-Erkrankung. Weitere Experimente sind im Gange, um cnLOH gezielt in dieser Zellart zu untersuchen und seine Auswirkungen genauer zu analysieren. Die Ergebnisse dieses Projekts werden derzeit wissenschaftlich ausgewertet und für die Veröffentlichung vorbereitet.