Metabolomische Untersuchungen bei lymphoblastischer Leukämie

Glucoccorticoide (GC) besitzen die Eigenschaft, Zellzyklusarrest und Zelltod (Apoptose) in lymphoiden Geweben zu induzieren, weswegen sie in der Therapie von bösartigen Erkrankungen des Immunsystems, besonders bei der akuten lymphatischen Leukämie des Kindes, eingesetzt werden. Auf Grund der Entwicklung von GC-Resistenz müssen jedoch die Patienten zusätzlich mit Chemotherapeutika, Röntgenbestrahlung und u.U. Stammzelltranplantationen behandelt werden, was beträchtliche Nebenwirkungen nach sich zieht. Zudem versterben 30-50% der Patienten trotz intensiver Kombinationstherapie. Eine Verbesserung bestehender Therapieschemata wird dadurch erschwert, dass der Mechanismus der GC induzierten Apoptose und die Wege, wie sich Krebszellen der Wirkung der GC entziehen, nach wie vor weitgehend unbekannt sind. Aktuelle Ergebnisse von Genexpressionsprofilanalysen, Untersuchungen des Metabolismus und von funktionellen Experimenten mit Inhibitoren von Stoffwechselwegen aus unserem und anderen Labors lassen vermuten, dass eine Beeinflussung des zellulären Stoffwechsels durch GC eine entscheidende Rolle im Zelltod spielt. Die von uns entdeckte, der Apoptoseinduktion vorausgehende Regulierung eines Schlüsselenzym der Glycolyse und des damit verbundenen zellulären Energiestoffwechsels, nämlich die Phosphofrukto-kinase/Fruktose-Bisphosphatase (PFKFB2), sowie die Beobachtung, dass eine geringfügige Inhibition der Glycolyse eine starke Sensitivierung von Leukämiezellen auf GC bewirkt, unterstützen diese Hypothese. Auf Grund der vorliegenden Datenlage sollen im vorliegenden Projekt folgende Ziele verfolgt werden: (i) die genaue Charakterisierung von Stoffwechselveränderungen in Leukämiezellen von Patienten unter GC Therapie und in entsprechenden in vitro Systemen durch auf NMR basierenden Metabolomics Analysen, (ii) bioinformatische Aufarbeitung der sich ergebenden komplexen Datenmatrix und Integration der metabolomischen Daten mit denen unserer Genexpressionsstudien, und (iii) funktionelle Analysen der identifizierten Stoffwechselwege. Letztere wird mit zwei unterschiedlichen Ansätzen untersucht, einerseits durch konditionelle Überexpression oder RNA-Interferenz-mediierten Ausschaltung der in Frage stehenden Enzymen, andererseits durch die Applikation von potentiell klinisch relevanten Inhibitoren für die von GC beeinflussten Stoffwechselwege in ex vivo and in vitro ALL Systemen. Die vorgeschlagenen Projektziele und Experimente werden die durch GC ausgelösten Stoffwechselveränderungen in malignen Lymphpzyten aufdecken und ihre Rolle im Zelltod abklären. Dies könnte die Grundlage für verbesserten Kombinationstherapieansätze für bösartige Erkrankungen des Immunsystems liefern.