Genomische und andere molekulare Analysen bei verschiedenen Krebsarten haben eine bemerkenswerte Vielfalt an genomischen Aberrationen, veränderten Signalwegen und onkogenen Prozessen aufgezeigt. Wir stellen die Hypothese auf, dass diese Vielfalt durch endogene Faktoren, einschließlich Entwicklungsprogramme und epigenetische Zustände der entstehenden Zellen, in Verbindung mit exogenen Faktoren entsteht. Eine genaue Definition der Ursprungszellen und der Differenzierungs-/Entwicklungszustände während der Schlüsselereignisse ist von größter Bedeutung. Ziel dieses Forschungsschwerpunkts ist es, wiederaufgelebte Entwicklungsprogramme in einzelnen Tumorzellen im Vergleich zu normalen menschlichen embryonalen/fötalen Zellen zu identifizieren.

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Eine zentrale Frage ist, wie die Treibermutationen die normale Entwicklung des Ursprungsgewebes untergraben. Vorläufige Analysen deuten darauf hin, dass Neuroblastome über das gesamte klinische Spektrum hinweg durch aberrante Mitosen in der frühen sympathischen Neurogenese wahrscheinlich schon während der Schwangerschaft zu entstehen beginnen. Wann genau Neuroblastome in der Entwicklung entstehen und wie sich Hoch- und Niedrigrisikofälle genetisch entwickeln, ist jedoch nicht bekannt. Unter Verwendung von Massendaten aus der Ganzgenomsequenzierung (WGS) haben wir die häufigen Kopienzahlgewinne in Neuroblastomen zusammen mit der Charakterisierung somatischer Einzelnukleotidvarianten (SSNVs) mit hoher (>80x) Abdeckung genutzt, um die Evolutionsdynamik von Neuroblastomen über das gesamte klinische Spektrum dieser Krebsart hinweg zu ermitteln. Wir haben definiert, wann treibende Ereignisse während der Neuroblastom-Evolution auftraten, indem wir neutrale SSNVs als molekulare Uhr verwendeten. Darüber hinaus nutzten wir die Mutationsrate in normalen neuroendokrinen Vorläufern, um die molekulare Uhr der SSNV mit der Echtzeit zu kalibrieren und zu definieren, zu welchem Zeitpunkt während der Schwangerschaft das erste transformierende Ereignis (z. B. das anfängliche mitotische Versagen, das zu aneuploiden Tumorzellen führt) stattfindet.

 

 

 

Die pathogene Rolle vieler krebsbedingter Punktmutationen, Genfusionen, Kopienzahlaberrationen und deregulierter epigenetischer Markierungen, die proteinkodierende Sequenzen und Promotoren betreffen, lässt sich durch ihre Auswirkungen auf die Genfunktion oder die Gendosierung erklären. Im Gegensatz dazu ist es schwierig, die funktionellen Folgen von (epi-)genetischen Veränderungen an Enhancern vorherzusagen, bei denen es sich um cis-regulierende Elemente handelt, die die Aktivität eines oder mehrerer Gene aus einer Entfernung von bis zu 1 Mb steuern können. Veränderungen in nicht-kodierenden Regionen können durch die Veränderung der Aktivität von Enhancern komplexe pathogene Veränderungen der Genexpression stabil induzieren. Das Fehlen eines umfassenden Verständnisses der großräumigen funktionellen Organisation der regulatorischen Enhancer-Landschaft ist jedoch eine große Einschränkung bei der Verknüpfung von Enhancer-(Epi-)Mutationen mit Krebs und ihrer Nutzung als Arzneimittelziele.

In verschiedenen Projekten testen wir derzeit die Hypothese, dass (strukturelle) DNA-Mutationen im Zusammenspiel mit epigenetischen Veränderungen in nicht-kodierenden Loci die Funktion von Enhancern deregulieren und - überlagert von proteinkodierenden Mutationen - Treiber der Tumorentstehung sind. Zu diesem Zweck untersuchen wir prototypische Mechanismen der Enhancer-Deregulation, die wir kürzlich für das Neuroblastom beschrieben haben, und leiten einen konzeptionellen Rahmen ab, um zu verstehen, wie die entsprechenden (Epi-)Mutationen in nicht-kodierenden regulatorischen Regionen zur Tumorentstehung beitragen.

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Krebszellen müssen ihre Telomere verlängern, um sich unbegrenzt vermehren zu können, da kritisch kurze Telomere zu Seneszenz oder Zelltod führen können. Das Enzym Telomerase (TERT) ist ein onkogener Faktor, der bei etwa 90 % der Krebserkrankungen die Telomerverschlechterung durch die Synthese telomerischer DNA verhindert. Die verbleibenden ~10% nutzen den weniger charakterisierten alternativen Weg der Telomerverlängerung (ALT). Er beruht auf einer fehlerhaften DNA-Reparatur und Rekombination und wurde von unserer Gruppe untersucht. ALT ist insbesondere bei Tumoren wie Neuroblastom, Leiomyosarkom, neuroendokrinen Tumoren der Bauchspeicheldrüse und pädiatrischen Glioblastomen aktiv. Beim Neuroblastom ist ALT mit einem schlechten Ergebnis assoziiert und tritt vermehrt bei Rezidiven auf. Die derzeitigen Risikostratifizierungsschemata unterschätzen jedoch die schlechte Prognose von ALT-Fällen in etwa 30 % der ALT-positiven Neuroblastome, da die ALT-Aktivität derzeit in der klinischen Diagnostik nicht bewertet wird. Darüber hinaus gibt es keine medikamentösen Behandlungen, die speziell auf ALT abzielen, und ALT-positive Neuroblastome werden mit den Standardchemotherapien nicht optimal behandelt, was den großen klinischen Bedarf an ALT-spezifischen Therapiekonzepten deutlich macht.

 

 

 

Darüber hinaus sind wir an dem kürzlich erfolgreich durchgeführten DFG SPP - 2306/1 zum Thema "Ferroptose: Von molekularen Grundlagen zu klinischen Anwendungen". Ferroptose ist eine zelluläre Verwundbarkeit, die ausgelöst wird, wenn regulatorische Systeme versagen, um die chemische Interaktion zwischen Sauerstoff, Eisen und mehrfach ungesättigten Fettsäuren zu blockieren, was zur Akkumulation tödlicher Mengen von Lipidhydroperoxiden führt. Es wird vermutet, dass es zu verschiedenen pathologischen Zelltodszenarien beiträgt, darunter (neuro-)degenerative Erkrankungen, Hirnverletzungen, Ischämie-Reperfusionsverletzungen, und wahrscheinlich eine tumorsuppressive Funktion bei Krebs hat. Trotz seiner Bedeutung für verschiedene Krankheiten ist eine umfassende, systemorientierte und krankheitsübergreifende Erforschung dieses neuartigen regulierten Zelltodtyps derzeit nicht verfügbar, was ein Verständnis auf Systemebene bisher behindert und eine gezielte Modulation dieser Anfälligkeit als therapeutische Option verhindert hat. Unsere Aufgabe im Rahmen des DFG SPP ist es, quantitative Netzwerkmodelle zu entwickeln, die es erlauben, Ferroptose-Sensitivitäts-/Resistenzzustände von Zellen und Geweben zu definieren. Wir werden diese Modelle nutzen, um (i) verwundbare Knotenpunkte des Ferroptose-regulierenden molekularen Netzwerks funktionell zu erforschen und (ii) die Wechselwirkungen zwischen den wichtigsten Regulationswegen, die den Stoffwechsel von Eisen, Sauerstoff, Aminosäuren und ungesättigten Lipiden kontrollieren, zu analysieren.

 

 

 

In einem DKFZ-Bayer-Kooperationsprojekt haben wir uns auf die Entwicklung von Wirkstoffmolekülen konzentriert, die auf Proteine abzielen, die für das Überleben von MYC-gesteuerten Krebszellen wichtig sind. Auf der Grundlage eines synthetischen MYCN-Screens in Neuroblastomzellen haben wir die Hemmung von CDK12/13/CCNK als synthetisch tödliche Interaktion mit hohen MYC(N)-Ständen identifiziert. Basierend auf einem bei Bayer durchgeführten Wirkstoffscreening haben wir Leitstrukturen isoliert, die spezifisch auf den CDK12/13/CCNK-Komplex abzielen. Weitere Analysen ergaben, dass wir eine neue Klasse von Proteolyse-Wirkstoffen identifiziert haben, die auf molekulare Klebstoffabbauer abzielen. Molekulare Klebstoffabbauer, die den PROTACs ähneln, erreichen den Abbau durch "Entführung" des Ubiquitin-Proteasom-Systems der Zelle. Genauer gesagt sind PROTACs heterobifunktionelle Moleküle, die einen ternären Komplex mit dem Zielprotein und einer E3-Ligase bilden, indem sie zwei verschiedene kleine Molekül-Protein-Wechselwirkungen eingehen, während Molecular Glue Degrader funktionieren, indem sie das Zielprotein in ein "Neo-Substrat" für eine E3-Ligase umwandeln. Da molekulare Klebstoffabbauer/PROTACs ihre Zielproteine nur mit hoher Selektivität binden müssen (anstatt die enzymatische Aktivität des Zielproteins zu hemmen), gibt es derzeit viele Bemühungen, bisher unwirksame Inhibitormoleküle zu molekularen Klebstoffabbauern/PROTACs für Medikamente der nächsten Generation umzurüsten. Wir werden das klinische Potenzial unserer patentierten CDK12/13/CCNK-Inhibitoren, die günstige pharmakodynamische und -kinetische Eigenschaften aufweisen, weiter erforschen. Darüber hinaus werden wir den Molecular Glue Degrader/PROTAC-Ansatz weiter nutzen, um andere bisher unbehandelbare Targets wie MYC-Onkoproteine anzugehen.