High Content Analysis-Imager (HCAI)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Chemoresistenz bei Krebserkrankungen ist das Hauptforschungsgebiet, in dem das Forschungs-Grossgerät zum zellulären Imaging eingesetzt wird (High Content Analysis Imager – HCAI). Hier bestehen strukturierte und einzeln geförderte Projekte (DFG, BMBF), in denen der HCAI wesentliche Beiträge leistet. Eines der Hauptprobleme bei der Behandlung von Krebserkrankungen sind primäre oder während der Therapie auftretende Resistenzen. Es wurde eine Vielzahl von resistenten Zelllinien mit klinischer Relevanz generiert und im HCAI charakterisiert. So konnten neue Strategien zur Resistenzüberwindung entwickelt werden. Im Rahmen eines BMBF geförderten Projektes wurden Naturstoffe aus indonesischen Pflanzen und Mikroorganismen isoliert und charakterisiert. Die biologische Wirkung auf zytostatische Aktivität erfolgte mit HCAI. Hier konnten parallele phänotypische Readouts erfolgen: Zellviabilität, Nucleus-Grösse, Mitochondrien-Potential, DNA-Schädigung/Strangbrüche, Caspaseaktivierung. Der HCAI erlaubte die umfassende Charakterisierung neuer zytotoxischer Substanzen wie z.B. dem Mykotoxin Phomoxanthon A, die möglicherweise als Antibody-Drug Konjugate in eine nächste präklinische Phase eintreten können. In einem DFG-geförderten Kooperationsprojekt (GRK2158 und Einzelförderung) wird der HCAI zur Entwicklung neuer epigenetischer Wirkstoffe mit Antitumorwirkung eingesetzt. Tumore zeigen eine Überexpression von Histondeacetylasen (HDACs), von denen es 4 Klassen mit mehreren Vertretern gibt. Dies führt zu einer transkriptionellen Repression, die die Chemotherapie-ausgelöste Apoptose, den programmierten Zelltod, verhindern kann. Chemoresistenz kann mit HDAC-Dysregulationen assoziiert sein. HDAC-Inhibitoren können diese pathologischen Änderungen revertieren und Chemosensitivität wiederherstellen. Unklar ist, inwieweit subtyp-selektive HDAC-Inhibitoren gegenüber Pan-Inhibitoren überlegen sind. Daher wurde im Institut für Pharmazeutische und Medizinische Chemie der Universität Düsseldorf sowie am Institut für Pharmazie der Universität Leipzig eine umfangreiche Bibliothek an verschiedenen HDAC-Inhibitoren synthetisiert und mit Hilfe des HCAI an Krebszelllinien phänotypisch gescreent, die unterschiedliche Sensitivität gegenüber dem nach wie vor klinisch häufig eingesetzten Cisbzw. Carboplatin aufweisen. Es wurden Klasse I und Klasse IIb-selektive HDAC-Inhibitoren entwickelt, die in der Lage sind, Platinresistenz zu überwinden und ebenfalls die Entwicklung einer Platinresistenz zu verhindern oder reduzieren. HCAI wurde ebenfalls eingesetzt, um synergistische Wirkungen in verschiedenen phänotypischen Readouts zu analysieren (Live-Dead-Assay, Caspaseaktivierung). Unterschiedliche Kinetiken der Caspaseaktivierung verschiedener HDAC-Inhibitoren konnten durch zeitabhängige Messung der Caspaseaktivierung an lebenden Zellen ermittelt werden. Diese Messung wurde durch das „Live Cell“-Modul des HCAI ermöglicht. Ebenfalls konnten HDAC-Inhibitor-bedingte Veränderungen der Histonacetylierung sowie eine Verstärkung von DNA-Strangbrüchen mit Hilfe des HCAI nachgewiesen werden. Im Rahmen des DFG-geförderten Kooperationsprojektes (Prof. Kassack, Prof. Kurz) wird die Entwicklung und Evaluierung von Klasse IIa-subtyp-selektiven HDAC-Inhibitoren bearbeitet. Auch hier erlaubt der HCAI die Untersuchung der Testsubstanzen an verschiedenen Krebszelllinien. Ferner werden Peptid-markierte Klasse IIa HDACs überexprimiert bzw. ausgeschaltet, um per HCAI die zelluläre Lokalisation und phänotypische Effekte von Klasse IIa HDACs zu untersuchen. In einem weiteren Kooperationsprojekt wurden Effekte von Adenosin und ATP auf die Chemosensitivität von Ovarialkarzinomzellen mittels HCAI untersucht. Sowohl für Adenosin als auch ATP konnte ein sensitivierender synergistischer Effekt mit Cisplatin mittels HCAI gefunden werden. Zusammengenommen wurde der HCAI für eine Vielzahl phänotypischer qualitativer und quantitativer Untersuchungen zur Krebs-Chemoresistenz eingesetzt. Dabei konnten neue Naturstoffe identifiziert werden und HDAC-Inhibitoren mit chemosensitivierenden oder Resistenz-verhindernden Eigenschaften. Der HCAI ist Bestandteil verschiedener abgeschlossener, laufender und künftig geplanter Kooperationsprojekte.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Adenosine enhances cisplatin sensitivity in human ovarian cancer cells. Purinergic Signalling, 14(4), 395-408.
Sureechatchaiyan, Parichat; Hamacher, Alexandra; Brockmann, Nicole; Stork, Bjoern & Kassack, Matthias U.
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Effects of novel HDAC inhibitors on urothelial carcinoma cells. Clinical Epigenetics, 10(1).
Kaletsch, Aline; Pinkerneil, Maria; Hoffmann, Michèle J.; Jaguva Vasudevan, Ananda A.; Wang, Chenyin; Hansen, Finn K.; Wiek, Constanze; Hanenberg, Helmut; Gertzen, Christoph; Gohlke, Holger; Kassack, Matthias U.; Kurz, Thomas; Schulz, Wolfgang A. & Niegisch, Günter
