Ein neuer Ansatz zur selektiven Inhibition und Darstellung von MT1-MMP Aktivität, um dessen Rolle in der Tumorzellinvasion und Metastasenbildung in Brustkrebs zu untersuchen

• Antragstellerin: Dr. Martina Tholen
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Biochemie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 314695690

Matrix-Metalloproteasen (MMPs) bauen extrazelluläre Matrix ab, wodurch sie Tumorzellen ermöglichen in Gewebe einzuwandern und die Tumorangiogenese fördern. Die Familie der MMPs umfasst 23 verschiedene Proteasen, die hohe strukturelle Ähnlichkeit aufweisen und sich im Hinblick auf die Funktion in der Tumorprogression stark unterscheiden. Die Herstellung von Inhibitoren, die spezifisch auf einzelne MMPs wirken, stellt eine große Herausforderung in diesem Feld dar. MMPs benutzen im Gegensatz zu Serin- oder Cysteinproteasen kein proteingebundenes Nukleophil, um die Peptidbindung in ihren Substraten anzugreifen. Ein solches Nukleophil wird allerdings häufig zur kovalenten Modifikation durch Inhibitoren verwendet. Das Labor von Prof. Matthew Bogyo hat einen neuen Ansatz entwickelt, um die Funktion einzelner MMPs besser untersuchen zu können. Durch eine für die Proteasefunktion irrelevanten Mutation wird ein Nukleophil eingebracht, das zur Modifikation durch niedermolekulare Verbindungen genutzt werden kann. Diese können sowohl als Inhibitoren wirken oder an einen Fluoreszenzfarbstoff gekoppelt als optische Sonde genutzt werden. Somit kann die Proteaseaktivität mit absoluter Spezifität inhibiert und bildgebend dargestellt werden. Bekannte Limitationen genetischer Ansätze wie kompensatorische Mechanismen und Letalität von MMP knock-out Modellen werden umgangen. In diesem Forschungsvorhaben werde ich diesen Ansatz in einem Brustkrebsmausmodell anwenden, um die Funktion von MT1-MMP (membrane type 1-matrix metalloproteinase 1) in der Tumorprogression zu untersuchen. MT1-MMP ist die stärkste Kollagenase unter den MMPs ohne deren Hilfe Krebszellen nicht in Kollagenmatrices eindringen können. Diese besondere Funktion kann sie vermutlich dadurch ausüben, dass sie an der Zellmembran lokalisiert ist, und dadurch den Umbau von extrazellulärer Matrix sehr fokussiert durchführen kann. Diese besondere Stellung macht sie zu einem viel versprechenden Target für die Krebstherapie. Um dies allerdings weiterzuentwickeln, muss mehr über die Funktion dieser Protease und die Folgen ihrer Inhibition in Erfahrung gebracht werden. Hierzu werde ich Mäuse verwenden, die durch CRISPR/Cas basiertes Genome-Editing die entsprechende Mutation tragen und mit einem transgenen Model für metastasierenden Brustkrebs gekreuzt wurden. Mit Hilfe eines für die mutierte Protease spezifischen Inhibitors werde ich den Effekt selektiver MT1-MMP Inhibition auf die Tumorprogression und Metastasenbildung beobachten können. Als optische Sonde werde ich den Inhibitor dazu verwenden Regionen hoher MT1-MMP Aktivität im Primärtumor und in Metastasen mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung zu identifizieren. Mit Hilfe dieser neuen Methodik wird es möglich sein den therapeutischen Nutzen der Inhibition von MT1-MMP besser einzuschätzen und dessen funktionelle Rolle im Krebs besser zu verstehen, um die Entwicklung spezifischer Therapien für die Klinik voranzutreiben.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Matthew Bogyo, Ph.D.