Modulation des Metabolit-Transports in humanen Krebszellen durch Carboanhydrasen

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Holger M. Becker
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Biochemie ; Biophysik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 327616187

Die aggressivsten und invasivsten Tumore, welche meist in einer hypoxischen Umgebung vorkommen, decken ihren erheblichen Bedarf an Energie im Allgemeinen durch extensive Glykolyse. Dieser massive Anstieg der glykolytischen Aktivität resultiert häufig aus einer Mangelversorgung mit Sauerstoff, welche durch erhöhte Zellproliferation und unzureichende oder chaotische Vaskularisation des Tumors entsteht und führt zur Bildung großer Mengen an Laktat und Protonen, welche aus der Zelle entfernt werden müssen um eine zytosolische Azidose und den Zusammenbruch der Glykolyse zu verhindern. Der Efflux von Laktat aus Krebszellen erfolgt über Monocarboxylat-Transporter (MCTs) im Cotransport mit einem Proton. Dieser Protonenefflux verstärkt die extrazelluläre Azidose und unterstützt die Bildung einer feindlichen Umgebung, in der sich Tumorzellen leicht ausbreiten können, während gesunde Zellen darin zugrunde gehen. Im Rahmen des hier dargestellten Projektes untersuchen wir die Regulation dieses Protonen-gekoppelten Metabolittransports in humanen Krebszellen durch die Carboanyhdrase-Isoformen CAIX und CAXII. Hypoxie-regulierte CAIX ist nahezu ausschließlich in Krebszellen exprimiert und ihre Präsenz indiziert allgemein eine geringere Überlebenschance des Patienten. CAXII ist ebenfalls häufig in Krebszellen überexprimiert und wurde kürzlich mit Resistenzen gegen Chemotherapeutika in Verbindung gebracht.Diese Studie zielt auf ein besseres Verständnis des Zusammenspiels dieser beiden Proteinklassen (welche vermutlich ein Transport-Metabolon bilden um den raschen Export von Laktat aus Tumorzellen zu gewährleisten) auf molekularer und physiologischer Ebene. Hierfür soll zuerst ergründet werden welche Veränderungen innerhalb des Tumormilieus die Erhöhung der Expressionsniveaus dieser Proteine bedingen und zur Bildung des Transport-Metabolons führen. Danach gilt es die molekularen Mechanismen hinter dieser Interaktion zu verstehen. Besonderes Augenmerk soll dabei auf die Bildung des Proteinkomplexes und dessen Funktion als Protonenantenne gelegt werden. Drittes Ziel ist die Aufklärung der Bedeutung dieses Transport Metabolons für das Tumorwachstum. Zum Erreichen dieser Ziele werden diverse physiologische und biochemische Techniken, wie intrazelluläre pH-Messungen mit Fluoreszenzfarbstoffen und real-time Metabolit-Imaging mittels FRET-Sensoren in einzelnen Krebszellen und multizellulären Sphäroiden, mRNA-Knockdown, in situ Kolokalisationsstudien an Zelllinien und Patientenproben, heterologe Proteinexpression in Xenopus-Oozyten sowie Viabilitäts-, Proliferations- und Invasionstests unter diversen physiologischen Bedingungen zum Einsatz kommen.Die hierbei gewonnen Erkenntnisse sollen uns zu einem besseren Verständnis des komplexen Zusammenspiels von Metabolit-Transportern und Carboanhydrasen in Tumorzellen verhelfen und die Grundlage für eine weiterführende Evaluation dieser Interaktionen als potentielle Ziele für moderne Krebstherapien schaffen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen