Modifikation des nukleocytoplasmatischen Proteintransports: Spezifische Inhibition der zellulären Anpassung an die intratumorale Hypoxie

• Antragstellerin: Dr. Friederike Katharina Kosyna
• Fachliche Zuordnung: Anatomie und Physiologie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 390362861

Die Sauerstoff-abhängige Genexpression ist von herausragender physiologischer und pathophysiologischer Bedeutung. Die Adaptation an sich verändernde Sauerstoffbedingungen wird zellulär insbesondere durch spezifische Transkriptionsfaktoren der Familie der Hypoxie-induzierbaren Faktoren (HIF) reguliert. Unter normoxischen Bedingungen werden die HIFs durch die Sauerstoffsensor-Proteine HIF-Prolyl-4-Hydroxylasen PHD1, PHD2 und PHD3 hydroxyliert und im Folgenden proteasomal abgebaut. Die drei PHD-Isoformen zeigen ein gewebe- und kompartimentspezifisches Expressionsmuster. Für alle drei PHD-Isoformen konnten nukleäre Transportsignale identifiziert werden, wobei PHD1 und PHD3 Importin alpha/beta-abhängig in den Zellkern transportiert werden. Die Bedeutung der variierenden subzellulären Verteilungsmuster und des geregelten nukleären Transports der PHDs wurden in der Vergangenheit nur ansatzweise geklärt. Vor kurzem durchgeführte klinische Studien konnten zeigen, dass die Malignität verschiedener Tumore mit der Expression und nukleären Translokation spezifischer PHDs assoziiert ist. Dadurch zeigt sich, dass der aktive geregelte nukleo-cytoplasmatische Proteintransport für dieses regulatorische Netzwerk von besonderer Bedeutung ist. Zweidimensionale (2D)-Zellkultursysteme spiegeln die zellulären in vivo-Bedingungen nur begrenzt wider. Im Gegensatz dazu erreichen dreidimensionale (3D)-Zellkulturen eine bessere Annäherung der in vitro-Situation an die in vivo-Verhältnisse. Daher soll für dieses Projekt ein multizelluläres Tumorsphäroidmodell etabliert werden, in dem sich Nährstoff-, Sauerstoff- und Metabolitgradienten, sowie Zonen mit unterschiedlichen Proliferationsraten ausbilden können. Im hier beantragten Vorhaben soll der Einfluss der subzellulären PHD-Lokalisation und der PHD-Expression auf die Anpassung eines Tumors an die intratumorale Hypoxie untersucht werden. Dazu soll der subzelluläre Transport der drei PHD-Isoformen in multizellulären Tumorsphäroiden durch spezifische Peptide, die den identifizierten nukleären Transportsignalen entsprechen, inhibiert werden. Die Expression der PHDs soll durch knockdown bzw. Überexpression in sphäroidalen Tumorzellen modifiziert werden. Effekte dieser modifizierten PHD-Lokalisation und Expression sollen anschließend durch Charakterisierung der Zellviabilität und des Wachstums der Tumorsphäroide detektiert werden. In einem weiteren Teilprojekt soll die Wirkung der zuvor untersuchten Aspekte nach Bestrahlung der sphäroidalen Tumorzellen analysiert werden. Letztlich soll geklärt werden, ob die Inhibition des Kernimports bzw. Modifikation der Expression der Sauerstoffsensor-Proteine PHD1, PHD2 und PHD3 therapeutisches Potential bietet für die Entwicklung neuer Strategien im Rahmen einer Tumortherapie.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen