Demaskierung epigenetischer Redundanz in Krebszellen

• Antragsteller: Dr. Olaf Klingbeil
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 404660516

Forschung der letzten Jahrzehnte hat gezeigt, dass Chromatin-modifizierende-Enzyme (epigenetische Modulatoren) eine wichtige Rolle bei der Beeinflussung der Identität einer Zelle spielen. Es ist bekannt, dass die Struktur von Chromatin wichtige zelluläre Prozesse wie Replikation, Gentranskription und Genomstabilität beeinflusst. Dies schließt insbesondere auch die Onkogen expression ein, welche stark vom epigenetischen Zustand einer Zelle abhängt. Dies macht epigenetische Modulatoren zu attraktiven Zielen für die Krebstherapie. Bis jetzt, zeigen jedoch diese Klasse von Medikamenten nur einen begrenzten Erfolg in der Krebstherapie. Dies ist bedingt durch Resistenzen der Krebszellen, welche frequentiert und mitunter nach kurzer Zeit auftreten. Ein Grund dafür können homologe Proteine sein, die von der Therapie nicht beeinflusst werden und als enzymatisches Reservesystem der Krebszelle dienen. Dies kann den Effekt der Therapie reduziert oder sogar rückgängig macht. Um die molekularen Mechanismen von epigenetischen Modulatoren in Krebszellen vollständig zu verstehen und effizientere epigenetische Therapien zu entwickeln, ist von immensem Interesse, homologe Proteine zu untersuchen. Die derzeitige Wissenslücke in Bezug auf homologe Proteine ist teilweise darauf zurückzuführen, dass es bis heute schwierig war im größeren Umfang die Funktion der homologe zu separieren, zu definieren und genetisch zu manipulieren. Um dieses Problem anzugehen und Wissenslücken zu füllen, schlage ich als erstes Ziel vor, eine kombinatorische genetische Screening-Methodik, unter Verwendung der kürzlich identifizierten Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR) Cas Nukleasen, zu etablieren und zu verwenden. Darüber hinaus ist es Ziel eine umfassende Bioinformatik-Analyse auf Basis der Sequenzähnlichkeit durchzuführen. Diese dient der Identifikation von homologen Genpaaren, insbesondere in der Gruppe der epigenetischen Regulatoren Gene, mit potentiell funktionaler Redundanz. Das nächste Ziel ist es die homologen Genpaare auf funktionelle Redundanzen zu untersuchen. Als Screening-readout dient die Zellvitalität, welche dann zwischen Einzel Gene knockout und Doppel Gene knockout verglichen wird. Als nächstes ist geplant Genpaare, die nur eine reduzierte Zellvitalität bei Doppel Knockout zeigen, zu validieren. Um die funktionelle Redundanz der Genpaare zu charakterisieren und das Ausmaß der Redundanz zu untersuchen ist es des Weiteren geplant Genomeweite Veränderungen der Genexpression und die Strukturierung des Chromatins zwischen Einzelknockout und Doppelknockout Zellen mittels RNA-seq und Chromatin-Immunpräzipitation und Sequenzierung (ChIP-seq) zu vergleichen. Langfristig ist das Ziel der vorgeschlagenen der Arbeit, dadurch neue Krebstherapien zu identifizieren. Dafür werden in diesem Projekt modernste genetische Screening-Methoden wie CRISPR-Technologien weiterentwickelt, was in Zukunft den Weg zur Entwicklung innovativer Krebstherapien ebnen wird.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Christopher Vakoc