Regulation der Proteintranslation in Krebserkrankungen - Mechanistische Analysen, In-Vivo-Quantifizierung und therapeutische Implikationen

• Antragsteller: Dr. Andreas Maurer
• Fachliche Zuordnung: Hämatologie, Onkologie ; Nuklearmedizin, Strahlentherapie, Strahlenbiologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 436292349

Deregulierte Proteintranslation ist charakteristisch für Tumore und trägt durch die verstärkte Expression von Onkogenen wie MYC zur Aggressivität bei. Der geschwindigkeitsbestimmende Schritt der Translation ist die Initiation, die wiederum von einem komplexen Zusammenspiel der kleinen ribosomalen Untereinheit mit mehreren Initiationsfaktoren und der mRNA, insbesondere der 5’-Cap und weiteren Strukturelementen, beruht. Neue Methoden wie Ribosome Footprinting in Kombination mit RNA-Sequenzierung erlauben eine detaillierte Analyse modulierter mRNA-Spezies und die Identifikation regulatorischer Elemente. Kombiniert mit genomweiten Screenings lässt sich das Zusammenspiel von mRNA-Strukturelementen mit Translationsinitiationsfaktoren und weiteren regulatorischen Proteinen aufdecken und zur Entwicklung neuer Krebstherapien pharmakologisch manipulieren. Prominentes Beispiel eines solchen Ansatzes ist Silvestrol, ein Inhibitor der RNA-Helicase eIF4A, der selektiv die Translation onkogener Transkripte mit hochstrukturierten 5‘-untranslatierten Regionen (UTR) wie G-Quadruplexen inhibiert. Die Entwicklung und Validierung solcher Strategien würde enorm von der Möglichkeit longitudinaler Quantifizierung der Proteintranslation in vivo profitieren. Bisher wurde jedoch noch kein Tracer für die Translations-Analyse per Positronen-Emissions-Tomographie (PET) validiert, und die Aufnahme der häufig benutzten Aminosäuretracer hängt hauptsächlich von der Expression von Aminosäuretransportern statt vom Einbau in neusynthetisierte Proteine ab. Deshalb sollen in dieser Arbeit PET-Tracer basierend auf dem Translationsinhibitor Puromycin synthetisiert sowie Imaging-Protokolle für die Quantifizierung der Proteintranslation in Nagermodellen entwickelt und validiert werden. Daneben sollen in biologischen Experimenten neue Faktoren und Sequenzen identifiziert werden, die einen kritischen Einfluss auf die Proteintranslation haben. Insbesondere soll der Einfluss einer eIF4E-Inhibition auf die Translation einzelner mRNAs analysiert werden, um neue Initiations-relevante Sequenz- und Strukturmotive zu identifizieren. In mechanistischen Arbeiten mit Reportersystemen mit strukturierten 5’-UTRs wird dann der Funktionsmechanismus erarbeitet. Genomweite CRISPR/Cas9-Screens sollen neue Interaktionspartner identifizieren und Hinweise auf bisher unbekannte therapeutische Zielstrukturen geben. Sobald nicht-invasive Proteintranslations-Bildgebung validiert wurde, wird sie zur Charakterisierung der Kinetik und der Dosisabhängigkeit existierender (Silvestrol) und neu identifizierter Therapien in Tiermodellen herangezogen. Um diese Ziele zu erreichen verbindet dieses Projekt verbindet die Expertise der Host-Institution auf dem Feld der mRNA-Translation und der benötigten biochemischen Assays und Strategien und die Expertise des Antragsstellers im Bereich Tracer-Entwicklung und PET-Bildgebung.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Hans-Guido Wendel