Untersuchung der ERK-Aktivität als Parameter für Resistenz gegenüber zielgerichteter Therapie bei KRAS-mutiertem Darmkrebs

• Antragsteller: Dr. Markus Morkel
• Fachliche Zuordnung: Gastroenterologie ; Hämatologie, Onkologie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 444691702

Die EGFR-RAS-ERK-Signalkaskade ist von grundlegender Bedeutung für die Entwicklung und das Therapieansprechen von Darmkrebs (CRC). Für Patienten mit KRAS-mutiertem CRC stehen jedoch keine zielgerichteten Therapien zur Verfügung. Diese Tumore sind intrinsisch resistent gegen Inhibition von EGFR oder nachgeschalteter Signalmolekülen. Eine solche Behandlung führt häufig zu einer ERK-Reaktivierung durch dynamische Änderungen im zellulären Signalnetzwerk. Unsere vorherigen Arbeiten haben gezeigt, dass die Aktivität von ERK an den Differenzierungszustand vonCRC-Zellen gekoppelt ist.In den hier geplanten Experimenten möchten wir die Hypothese testen, ob Therapieresistenz gegen zielgerichtete Inhibition im RAS-ERK Netzwerk an den Aktivitätszustand von ERK gekoppelt ist. Um diese Hypothese zu testen, werden wir heterozelluläre CRC-Organoide mit Einzelzellmethoden analysieren, die in unserem Labor etabliert wurden: CyTOF- und Einzelzell-RNA-Sequenzierung.Zunächst werden wir diese Einzelzelltechnologien mit fluoreszierenden Reportern kombinieren, um die ERK-Aktivität und die subzelluläre Lokalisierung von ERK in KRAS-mutierten und Kontroll-Organoiden auszulesen.Im zweiten Schritt planen wir, die Auswirkungen zielgerichteter Therapien auf die CRC-Organoide auf Einzelzellbasis bewerten. Durch die Kombination von CyTOF und Einzelzell-RNA-Sequenzierung werden wir Zelldifferenzierungszustände, Aktivitäten von Schlüsselmolekülen des Signalnetzwerkes oberhalb von ERK und die verschiedenen Ebenen der ERK-Regulation analysieren. Für die geplanten Experimente werden wir mehrere einzelne Inhibitoren und Kombinationstherapien testen, die derzeit in der klinischen Erprobung bei CRC sind. Diese umfassen hauptsächlich Kombinationen von RAF-, MEK-, ERK- und EGFR-Inhibitoren; wir werden jedoch auch den neuen direkten KRAS(G12C)-Inhibitor AMG510 in KRAS(G12C)-mutierten Organoidlinien testen.In einem dritten Schritt werden wir die Daten verwenden, um bestehende zielgerichtete therapeutischen Ansätze zu verbessern. Diese Experimente werden von den detaillierten Daten zur ERK-Aktivität geleitet, die wir in den vorherigen Experimenten gesammelt haben. In Zusammenarbeit mit der Gruppe von Nils Blüthgen werden wir die einzelzellaufgelösten Daten für die quantitative Modellierung verwenden. Dieser Ansatz zielt darauf ab, neue Schwachstellen von Signalisierungsnetzwerkzuständen zu identifizieren und auszunutzen. In einem parallelen Ansatz werden wir versuchen, die Organoide vorzubehandeln, um die Zellen vor der experimentellen Therapie in einen einheitlicheren (Zelldifferenzierungs-) Zustand zu bringen, der Therapie-sensitiv statt resistent ist.Zusammenfassend zielen die geplanten Experimente darauf ab, Zusammenhänge zwischen Krebszelldifferenzierung, ERK-Reaktivierung und Resistenz gegen gezielte Inhibitoren aufzudecken. So wollen wir neue Ansätze identifizieren, wie der Vielzahl von CRC-Patienten mit KRAS-Mutationen durch zielgerichtete Therapien geholfen werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen