Einfluss der Tumor-assoziierten Glykosylierung auf die Multifunktionalität von TIMP-1 (Tissue Inhibitor of Metalloproteinases-1)

• Antragsteller: Professor Dr. Achim Krüger
• Fachliche Zuordnung: Hämatologie, Onkologie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 454309898

Es ist notwendig, die genaue Rolle von einzelnen Proteinen in spezifischen Prozessen der Tumorprogression und Metastasierung zu verstehen, um bessere Targets für die Diagnose und Therapie zu definieren. Nach der Genomics-Ära wird jetzt zunehmend beachtet, dass die Vielfalt der Funktionalität von Proteinen durch posttranslationale Modifikationen drastisch erhöht wird. Die N-Glykosylierung von Proteinen trägt wesentlich zur Regulation unterschiedlichster tumorrelevanter Prozesse (Signaltransduktion, Immunmodulation oder Zell-Matrix-Interaktionen) bei. Tumor-assoziierte Veränderung des ‘Glycome’ von Proteinen wurde kürzlich als wesentliche ‘Enabling Characteristic’ für die Ausbildung aller Merkmale von Krebs erkannt. Jedoch wird der Einfluss der Glykosylierung auf die Proteinfunktion wird in Experimenten mit Mäusen oder in vitro, wenn rekombinante Proteine mit undefiniertem Glykosylierungsmuster in funktionellen Assays eingesetzt werden, selten bedacht. Tissue inhibitor of metalloproteinases-1 (TIMP-1) ist ein sezerniertes multifunktionelles Glykoprotein mit zwei N-Glykosylierungsstellen (N30 und N78), das durch seine antiproteolytische Aktivität die Gewebehomeostase erhält. Bei Krebs ist es systemisch und männerspezifisch erhöht und bildet durch Bindung an CD63 auf hepatischen Sternzellen und deren Aktivierung eine prä-metastatische Nische in der Leber aus. Solche Zytokinfunktion moduliert die Funktion verschiedener Immunzellen, inklusive den zellulären Komponenten der prämetastatischen Nische aus dem Knochenmark (Neutrophile). In der 1. Förderperiode beobachteten wir die Existenz von drei möglichen Glykosylierungsvarianten (doppelt-(dgTIMP-1), mono-, nicht-glykosyliert) im Blut gesunder Probanden. Der Anteil von dgTIMP-1 ist in Pankreaskarzinompatienten deutlich erhöht. Schrittweise zunehmende Besetzung der Glykosylierungsstellen korrelierte mit einer Verschiebung von antiproteolytischer zur tumorfördernden Zytokinaktivität in vitro, was die molekulare Ursache für die lang debattierte paradoxe Korrelation von TIMP-1 mit schlechter Prognose bei fast allen Entzündungs-assoziierten Krankheiten, inklusive Krebs, klärte. Jetzt möchten wir den in vivo-Einfluss von zirkulierenden rekombinanten murinen TIMP-1-Glykosylierungsvarianten mit sc/snRNAseq und anschließender Aufstellung von Genregulatorischen Netzwerken (GRN) in Leber- und Knochenmarkszellen von weiblichen und männlichen Mäusen untersuchen. Experimentelle Metastasierungsassays werden die Korrelation zwischen den jeweiligen GRNs und der Metastasierungseffizienz zeigen. Die generelle Bedeutung und der konzeptuelle Fortschritt dieser Studie liegt in der geschlechtsspezifischen Einordnung von Glykosylierungsmustern von TIMP-1 bei anderen Leber und Knochenmark involvierenden Krankheiten, bei denen TIMP-1 als Biomarker aufkommt. Zudem können die Erkenntnisse als Beispiel für die Bedeutung der Glykosylierung für die Funktion anderer klinisch relevanter Glykoproteine (z.B. Interleukine) dienen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen