Struktur, Biologie und medizinisches Potenzial der aus Blutplasma stammenden ultrakurzen zellfreien DNA

• Antragsteller: Dr. Robert Hänsel-Hertsch, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Hämatologie, Onkologie ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Immunologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 504972506

Die Eigenschaften und das diagnostische Potenzial einzelsträngiger zellfreier DNA (cfDNA) bei gesunden Personen und Krebspatienten sind nach wie vor unklar. Wir entdeckten, dass ein großer Teil der einzelsträngigen cfDNA-Fragmente bei ~50 nt zentriert ist und bei Krebspatienten im Vergleich zu gesunden Spendern auffallend verarmt ist. Unsere Daten unterstreichen das diagnostische Potenzial der ultrakurzen (US) cfDNA durch die Klassifizierung von Krebspatienten, werfen aber auch die Frage auf, warum Krebspatienten so viel weniger US cfDNA haben und ob weniger US cfDNA im Blut einen Vorteil für die Krebsentwicklung darstellen würde.Wir stellen die Hypothese auf, dass der Pool der US cfDNA, der hauptsächlich aus einzelsträngiger guanin- oder cytosinreicher DANN besteht, tetraplexbasierte Sekundärstrukturen (G-Quadruplex, i-Motiv) bildet. Wir stellen die Hypothese auf, dass die tetraplexbildenden Fähigkeiten der US cfDNA für die Blutbiologie von Bedeutung sind und für die Krebsdiagnostik und -therapie rational genutzt werden können. Das Projekt verfolgt vier miteinander verbundene Ziele:Ziel 1: Aufdeckung der strukturellen Merkmale von US cfDNA. Ob US cfDNAs im Blutplasma strukturiert sind, ist noch unbekannt. Wir werden eine Kombination von hochauflösenden spektroskopischen Werkzeugen einsetzen, um die Sekundärstrukturen von US cfDNA-Fragmenten zu charakterisieren, die im Blutplasma gesunder Spender gefunden wurden.Ziel 2: Erforschung der Biogenese von US cfDNA. Wir gehen davon aus, dass die Fähigkeit der US cfDNA, Sekundärstrukturen zu bilden, eine wichtige Rolle beim Schutz der entsprechenden Regionen vor dem Abbau während des programmierten Zelltods spielt. Wir werden modernste Bioreaktor-gestützte Echtzeit-NMR-Spektroskopie in der Zelle einsetzen, um die strukturellen Gleichgewichte der Vorläufer von US cfDNA im Verlauf des Zelltods zu charakterisieren.Ziel 3: Bewertung der funktionellen Konsequenzen von US cfDNA für die Blutbiologie und die Entwicklung von Brustkrebs. Wir haben die Verbindung zwischen US cfDNA im Blutplasma und Krebs hergestellt, aber die Beziehungen zur Blutbiologie müssen noch untersucht werden. Wir werden speziell nach Faktoren suchen, die für die Verarmung von US cfDNA im Blutplasma von Brustkrebspatientinnen verantwortlich sind. Unser Ziel ist es, blutverwandte Zellen zu entdecken, die ihre Funktion als Reaktion auf US cfDNA verändern und so zu einer verbesserten Immunüberwachung der Brusttumorentwicklung führen.Ziel 4: Entwicklung und Anwendung der zellfreien G4-DANN-Immunpräzipitation und Sequenzierung. Um präzise G4-Landschaften aus US cfDNA aufzudecken, werden wir die zellfreie G4-DANN-Immunpräzipitation und Sequenzierung (cfG4DIP-seq) von Blutplasma entwickeln. Wir erwarten, kritische US cfDNA-Fragmente, die eine G4-Sekundärstruktur annehmen, im Blut von gesunden Spendern und Krebspatienten zu finden und daraus Erkenntnisse über die Genregulation abzuleiten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Tschechische Republik
• Partnerorganisation: Czech Science Foundation
• Kooperationspartner: Professor Dr. Lukas Trantirek, Ph.D.