Funktionelle Untersuchungen onkogener BK K+ Kanäle in humanen HER2-positiven 2D und 3D Brustkrebszellen und Mausmodellen mittels Nanobody-basierter Biosensoren

• Antragsteller: Professor Dr. Robert Lukowski; Professor Ulrich Rothbauer, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Pharmakologie ; Pharmazie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 523982968

Erhöhte Konzentrationen von extrazellulären Kaliumionen (K+ex) in der Tumormikroumgebung (TME) und aktivierte K+-Kanäle beeinflussen die Entstehung und Progression solider Tumore. Hierbei spielt der durch Kalziumionen (Ca2+)- und spannungsaktivierte K+-Kanal mit großer Leitfähigkeit (BK) eine wesentliche Rolle. So steht eine gesteigerte Expression von BK in direktem Zusammenhang mit einer erhöhten Malignität und schlechteren Prognose bei Brustkrebs. Ergänzend konnten wir kürzlich zeigen, dass BK-Ablation die Entwicklung von HER2-positiven (HER2+) Brustkrebs im Mausmodell signifikant reduziert. Aufgrund dieser positiven Korrelation von BK- und HER2-Status ist davon auszugehen, dass BK-Aktivität sowie daraus resultierende Änderungen von K+ex Auftreten und Entwicklung maligner Brustkrebstumore beeinflussen. Bis dato sind jedoch die zugrunde liegenden molekularen Details, insbesondere (i) die spezifische Expression und Verteilung der am Aufbau des BK beteiligten Untereinheiten (UE) und deren Interaktionen in Brustkrebszellen, (ii) die modulierende Rolle von BK auf lokale oder globale K+ex pools in der TME und (iii) das funktionelle Zusammenspiel von BK mit HER2-abhängigen Signalwegen, weitgehend unklar. Um diese Fragen zu klären, werden wir Nanobodies (Nbs) gegen die tumorassoziierten UE des BKs entwickeln, mit unseren kürzlich entwickelten HER2-spezifischen Nb-fusionierten FRET-basierten K+-Biosensoren kombinieren und diese für fortschrittliche optische Analysen der BK-Assemblierung und funktionalen Wechselwirkung mit HER2 in 2D- und 3D-Brustkrebs-abgeleiteten Zellmodellen einsetzen. Zur Überprüfung der zellulären Mechanismen über die BK zu relevanten Veränderungen von K+ex führt, werden wir BK-positive und -negative 2D/3D-Zellmodelle von menschlichem HER2+-Brustkrebs mit Nb-basierten FRET-Biosensoren analysieren und die daraus resultierenden K+-Signale mit typischen Merkmalen maligner Brustkrebszellen korrelieren. Gleichzeitig werden molekulare und proteomische Analysen durchgeführt, um die wechselseitigen Auswirkungen der Signalübertragung zwischen HER2 und BK detailliert zu adressieren. Ziel ist es eine mechanistische Verbindung zwischen diesen wichtigen onkogenen Faktoren und ihren Beitrag für die Modulation von K+ex bei Brustkrebs aufzuklären. Um die in vivo Relevanz der erhaltenen Ergebnisse zu überprüfen, werden wir spontan induzierte sowie xenotransplantierte BK-profiziente und -defiziente humane HER2+ Brustkrebs-Mausmodelle generieren, diese pharmakologisch manipulieren und den Effekt auf K+ex durch intravitale Mikroskopie mit Hilfe der Nb-basierten FRET-Biosensoren untersuchen. Die in diesem Projekt entwickelten neuen Nb-basierten Sonden - in Kombination mit krankheitsrelevanten zellulären und in vivo-Modellen -werden neue Möglichkeiten zur Aufklärung der Rolle von K+-Kanälen bei der Krebsentwicklung liefern wodurch wir letztlich deren Potential als Zielstrukturen für neue therapeutische Ansätze bei HER2+ Tumoren demonstrieren können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen