Chemotherapie-induzierte Strukturvarianten in Leukämie-Zellen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Irmela Jeremias, Ph.D.; Dr. Jan Korbel
• Fachliche Zuordnung: Hämatologie, Onkologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 545519356

Chemotherapie ist ein essentieller Baustein der Routine-Behandlung von Patienten mit akuten Leukämien. Viele dieser Medikamente töten Leukämie-Zellen ab, indem sie deren DNA schädigen. Als unerwünschten Nebeneffekt können DNA-schädigende Medikamente aber auch genetische Veränderungen in überlebenden Tumor-Zellen induzieren, welche zu Therapieresistenzen führen können und damit die Heilungschancen der Patienten stark mindern. Während durch Therapie verursachte Veränderungen auf Einzelnukleotid-Ebene, wie zum Beispiel jene im TP53-Gen, schon detailliert untersucht wurden, war die Erforschung von Strukturvarianten bisher aufgrund technischer Hürden nur sehr eingeschränkt möglich. Strukturvarianten sind genomische Veränderungen, die mit 50-200 Basenpaaren größer sind als ein durchschnittliches Exon; diese umfassen Translokationen, Inversionen, Insertionen und Duplikationen/Deletionen. Letztere werden auch als „Copy number“-Variationen bezeichnet. Strukturvarianten sind bekannt für ihren Einfluss auf die Entwicklung und das Wachstum von Tumoren, wobei Translokationen in den meisten Fällen von akuter Leukämie vorkommen. Ziel unseres Vorhabens ist es ein besseres Verständnis für Strukturvarianten zu gewinnen, welche durch Chemotherapie induziert werden und zur Therapieresistenz führen; dabei profitiert das beschriebene Projekt beträchtlich von den in unseren Arbeitsgruppen etablierten neuen technischen Errungenschaften. Wir planen (i) verschiedene Leukämie-Modelle, wie primäre Tumorzellen, Patienten-abgeleitete Xenograft-Modelle und Zelllinien zu untersuchen; (ii) verschiedene Klassen von DNA-schädigenden Chemotherapeutika zu testen, die wir (iii) über unterschiedliche Behandlungszeitfenster einsetzen werden – sowohl kurzzeitig als auch über längere Zeiträume hinweg; (iv) die behandelten Zellen mit Hilfe von modernsten Einzelzell-Analysemethoden, wie Strang-spezifischer DNA-Sequenzierung (scStrand-seq), einschließlich scTRIP und scNOVA, zu charakterisieren. Die eingesetzten Technologien ermöglichen es Strukturvarianten in einzelnen Zellen zu detektieren und diese mit der Genaktivität in den jeweiligen Zellen zu verknüpfen. Außerdem werden wir die kausale Rolle von häufig vorkommenden Strukturvarianten in der erworbenen Therapieresistenz mit Hilfe von hochaktuellen funktionellen Ansätzen, wie z.B. CRISPR/CAS9-basierter Genomeditierung, auf molekularer Ebene untersuchen. Letztendlich wollen wir mit den geplanten Arbeiten durch Chemotherapie-induzierte Strukturvarianten identifizieren, welche zur Ausbildung von Chemoresistenz in der akuten Leukämie führen. Solche Strukturvarianten könnten zukünftig als therapeutische Angriffsziele dienen und die Entwicklung neuer Behandlungsoptionen vorantreiben, um die Prognose von Patienten mit resistenten Leukämien zu verbessern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen