EMPiRad: Epithelial-mesenchymale Plastizität und ihr Einfluss auf die Strahlenantwort bei Brustkrebs

• Antragsteller: Dr. Nikko Brix
• Fachliche Zuordnung: Nuklearmedizin, Strahlentherapie, Strahlenbiologie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 551613698

Im Projekt EMPiRad soll der Einfluss epithelial-mesenchymaler (E/M)-Plastizität auf die Strahlenantwort in Brustkrebszellen untersucht werden. Vorarbeiten mit 14 Brustkrebs- und zwei nicht-malignen Brustepithel-Zelllinien zeigten erhebliche Heterogenität sowohl in Bezug auf den E/M-Phänotyp als auch die Strahlenresistenz. Auf transkriptomischer Ebene wurden diverse mit E/M-Plastizität assoziierte Gensets als Korrelate der Radioresistenz identifiziert. Daraus leiten sich die beiden zentralen Hypothesen des Vorhabens ab, dass (1) die Radioresistenz vom jeweiligen E/M-Zustand der Krebszellen abhängt und (2) diese durch Unterschiede in der Expression und/oder Lokalisierung von Radioresistenz-assoziierten Proteinen (RAPs) moduliert wird. Übergeordnetes Ziel des Projektes ist die Identifizierung solcher RAPs, wobei aufgrund der Vorarbeiten bewusst keine Beschränkung auf DNA-Reparaturproteine vorgenommen wird. Unter Verwendung von Stimulatoren der E/M-Plastizität sollen hierfür isogene Zellsysteme in 5–6 verschiedenen E/M-Plastizitätszuständen lichtmikroskopisch, durchflusszytometrisch, transkriptomisch und rasterkraftmikroskopisch charakterisiert werden. Die Strahlenantwort der Zellen wird durch Messung des klonogenen Überlebens bestimmt und die Quantifizierung von initialem und persistierendem DNA-Schaden mittels γH2AX-Messung, qRT-PCR sowie spektraler Karyotypisierung untersucht (Ziel 1). Anschließend sollen durch Korrelation von Radioresistenz- und Genexpressionsdaten der isogenen Modelle RAP-Kandidaten identifiziert werden, um Strahlenresistenz verschiedener E/M-Zellzustände mit Expression möglicher RAPs zu verknüpfen. Durch molekulargenetische Manipulation soll die Expression dieser RAP-Kandidaten gezielt verändert und die resultierende Strahlenantwort wie oben beschrieben untersucht werden (Ziel 2). Zur Validierung der RAPs werden Strahlenantwort und RAP-Expression auch in Organoiden von Brustkrebspatientinnen in verschiedenen E/M-Plastizitätszuständen untersucht (Ziel 3), wobei die Charakterisierung der Organoide durch Fluoreszenzmikroskopie, Durchflusszytometrie, Massenzytometrie und Transkriptomanalysen sowohl auf Gesamt- als auch Einzelzellebene erfolgt. In den Organoiden soll so die Abhängigkeit der Strahlenantwort von der RAP-Expression bestätigt werden. Abschließend wird die antizipierte Rolle der RAPs in vivo überprüft (Ziel 4). Hierfür werden die zuvor generierten Zellsysteme mit genetisch manipulierter RAP-Expression in orthotopen Xenograft-Experimenten lokal bestrahlt und Tumorwachstum und Überleben gemessen. Das Ausmaß der DNA-Schädigung wird ex vivo überprüft und die RAP-Expression als antizipierte Ursache der Strahlenresistenz durchfluss- und massenzytometrisch verifiziert. Das Projektvorhaben zielt insgesamt darauf ab, einen Zusammenhang zwischen E/M-Plastizität und Veränderungen in der Expression bisher unbekannter RAPs als Ursache für Radioresistenz in vitro und in vivo herzustellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen