GLIOBLASTOM - Anni Hofmann Stiftung

Sitzung am 16. Mai 2014 - Frau Prof. Dr. Lamszus

2. Frau Prof. Dr. Lamszus (Hamburg) mit dem Thema "Relevance of tumor metabolism for glioblastoma-host interaction"
 
In dem Projekt wird die funktionelle Relevanz des Pentosephosphatweg (PPP) und der Glykolyse für das Wachstum und die Invasion von Glioblastomzellen untersucht mit dem Ziel, mögliche therapeutische Angriffspunkte zu identifizieren. Das Projekt baut auf Vorarbeiten auf, in denen wir entdeckten, dass Hypoxie einen metabolische Switch mit verminderter Aktivität des PPP und verringerter Tumorzellproliferation bei gleichzeitig verstärkter Glykolyseaktivität und erhöhter Zellmigration induziert. Das Arbeitsprogramm des Projekts untergliedert sich in drei Teile.
Im ersten Teil wird untersucht, ob der PPP bzw. die Glykolyse auch unabhängig von Schwankungen der Sauerstoffkonzentration mit verstärkter Proliferation bzw. verstärkter Migration von Glioblastomzellen assoziiert sind. Hierzu wurden zunächst verschiedene Methodiken zur Selektion hochproliferativer bzw. hochmigratorischer Glioblastomzellpopulationen entwickelt und getestet. Als geeignet erwies sich schließlich eine Selektionen hochproliferativer Zellpopulationen durch Markierung der Zellen mit einem Fluoreszenzfarbstoff, für den nach jeder Zellteilung eine Signalabschwächung erfolgt, sowie eine Selektion hochmigratorischer Zellen durch Transwell Assays. Expressionsanalysen an ersten Zellpopulationen, die auf diese Weise selektiert wurden, deuten darauf hin, dass hochproliferative Zellen tatsächlich eine verringerte Expression von Glykolyseenzymen aufweisen, einhergehend mit verstärkter Expression einzelner PPP Enzyme, und dass in hochmigratorischen Zellen tendenziell ein umgekehrtes Expressionsmuster vorliegt, womit sich unsere Hypothese zu bestätigen scheint.
 
Im zweiten Teil wird untersucht, ob die Glykolyse bzw. der PPP eine direkte kausale Relevanz für die Zellmigration bzw. -proliferation haben. Hierzu wurden Aldolase C (das am stärksten hypoxieinduzierte Enzyme der Glykolyse) und Glukose-6-Phosphat-Dehydrogenase (G6PD, das erste und wichtigste regulatorische Enzym des PPP) mittels shRNA in einer Glioblastomzelllinie stark herunterreguliert. Erste Analysen zeigten, dass eine Herunterregulation von Aldolase C eine verringerte Migration und verstärkte Proliferation zur Folge hat, wohingegen die Herunterregulation von G6PD umgekehrte Effekte hat. Darüberhinaus bestätigten auch erste Analysen mit chemischen Inhibitoren (z.B. 6-Aminonicotinamid), dass eine Inhibierung von G6PD zu verminderter Proliferation bei gleichzeitig verstärkter Migration führt.
Im dritten Teil wird untersucht, ob der sauerstoffkonzentrationsabhängige Switch zwischen PPP und Glykolyse ein generalisierbares Phänomen ist. Die Switch-Analysen wurden zunächst auf weitere Glioblastomzelllinien ausgedehnt, die im Gegensatz zu den Zellen, an denen wir das Phänomen ursprünglich entdeckt hatten, nicht unter Stammzellkulturbedingungen kultiviert werden. Erste Analysen zeigten, dass der Switch auch in diesen Glioblastomzellen vorhanden ist.
 
In künftigen Arbeiten müssen die Analysen aller Projektteile auf weitere Tumorzelllinien (und in Teil 3 auch auf Normalzellen) ausgedehnt und reproduziert werden. Im Projektteil 2 müssen zudem als nächster wichtiger Schritt in vivo Experimente erfolgen.
 

Ähnliche Experimente haben wir mit Gliom-Kulturen von transgenen Mausmodellen (zwei verschiedene Linien in 3 bzw. 4 unabhängigen Versuchen) durchgeführt und so zusätzliche Informationen über die physiologische Bedeutung von Tumor-assoziierten MSCs in verschiedenen genetischen GBM Subtypen erhalten. Hier fiel uns auf, dass der Tumor-fördernde Aktivität von MSCs mit einzelnen GBMSubtypen assoziiert ist und das MSCs nicht ganz allgemein pro-tumorigene Eigenschaften haben. Dies sind wichtige Informationen für die Stratifizierung von Patienten, die vonMSC-gerichtet Adjuvans Behandlungen profitieren können. Wir haben Zeitverlaufs-Experimente zur Bestimmung der MSC-vermittelten pro-pathologischen Prozesseabgeschlossen und gleichzeitig Zellmaterial für genomweite Expressionsanalysen mittels Microarray gesammelt (n = 4). Das Zellmaterial hat nun erfolgreich alle Qualitätskontrollen für die genetischen Studien durchlaufen und wird mit unseren Array-Chips hybridisiert. Um die irrelevanten background-Daten, die normalerweise in großen Mengen bei Expressionsanalysen anfallen, zu filtern werden unsere Datensätzen gegen nicht responsive GBM Kulturen gefiltert (n = 2). Zusätzlich haben wir eine Reihe von Daten, die zeigen, dass MSC-sekretierte pro-tumorigene Faktoren Spezies übergreifende Wirkung entfalten, was die Robustheit dieses effekts unterstreicht (n = 4). Als nächstes werden wir unsere Proben (aus der Array-Studie) durch zusätzliche Techniken (z. B. quantitative-PCR) validiert.
 
In unserem Gemeinschaftsprojekt mit Prof. Christel Herold-Mende und Prof. Katrin Lamszus haben wir kürzlich wertvolles Material erhalten (rezidivierendes GBM von CHM)und werden hiermit nun die Bedeutung der Tumor-assoziierten MSCs für diese Tumore überprüfen. Insgesamt liegen wir mit der Bearbeitung unserer experimentellen Aufgabenstellungen sehr gut in unserem Projektplan und haben zusätzlich neue und unvorhergesehene Erkenntnisse über die pathologische Rolle der MSCs im Gliom gewonnen.
 
Unserer Ansicht nach rechtfertigt der aktuelle Stand unserer Arbeiten die großzügige Förderung durch die Anni Hoffmann Stiftung und wir freuen uns auf eine weitere erfolgreiche Zusammenarbeit.