Einfluss der extrazellulären Gewebeazidose auf die microRNA-Expression in Tumoren und Bedeutung dieser microRNAs für funktionelle Zelleigenschaften

• Antragsteller: Professor Dr. Oliver Thews
• Fachliche Zuordnung: Anatomie und Physiologie ; Hämatologie, Onkologie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 388523742

Solide wachsende Tumoren weisen im Vergleich zu Normalgeweben einen deutlich erniedrigten extrazellulären pH auf als Folge eines verstärkten glykolytischen Stoffwechsels durch Sauerstoff-Mangel aber auch durch aerobe Glykolyse (Warburg-Effekt). In Voruntersuchungen konnte von uns gezeigt werden, dass die extrazelluläre Azidose zahlreiche funktionelle Eigenschaften von Tumorzellen beeinflusst, wie z.B. Zellmigration, Fernmetastasierung oder p-Glykoprotein-vermittelte Chemoresistenz. Die funktionelle Analyse ergab, dass insbesondere die MAP-Kinasen p38 und ERK1/2 durch den erniedrigten pH-Wert aktiviert werden und eine Blockierung dieser Wege die Azidose-induzierten Funktionsänderungen antagonisieren können. Es zeigte sich ebenfalls, dass die p38-Phosphorylierung bei niedrigem pH auch in Normalzellen (Fibroblasten, Monozyten/Makrophagen) nachweisbar war, was auf einen universellen zellulären Regulationsmechanismus hindeutet.Weitergehende Untersuchen konnten aktuell zeigen, dass verschiedene microRNAs (miRNA: kleine nicht-kodierende RNA mit regulatorischer Funktion) durch den erniedrigten pH-Wert beeinflusst werden (z.B. miR-203). Die in silico-Analyse der Funktionen dieser Azidose-abhängigen miRNAs ergab, dass sie an der Regulation des Zellmetabolismus, der Zellzyklus-Kontrolle und Zellkommunikation sowie der Proliferation und Migration beteiligt sein können. Auf der Grundlage dieser Vorarbeiten soll im vorliegenden Projekt analysiert werden, ob und welche miRNAs an den beobachteten pH-abhängigen Funktionsänderungen der Metastasierung und Tumorprogression beteiligt sind. Hierzu sollen sowohl in Zellversuchen als auch in experimentellen Tumoren der Ratte untersucht werden, ob eine veränderte Expression dieser miRNAs zu funktionellen Veränderungen, z.B. der Zellproliferation, der Zellmigration oder der Expression inflammatorischer Mediatoren führt. Da sich innerhalb eines solide wachsenden Tumors auch normale Fibroblasten befinden, die durch die Azidose ebenfalls beeinflusst werden, soll darüber hinaus die pH-Abhängigkeit der miRNA-Expression in diesen Zellen untersucht werden, um zu ermitteln, ob es sich um allgemeine zellbiologische Reaktionen oder um Tumor-spezifische Effekte handelt. Um die Mechanismen zu beleuchten, über die der extrazelluläre pH-Wert miRNAs regulieren kann, sollen die Expression der miRNA Vorstufen (pri- und pre-miRNA) untersucht werden, um hierüber Hinweise zu gewinnen, ob die Azidose zu einer Aktivierung der Transkription oder zu pH-abhängigen posttranskriptionellen Modifikationen der miRNAs führt. Aus diesen Ergebnissen können sich allgemeine zellbiologische Erkenntnisse zur Regulation der miRNA-Expression bzw. -Funktion durch extrazelluläre metabolische Faktoren ergeben, aber auch für die Onkologie potenzielle Ansatzpunkte zur therapeutischen Beeinflussung des biologischen Verhaltens von Malignomzellen ableiten lassen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen