Molekulare und räumliche Analyse der endothelialen Heterogenität im klarzelligen Nierenzellkarzinom

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Michael Hölzel; Professorin Dr. Marieta Toma
• Fachliche Zuordnung: Pathologie ; Reproduktionsmedizin, Urologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 497667643

Endothelzellen (EZ) kleiden Blutgefäße aus und spielen eine wichtige Rolle bei verschiedenen Regulierungsprozessen. Daher zeichnen sich EZ durch eine bemerkenswerte phänotypische und funktionelle Heterogenität aus. Doch erst die jüngsten Fortschritte der Einzelzell-RNA-Sequenzierung (scRNA-seq) ermöglichen es den Forschern, die molekulare Heterogenität von EZ wirklich umfassend zu definieren. Ferner wurden durch scRNA-seq neue Prinzipien gefunden, wie EZ auf Stress und Verletzungen reagieren, was für viele Krankheiten von Bedeutung ist. Blutgefäßneubildung (Neoangiogenese) ist essentiell für eine konstante Nährstoff- und Sauerstoffversorgung im Tumorwachstum. Die antiangiogenischen Therapien, welche die Signalübertragung des vaskulären endothelialen Wachstumsfaktors (VEGF) blockieren, waren in vielen Tumoren nicht so wirksam wie erhofft, jedoch zeigte das Nierenkarzinom eine hohe Ansprechrate. Das klarzellige Nierenzellkarzinom (ccRCC) ist der häufigste Subtyp der Nierenkarzinome, zeigt ein starke Vaskularisierung und weist häufig Neoangiogenese-fördernde Mutationen auf. In der Erstlinientherapie der fortgeschrittenen ccRCC gehören die VEGF-Rezeptor (VEGFR) hemmenden Tyrosinkinaseinhibitoren (TKIs) zusammen mit Immune-Checkpoint-Inhibitoren. Die Ansprechraten und -dauer sind individuell unterschiedlich und die genaue Rolle von EZ ist dabei unklar. Daher sind tiefergehende molekulare und mechanistische Einsichten in die EZ- Heterogenität beim ccRCC dringend erforderlich. Proliferation und Aussprossung von Gefäßen in und um den Tumor sind typische Merkmale der Neoangiogenese. Viele Studien haben sich auf die Mikrogefäßdichte oder Tumorzellmerkmale wie Mutationen fokussiert, aber unser Verständnis des komplexen Zusammenspiels zwischen EZ und Tumorzellen ist dahingehend rudimentär. ccRCCs weisen charakteristische Blutgefäßarchitekturen auf, die man in glomeruloid, niedrig verzweigt, hoch verzweigt und sinusoidal-anastomosierend einteilen kann. Es ist unklar, ob diese verschiedenen Gefäßmuster mit unterschiedlichen molekularen Eigenschaften von EZ einhergehen, und ob diese Eigenschaften intrinsisch sind, induziert durch das Tumormilieu oder beides. Dies sind die zentralen Fragen, die wir in unserem Projekt untersuchen wollen. Um unterschiedlichen EZ Phänotypen zu finden, werden wir EZ aus ccRCCs von Patienten isolieren und mit scRNA-seq analysieren. Mit neusten Methoden der Multiparameter-Immunfluoreszenz und Exom-Sequenzierung werden wir im Anschluss die neuen EZ Phänotypen in einen räumlichen und genomischen Kontext von ccRCCs setzen. Schließlich werden wir eine innovative Plattform zur Kurzzeitkultivierung von Tumorfragmenten und 3D-EZ Kulturen nutzen und untersuchen, inwieweit phänotypische und funktionale Unterschiede von EZ im ccRCC zusammenhängen. Wir glauben, dass wir dadurch neue Konzepte der EZ-Heterogenität beim ccRCC etablieren und neue Wege aufzeigen werden, wie EZ-Phänotypen die Stratifizierung für VEGFR-TKI Therapien leiten können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen