Ausnutzung tumorspezifischer Aminosäureanfälligkeiten zur Verbesserung der aggressiven Brustkrebsbehandlung

• Antragsteller: Fabricio Loayza-Puch, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 504774163

Der Bedarf an Aminosäuren für die Proteinsynthese, das Nukleotid und die Energieerzeugung ist im wachsenden Tumor sehr hoch. Die metabolischen Veränderungen, die ein Tumor erfährt, um sich an das deregulierte Wachstum anzupassen, stellen Schwachstellen dar, die für die Therapie ausgenutzt werden können. Dies wurde in den vergangenen Jahren für die Aminosäure Asparagin erfolgreich nachgewiesen, was zu einer sehr wirksamen kombinierten Behandlung von Chemotherapie und L-Asparaginase bei akuter lymphoblastischer Leukämie (ALL) führte. Um metabolische Schwachstellen im Zusammenhang mit Aminosäuren auszunutzen, muss das Haupthindernis bei der Identifizierung der für den Tumor einschränkenden Aminosäure überwunden werden. Es ist wichtig zu wissen, dass der Aminosäurebedarf von vielen genetischen und Umweltfaktoren des wachsenden Tumors im Organismus abhängt - wie der extrazellulären Aminosäure, der Aminosäureaufnahme, der Produktion und dem Katabolismus, der Proteinsyntheserate und der unterschiedlichen Verwendung von Aminosäuren zur Energiegewinnung und tRNA-Spiegel und ihre Zugänglichkeit für die Proteinsynthese. Es reicht daher nicht aus, den Gehalt an freien Aminosäuren in Tumoren oder Körperflüssigkeiten zu messen, um solche Schwachstellen bei einem bestimmten Krebs zu identifizieren. Wir haben kürzlich einen neuartigen Messansatz entwickelt, der restriktive Aminosäuren in Zellen erkennt. Wir haben es Diricore (Differential Ribosome Codon Reading) genannt und es basiert auf der Ribosomenprofilierungstechnologie. Mit Diricore konnten wir bereits einen Mangel an Prolin in in vivo expandierten Brustkrebszelllinien und in menschlichen Nierentumoren aufdecken. Interessanterweise war der Prolinmangel mit hohen PYCR1-Spiegeln verbunden, einem Schlüsselenzym in der Prolinproduktion, und sein Knockout beeinträchtigte das Tumorwachstum in vivo, was die Bedeutung der Identifizierung von Aminosäuremangel bei wachsenden Tumoren demonstrierte. In Vorarbeiten unter Verwendung der Diricore-Technologie stellten wir fest, dass Krebszellen als Reaktion auf eine konventionelle Therapie eine Einschränkung von Arginin erfahren, einer Aminosäure, die eng mit dem Polyaminstoffwechsel verbunden ist. Hier schlagen wir vor, neuartige Mängel bei der Verfügbarkeit von Aminosäuren als Reaktion auf mitotische Hemmung mithilfe der Diricore-Technologieplattform aufzudecken und diese für eine bessere Krebsbekämpfung zu nutzen. Nach der Diricore-Analyse werden wir Experimente durchführen, um relevante Stoffwechselwege mithilfe genetischer und biochemischer Instrumente wie CRISPR-Cas9-Knockouts, RNAi-Knockdowns und Überexpressionsvektoren aufzuklären. Die identifizierten Aminosäuremängel und ihre Verbindungen zu Veränderungen in metabolischen Genen dienen als Signaturen für die Diagnose und als Leitfaden für die Therapie. Darüber hinaus bieten unsere Ergebnisse hier Möglichkeiten, die Behandlung aggressiver Tumoren effektiver zu gestalten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen