Entschlüsselung der Determinanten von Magenkrebsmetastasen durch Einzelzell-CRISPR-Screening (ELMET-scCRISPR)

• Antragsteller: David Koppstein, Ph.D.; Jovan Mircetic, Ph.D.; Professor Daniel Stange, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Gastroenterologie ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 546973095

Metastasierung ist die Hauptursache für krebsbedingte Todesfälle, daher ist das Verständnis ihrer Determinanten von entscheidender Bedeutung. Bisher wurden jedoch keine spezifischen genetischen Veränderungen identifiziert, die die Metastasierung vorantreiben. Das Konzept der phänotypischen Plastizität wird zunehmend verwendet, um zu erklären, wie sich Krebszellen während einer Metastasierungskaskade an unterschiedliche Bedingungen anpassen und Behandlungsresistenzen entwickeln. Es wird angenommen, dass diese Plastizität durch Transkriptionsprogramme erreicht wird, die auf der Ebene der Chromatinlandschaft und der Epigenetik gesteuert werden. Magenkrebs ist weltweit die dritthäufigste Krebstodesursache, die Erforschung der Tumorentstehung und Metastasierung wird jedoch durch den Mangel an hochentwickelten Tiermodellen erschwert. Die von den Antragstellern neu entwickelten magenkrebsspezifischen Mausmodelle rekapitulieren menschliche molekulare Subtypen und bieten eine neue Möglichkeit zur Erforschung der Metastasierung. Während einige Mausmodelle leicht metastasieren, bilden andere Modelle Tumore ohne erkennbare Metastasen. Diese Modelle stellen somit eine ideale Plattform dar, um nach den Ursachen der Metastasierungsfähigkeit zu suchen. CRISPR-Screens ermöglichen die Zuordnung quantifizierbarer Phänotypen zu einer Reihe genetischer Störungen. Jüngste technische Entwicklungen haben die CRISPR-Technologie mit der Einzelzellsequenzierung verknüpft, um zwei wichtige Fortschritte zu erzielen. Erstens werden Barcodes verwendet, um einzelne Zellen und ihre Nachkommen während der Metastasierung zu verfolgen und so die Entwicklung der Metastasierungsfähigkeit aufzudecken. Zweitens ermöglichen neue gRNA-Designs die gleichzeitige Erfassung von Transkriptom und gRNA auf Einzelzellebene. Bislang hat jedoch noch kein Screen diese beiden kritischen Eigenschaften zusammengeführt. Hier haben wir entscheidende Anpassungen am Design vorgenommen, um eine solche Analyse zu ermöglichen. Durch die Durchführung eines in vivo Einzelzell-CRISPR-Screens mit klonaler Erfassung verfolgt das Projekt drei Ziele: 1.) Identifizierung epigenetischer zelleigener Faktoren, die die Metastasierung induzieren, und von Transkriptionsprogrammen, die von diesen epigenetischen Modulatoren reguliert werden. 2.) Vergleich der Transkriptome metastatischer Zellen und ihren klonalen Vorläufern im Primärtumor. Dies ermöglicht es, Transkriptionsprogramme zu identifizieren, die durch spezifische Tumormikroumgebungen induziert werden, und die Rolle von zellexternen Faktoren zu bewerten. 3.) Vergleich von Einzelzelltranskriptomen intrametastatischer und intermetastatischer Zellpopulationen, um festzustellen, ob und in welchem Maße metastatische Transkriptome konvergieren. Gemeinsam werden die Experimente kritische Signalwege identifizieren, die die Metastasierungskompetenz steuern und von denen einige möglicherweise für die Entwicklung neuer Behandlungsansätze herangezogen werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen