AG Höpfner - Molekulare Tumortherapie und Tumorangiogenese

Histone sind kleine basische Proteine im Zellkern von Eukaryoten. Sie sind von wesentlicher Bedeutung für die Organisation der zellulären DNA. Hauptaufgabe der Histone ist es, die DNA so zu verpacken, dass sie in den Zellkern passt. Gleichzeitig muss aber gewährleistet sein, dass die DNA-Funktionen wie Transkription und Replikation trotzdem geordnet ablaufen können. Die transkriptionelle Regulation wird u.a. durch Acetylierung und Deacetylierung des Chromatins mittels Histonacetyltransferasen bzw. Histondeacetylasen (HDAC) gewährleistet.

Die Hemmung von HDACs mit niedermolekularen Inhibitoren (HDACi) stellt eine vielversprechende Strategie zur medikamentösen Behandlung von Tumorerkrankungen dar. Die Hemmung dieser Enzyme ist u.a. deshalb besonders erfolgversprechend, weil sie zum einen in einer Vielzahl von Tumoren dysreguliert vorliegen und weil HDACs zum anderen neben Histonproteinen auch nicht-Histonproteine beeinflussen, die an der Regulation von Zellteilung, Migration und Apoptose beteiligt sind.

Im Projekt werden neue Imidazol-basierte Hydroxamsäuren mit HDAC-inhibitorischer Wirkung hinsichtlich ihrer wachstumsregulatorischen Eigenschaften bei soliden Tumoren untersucht. Hierbei ist die Untersuchung möglicher HDAC-Subtypspezifitäten von besonderem Interesse, da bekannt ist, dass es in Tumoren zu einer Veränderung im Expressionsprofil einzelner HDAC-Subtypen kommt, die mit dem Wachstumsverhalten und der Aggressivität der Tumoren korreliert. Die systematische Untersuchung hinsichtlich Toxizitätsprofil, Permeabilitäts- und Aufnahmeverhalten, Verteilung und Metabolisierung sowie die Validierung präklinischer Untersuchungsergebnisse am CAM-Modell stehen im Fokus, um eine Einschätzung über die Medikamententauglichkeit der neuen Substanzen vornehmen zu können. Mit den Ergebnissen soll damit auch die Voraussetzung für klinische Studien mit diesen neuen HDACi geschaffen werden, die kürzlich als HDAC-inhibitorische Krebsmedikamente patentiert wurden.

Die therapeutischen Möglichkeiten der effektiven Wachstumskontrolle fortgeschrittener Lebertumoren (hepatozelluläre Karzinome, Cholangiokarzinome) sind nach wie vor unbefriedigend. Vor diesem Hintergrund ist es zwingend erforderlich innovative Ansätze für eine effektive und zugleich nebenwirkungsarme Therapie dieser dramatisch zunehmenden Krebserkrankung zu entwickeln. Einen vielversprechenden therapeutischen Ansatz stellt die photodynamische Therapie (PDT) dar, die bereits erfolgreich zur Behandlung diverser Tumorerkrankungen wie u.a. bei Kopf- und Halstumoren, Lungenkrebs, Hirntumoren sowie beim Prostatakarzinom, Brustkrebs und vor allem bei Hautkrebserkrankungen eingesetzt wird.

Die PDT besteht aus verschiedenen Elementen, die für sich selbst gesehen zwar keine Toxizität aufweisen, im Zusammenspiel jedoch geeignet sind, Tumorzellen effektiv zu bekämpfen. Dabei wird ein Photosensibilisator (PS) appliziert und reichert sich im stoffwechselaktiven Tumorgewebe vermehrt an. Um den PS zu aktivieren, wird das Tumorgewebe mit Licht in einer spezifischen Wellenlänge bestrahlt. Die Energie des Lichts induziert eine photochemische Reaktion, die zur Generierung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) und damit verbunden zum Zelltod durch Nekrose, Apoptose und/oder Autophagie führt.

Die Effektivität der PDT wird maßgeblich von der Qualität des eingesetzten PS bestimmt. In unserem Forschungsprojekt untersuchen wir daher die antineoplastische Potenz der Photodynamischen Therapie mit neuartigen Photosensibilatoren aus der Substanzklasse der Phthalozyanine, die sich als wertvolle PS für die PDT herauskristallisiert haben. Mit zell- und molekularbiologischen Methoden werden die zugrundeliegenden Wirkmechanismen der PDT von Lebertumoren hinsichtlich Zeit-, Konzentrations- sowie Lichtintensitätsabhängigkeit charakterisiert. Antitumorale und antiangiogene Effekte werden zusätzlich am tumortragenden CAM-Modell evaluiert.

Jede Zelle eines mehrzelligen Lebewesens ist im Laufe der Evolution auf das adäquate Beantworten spezifischer externer Signale anderer Zellen programmiert worden. Die Kommunikation erfolgt unter anderem über das Zusammenspiel von zirkulierenden extrazellulären Signalmolekülen und ihren korrespondierenden Rezeptoren, die für die Informationsweiterleitung in die Zelle verantwortlich sind. Am Ende jedes intrazellulären Signalpfades stehen Zielproteine, welche verändert werden und so das Verhalten der betreffenden Zelle regulieren.

Eine große Anzahl extrazellulärer Signalproteine, zu denen auch die Wachstumsfaktoren gehören, interagiert hierbei mit membranständigen Rezeptoren aus der Familie der Rezeptortyrosinkinasen. Zu den wichtigen humanen Wachstumsfaktoren gehören unter anderem der epidermale Wachstumsfaktor EGF (engl. epidermal growth factor). EGF wirkt als starkes ein Mitogen und übermittelt über den EGF-Rezeptor (EGFR) Signale, welche die zellulären Prozesse der Proliferation, Differenzierung, des Metabolismus, der Endozytose und der Apoptose modulieren. Das EGF/EGFR-System ist häufig das Ziel onkogener Mutationen, die zu dysregulierter Aktivität führt und auf diese Weise zu Tumorentstehung- und -wachstum beiträgt. Daher stellt es einen interessanten Ansatzpunkt für neuartige Anti-Tumortherapien dar. Verschiedene EGFR-Inhibitoren, die hochspezifisch mit der intrazellulären Tyrosinkinase des EGFR interagieren und dadurch die Signaltransduktion nach Ligandenbindung unterbrechen, sind in den vergangenen Jahren entwickelt worden.

Unser Projekt widmet sich der Weiterentwicklung dieses Ansatzes durch Synthese und Überprüfung neuartiger EGFR-Tyrosinkinaseinhibitoren zur Behandlung von hepatozellulären Karzinomen. Dazu wird in Zusammenarbeit mit der AG Volkamer (Bioinformatik am Inst. f. Physiol) mittels sog. in silico-screenings nach neuen Verbindungen mit EGFR-inhibitorischer Wirkung gesucht. Zudem wird am Computer überprüft wie spezifisch unsere neu synthetisierten Verbindungen die ATP-Bindungstasche der EGFR-Tyrosinkinase blockieren. Die antineoplastische Potenz der neuen Substanzen wird dann mittels in vitro- und in vivo-Methoden an verschiedenen hepatozellulären Karzinomzellmodellen evaluiert und ihre Wirkung wird mit der von klinisch bereits etablierten EGFR-Inhibitoren (Gefitinib, Afatinib, Lapatinib) verglichen.