Zell- und Tumorbiologie

Zellen mit ihren komplexen molekularen und biochemischen Netzwerken sind die elementaren Bausteine des Lebens, die in Zusammenarbeit Gewebe und Organe bilden. Genetische Veränderungen wirken sich nicht nur auf die interne zelluläre Homöostase aus, sondern beeinflussen auch die Interaktion der Zellen mit ihrer Mikro- und Makroumgebung. Die kontinuierliche Anhäufung genetischer und nicht-genetischer Veränderungen spielt eine entscheidende Rolle bei der malignen Transformation von Zellen, die zur Entstehung, zum Wachstum, zur Therapieresistenz und zur Metastasierung von Krebs führt. Das Forschungsprogramm Zell- und Tumorbiologie erforscht grundlegende Prozesse des Lebens und die molekularen, zellulären und organismischen Mechanismen die Krebserkrankungen zugrunde liegen.

Das gemeinsame Ziel des Forschungsschwerpunkts ist die Entschlüsselung der unterschiedlichen Mechanismen der Krebsentstehung, um eine rationale Basis für neuartige Diagnosen und innovative Behandlungsstrategien zu schaffen, welche dann in frühen klinischen Studien evaluiert werden. Durch den Einsatz modernster Technologien und innovativer Ansätze untersuchen wir das komplexe Verhalten von normalen Zellen und Tumorzellen auf verschiedenen Ebenen. Die Wissenschaftler des Schwerpunkts entwickeln und verwenden Multi-omics-Ansätze für Einzelzellen, CRISPR- und Stoffwechselassays sowie fortgeschrittene Bildgebungstechnologien. Die umfassenden Daten zu genomischen, epigenomischen und epitranskriptomischen Profilen, Signalnetzwerken, Stoffwechselprozessen und der Zell-Zell-Kommunikation, erlauben mittels bioinformatischen Analysen und dem Einsatz künstlicher Intelligenz tiefgreifende Einsichten in die komplexen Ökosysteme von normalem Gewebe und Tumoren. Die so gewonnenen molekularen Erkenntnisse werden zudem mechanistisch in genetisch-modifizierbaren präklinischen Modellen getestet. Dazu kommen unter anderem stammzellbasierte und Tumor-abgeleitete Organoide sowie komplexe Mausmodelle zum Einsatz. Die vielversprechendsten Therapiekonzepte werden gemeinsam mit unseren klinischen Partnern weiterentwickelt, um frühe klinische Studien (Investigator-initiated Trials, IITs) an Krebspatienten durchzuführen. Der Fokus liegt dabei auf der Entwicklung neuartiger Strategien zur Bekämpfung der Tumorprogression, der Therapieresistenz, sowie der Bildung von Rezidiven und der Metastasierung. Die Integration multipler Forschungsansätze ermöglicht es die Lücke zwischen bahnbrechenden Laborergebnissen und der Entwicklung neuer Konzepte für die Krebsbehandlung von Patienten zu schließen. Die Wissenschaftler des Forschungsprogramms sind in vier großen Forschungsbereichen aktiv:

Effektive Krebstherapien müssen insbesondere die Population an Krebsstammzellen (CSC) eliminieren, da deren Fähigkeit zur Selbsterneuerung und ihre hohe Differenzierungsplastizität die Tumorheterogenität, Therapieresistenz, Rezidivbildung und Metastasierung vorantreiben. Unsere Forschungsteams untersuchen die zugrundeliegenden Mechanismen dieser Stammzell-Eigenschaften in gesundem Gewebe sowie in Primärtumoren und Metastasen, darunter Leukämie, Darm-, Brust-, Lungen-, Haut- und Hirntumoren. Durch die Entschlüsselung der biologischen Grundlagen von Stammzellen und ihrer Rolle in der Krebstherapie entwickeln wir gezielte Strategien zur Bekämpfung dieser hochaggressiven Tumorzellen. (Beteiligte PIs: Essers, Frye, Jackstadt, Liu, Loges, Mall, Martin-Villalba, Milsom, Monyer, Niehrs, Trumpp, Utikal).

Krebszellen profitieren von spezifischen Veränderungen in zellulären Signalwegen, welche das Tumorwachstum fördern. Die Wissenschaftler des Schwerpunkts entschlüsseln tumorspezifische Mechanismen, die das Fortschreiten von Krebs antreiben.  Sie untersuchen neue Regulierungsmechanismen von Signalwegen und die Rolle von RNA-Modifikationen in gesunden Geweben und Tumorzellen. Deregulierter Stoffwechsel ist ein Kennzeichen von Krebs und ein zentrales Forschungsgebiet dieses Programms. Wissenschaftler untersuchen gezielt Stoffwechselstörungen in verschiedenen Tumorarten und nutzen Ferroptose – einen spezifischen Zelltod-Mechanismus – als therapeutisches Ziel. Durch die Identifizierung metabolischer Schwachstellen entwickeln sie wirksame Behandlungsstrategien zur Bekämpfung von Krebs. (Beteiligte PIs: Augustin, Dick, Frye, Gunkel/Miller, Milsom, Jackstadt, Liu, Loges, Lyko, Monyer, Niehrs, Palm, Patrizi, Schulze, Trumpp).

Während des Tumorwachstums gedeihen Krebszellen in einer komplexen und dynamischen Tumormikroumgebung (TME), die ihr Überleben und ihre Ausbreitung fördert. Wissenschaftler in diesem Programm untersuchen Entzündungsprozesse, zelluläre Komponenten und lösliche Faktoren innerhalb der Tumormikroumgebung, die eine tumorfördernde Nische schaffen und die Immunevasion sowie Immunsuppression begünstigen. Da etwa 80% der Krebstodesfälle auf die Metastasierung zurückzuführen sind, untersuchen Forscher des Schwerpunkts die Mechanismen der Tumorprogression und die einzelnen Schritte, die zur Metastasierung führen, einschließlich der Bildung von zirkulierenden Tumorzellen im Blut. Diese Untersuchungen haben das Ziel, neue therapeutische Angriffspunkte zu identifizieren und zu validieren, um die Todesrate bei metastasiertem Krebs zu senken und Therapieresistenz zu überwinden. (Beteiligte PIs: Augustin, Frye, Jackstadt, Krämer, Liu, Loges, Patrizi, Schölch, Schulze, Trumpp).

Unsere Wissenschaftler und Ärzte bringen ihre Erkenntnisse aus der Grundlagenforschung aktiv vom Forschungslabor ans Krankenbett - und die Ergebnisse von frühen Studien wieder zurück in die weitere Erforschung („Bench-to-Bedside and Back“). Dazu gehören von Forschern initiierte frühe klinische Studien (IITs) und von der Industrie gesponserte Studien in späteren Phasen, die Leukämien, Lunge-, Darm- und Bauchspeicheldrüsenkrebs sowie Krebs mit unbekanntem Primärtumor (CUP) und Hirntumoren einschließen. Das erklärte Ziel ist es, die Erkenntnisse aus dem Labor in neuartige Krebstherapien zu überführen, die die Situation für Krebspatienten nachhaltig verbessern. (Beteiligte PIs: Jackstadt, Krämer, Kulozik, Liu, Loges, Schölch, Trumpp, Utikal).