Forschung

Unsere Arbeiten liegen thematisch am Schnittpunkt zwischen Grundlagenforschung und anwendungsorientierter Forschung. Wir beschäftigen uns aktuell mit folgenden Projekten:

1.) HPVs und Zellmetabolismus

Tumorviren, wie onkogene HPV-Typen, sind wichtige Krebserreger beim Menschen. Andererseits wird aber auch zunehmend deutlich, daß Krebszellen typische Veränderungen des Stoffwechsels (Metabolismus) aufweisen, die das Tumorwachstum begünstigen. Die Aufklärung und gezielte Korrektur dieser Veränderungen könnte neuartige Ansätze für die Tumortherapie ermöglichen.

Interessanterweise sind mögliche Wechselwirkungen von onkogenen HPVs mit dem Metabolismus ihrer Wirtszelle bisher nur wenig untersucht. Hier stellen sich v. a. zwei Fragen:

(i) Können Tumorviren den Metabolismus der Wirtszelle manipulieren und dadurch zur malignen Zellentartung führen und

(ii) beeinflußt der metabolische Zustand der Wirtszelle die Aktivität von Tumorviren?

Am Modellsystem HPV-assoziierter Tumore wird die gegenseitige Wechselwirkung zwischen Tumorviren und dem Zellmetabolismus untersucht, mit den Schwerpunkten Hypoxie (niedriger O2-Gehalt) sowie Eisen (Fe)- und Glutamin (Glut.)-Stoffwechsel.

Hierfür fokussieren wir uns auf die Wechselwirkung von onkogenen HPVs mit drei metabolischen Systemen, die in Tumorzellen verändert sein können:

a) Hypoxie

Tumore, wie HPV-positive Zervixkarzinome und Kopf-Hals-Karzinome, sind häufig durch einen geringen Sauerstoff-Gehalt gekennzeichnet („Hypoxie“). Dies könnte wichtige funktionelle Konsequenzen für biochemische Regulationswege haben, die eine kritische Rolle für die Kontrolle des Zellwachstums und des Zelltods HPV-positiver Tumorzellen spielen. In der Tat weisen hypoxische Tumore häufig eine verschlechterte klinische Prognose auf (Hoppe-Seyler et al., 2017) (Pressemitteilung DKFZ).

b) Eisenstoffwechsel

Eine erhöhte Eisenverfügbarkeit in Tumorzellen könnte ihr Wachstum und Überleben begünstigen. Wir untersuchen den Effekt von HPVs auf den Eisenstoffwechsel und den Effekt des Eisenstoffwechsels auf die Aktivitäten onkogener HPV-Typen.

c) Glutamin-Stoffwechsel

Eine gesteigerte Aufnahme und Verwertung der Aminosäure Glutamin kann eine wichtige Rolle für das Wachstum von Tumoren spielen. Wir untersuchen ob die HPV-Onkogene den Glutamin-Metabolismus beeinflussen und ob die zelluläre Verfügbarkeit von Glutamin einen Effekt auf virale Aktivitäten ausübt

2.) Gezielte Hemmung des HPV E6 Onkoproteins.

Das HPV E6-Protein spielt eine wichtige Rolle für das Überleben HPV-positiver Tumorzellen. Es gelang uns, ein Peptid zu generieren, das E6 spezifisch hemmt und selektiv den Zelltod HPV-positiver Krebszellen induziert (Dymalla et al., 2009). Mittels biochemischer und biophysikalischer Verfahren konnten wir kürzlich die Region des E6-Proteins identifizieren, die durch das Peptid gebunden wird (Zanier, Stutz et al., PLoS ONE, 2014). Als „Proof of Principle“ zeigen diese Versuche, daß das HPV E6-Protein gezielt hemmbar ist. Das Peptid könnte somit eine experimentelle Basis bieten, um therapeutisch nutzbare Moleküle (small molecules oder Peptidtherapeutika) zu generieren, die HPV-positive Tumorzellen spezifisch abtöten.

Gezieltes Abtöten HPV-positiver Tumorzellen (SiHa) durch ein E6-bindendes Peptid (pep11). Grün: pep11-exprimierende Zellen. Rot: Apoptotischer Zelltod im TUNEL-Assay.

© dkfz.de

3.) Analyse zellulärer Zielgene für onkogene HPVs

Wir haben neue Zellgene identifiziert, die durch tumorassoziierte HPVs angegriffen werden (z. B. BTG2, EZH2, LEDGF). So wird beispielsweise das zelluläre LEDGF-Gen durch die HPV-Onkogene stimuliert (Leitz et al., 2014). Als „Survival-Gen“ begünstigt LEDGF das Überleben von Tumorzellen und schützt sie vor vielfältigen Formen von zellulärem Stress, z.B. vor der Wirkung von Radio- und Chemotherapie. LEDGF könnte daher eine wichtige Rolle für die Therapie-Resistenz von Tumoren in der Klinik spielen. (s. a. DKFZ-Pressemitteilung)

HPVs stimulieren die Expression des zellulären Survival-Proteins LEDGF (braune Färbung) in Zervixkarzinomzellen (s. a. (Leitz et al., PLoS Pathog. 2014)  . Querschnitt durch eine Gewebeprobe eines Gebärmutterhalstumors. © Miriam Reuschenbach, Universitätsklinikum Heidelberg.

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4.) Deregulation zellulärer und exosomaler miRNAs durch die HPV-Onkogene

Mittels umfangreicher “Deep Sequencing”-Analysen haben wir die Effekte der HPV E6/E7-Onkogene auf das zelluläre microRNA (miRNA)-Netzwerk untersucht. Interessanterweise induzieren die viralen Onkogene massive Veränderungen der intrazellulären miRNA-Zusammensetzung, indem sie die Mengen pro-tumorigener miRNAs steigern und die Mengen anti-tumorigener miRNAs reduzieren (Honegger et al., 2015). Diese Befunde deuten darauf hin, daß die Modulation von miRNAs zur HPV-assoziierten Krebsentstehung beiträgt. Die gezielte Korrektur HPV-abhängiger miRNA-Veränderungen könnte daher therapeutisches Potential besitzen.

Wir beobachteten außerdem, daß die HPV-Onkogene den miRNA-Gehalt von Exosomen signifikant beeinflussen. Exosomen sind kleine Vesikel, die von vielen Zellen (inkl. Tumorzellen) sezerniert werden. Sie können als interzelluläre Fähren dienen und funktionell aktive Proteine, mRNAs und miRNAs aus Tumorzellen in Empfängerzellen transportieren (Honegger et al., Int. J. Cancer, 2013).

Exosomen sind kleine extrazelluläre Vesikel endosomalen Ursprungs. Sie können bioaktives Material (Proteine, mRNAs, noncoding RNAs) von Tumorzellen in Empfängerzellen transportieren. Elektronenmikroskopische Darstellung.(Abb. aus: Honegger et al., 2013,  Int. J. Cancer, 133: 1631-1642). 

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Wir identifizierten eine E6/E7-abhängige miRNA-Signatur in Exosomen, die von HPV-positiven Tumorzellen sezerniert werden (Honegger et al., PLoS Pathog., 2015).Weiterführende Untersuchungen könnten wichtige Einblicke in die Zell-Zell-Kommunikation HPV-positiver Tumorzellen ermöglichen und neue diagnostische Möglichkeiten eröffnen.

Unsere Arbeiten werden durch die Wilhelm Sander-Stiftung und die Deutsche Krebshilfe unterstützt.

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