Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Enzym für gefährliche Eigenschaften von Hirntumor-Stammzellen verantwortlich

12.07.2019

Wenn Hirntumoren nach einer Therapie zurückkehren, geht dies auf das Konto von Krebsstammzellen, denen die Behandlung nichts anhaben konnte. Wissenschaftler aus dem Deutschen Krebsforschungszentrum suchten nun nach charakteristischen Proteinen, die die Hirntumor-Stammzellen auszeichnen. Dabei identifizierten sie ein Enzym, das für die gefährlichen Stammzelleigenschaften des Glioblastoms verantwortlich ist und gleichzeitig eine mögliche „Achillessehne“ darstellt, an der die Zellen verwundbar sind.

Bei vielen Krebsarten wirken die Behandlungen ausschließlich auf die sich schnell teilenden Krebszellen, die die große Masse des Tumors ausmachen. Die Stammzellen des Tumors dagegen teilen sich so gut wie nicht und sind resistent gegenüber Chemotherapie und Bestrahlung.


GPD1-positive Zellen (rot), die am Tumorrand lokalisiert sind, exprimieren das Protein Sox2 (grün).

© DKFZ

Schlimmer noch: Durch die Behandlungen werden sie aktiviert und sind dann verantwortlich dafür, dass der Tumor zurückkehrt. Dies gilt insbesondere für das Glioblastom, den aggressivsten unter den Hirntumoren.

„Der einzige Weg, um beim Glioblastom einen Rückfall nach der Behandlung zu verhindern, wäre eine Therapie, die gegen die Hirntumor-Stammzellen wirksam ist“, sagt Haikun Liu vom Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ).

„Dazu müssten wir aber molekulare Zielstrukturen kennen, die spezifisch für diese Krebsstammzellen sind – damit die Therapie keine gesunden Zellen schädigt. Doch das Problem ist, dass Hirntumor-Stammzellen und die Stammzellen des gesunden Gehirns viele molekulare Merkmale und Eigenschaften teilen.“

Um spezifische Zielstrukturen der Hirntumor-Stammzellen zu identifizieren, verglichen Liu und seine Kollegen nun deren Protein-Ausstattung mit der normaler Hirnstammzellen. Für diese Untersuchung an Glioblastomen von Mäusen setzten die DKFZ-Forscher moderne Techniken der RNA-Sequenzierung ein. Damit konnten sie quantifizieren, in welchen Mengen die Zellen einzelne Proteine produzieren.

Unter den Proteinen, die in Krebsstammzellen, nicht aber in Gehirnstammzellen gebildet werden, erschien ihnen ein Enzym des Energiestoffwechsels als besonders interessant: Die Glycerol-3-Phosphat Dehydrogenase 1 (GPD1)-produzierenden Krebszellen teilten sich nicht und traten vor allem an der sogenannten Invasionsfront auf, wo der Tumor ins gesunde Gehirngewebe einwächst. Sehr früh, schon etwa zwei Wochen nach dem Beginn der Krebsentstehung, konnten die Forscher im wachsenden Tumor die GPD1-Produktion nachweisen.

Die Forscher behandelten Mäuse mit dem Standard-Chemotherapeutikum Temozolomid und analysierten die Tumoren zu verschiedenen Zeitpunkten nach Ende der Therapie: Während der Behandlung zeigten die GPD1-produzierenden Zellen keine Teilungsaktivität und verharrten in dem für Stammzellen charakteristischen Schlafzustand.

Doch erwachten sie mit dem Beginn des Rückfalls aus ihrem Schlummer – ein starkes Indiz dafür, dass sie für die Wiederkehr des Tumors verantwortlich sind. Wurde die GPD1 mit genetischen Methoden in den Tumorstammzellen der Mäuse ausgeschaltet, so überlebten die Tiere länger.

Hohe GPD-1-Spiegel – ungünstige Prognose

Ist die GPD1 auch in Glioblastomen des Menschen für die gefährlichen Stammzell-Eigenschaften verantwortlich? Eine Datenbank-Analyse von Tumorgenomen ergab, dass bei Glioblastom-Patienten eine hohe GPD1-Produktion mit ungünstiger Prognose korreliert. Auch bei anderen Krebsarten, etwa beim Nierenzellkarzinom, sind hohe GPD1-Spiegel mit einem ungünstigen Verlauf verbunden.

Wie schon an den Mäusen beobachtet, fanden sich auch in Gewebeschnitten von Hirntumoren des Menschen die GPD1-produzierenden Zellen vorwiegend an der Invasionsfront. Aus Glioblastomen gezüchtete Zelllinien, deren GPD-1 die Forscher ausgeschaltet hatten, wuchsen in der Kulturschale nicht mehr zu „Minitumoren“ heran – und verloren damit eine typische Stammzell-Fähigkeit.

„Alle unsere Ergebnisse sprechen dafür, dass GPD1 für die Stammzell-Eigenschaften der Hirntumor-Stammzellen verantwortlich ist. In normalen Hirnstammzellen spielt das Enzym offenbar keine besondere Rolle“, fasst Haikun Liu zusammen. Aus der wissenschaftlichen Literatur wissen Liu und Kollegen, dass Mäuse problemlos ohne GPD1 leben können. Auch Menschen, deren GPD1-Gen durch Mutationen geschädigt ist, haben keine schwerwiegenden gesundheitlichen Probleme. Das ist ein wichtiger Hinweis dafür, dass man das Enzym mit Wirkstoffen blockieren könnte, ohne schwere Nebenwirkungen auszulösen.

„Diese Arbeit war ein erster Schritt, um Proteinmarker zu identifizieren, die schlafende Hirntumorstammzellen charakterisieren, und um deren Rolle für die Tumorbiologie zu untersuchen“, sagt Liu. „Dabei haben wir so viele interessante Eigenschaften der GPD1 entdeckt, dass wir das Enzym nun als Zielstruktur möglicher Therapien weitererforschen werden.“

Diese Arbeit entstand als gemeinsames Projekt des DKFZ und der Bayer-Onkologieforschung im Rahmen ihrer strategischen Allianz.

Patricia Rusu, Chunxuan Shao, Anna Neuerburg, Azer Aylin Acikgöz, Yonghe Wu, Peng Zou, Prasad Phapale, Tchirupura S Shankar, Kristina Döring, Steffen Dettling, Huiqin Körkel-Qu, Gözde Bekki, Barbara Costa, Te Guo, Olga Friesen, Magdalena Schlotter, Mathias Heikenwälder, Darjus F. Tschaharganeh, Bernd Bukau, Günter Kramer, Peter Angel, Christel Herold-Mende, Bernhard Radlwimmer, Hai-Kun Liu: GPD1 specifically marks dormant glioma stem cells with a distinct metabolic profile.
CELL Stem Cell 2019, DOI: https://doi.org/10.1016/j.stem.2019.06.004

Das DKFZ ist mit mehr als 3.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern die größte biomedizinische Forschungseinrichtung in Deutschland. Über 1.300 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erforschen im DKFZ, wie Krebs entsteht, erfassen Krebsrisikofaktoren und suchen nach neuen Strategien, die verhindern, dass Menschen an Krebs erkranken. Sie entwickeln neue Methoden, mit denen Tumoren präziser diagnostiziert und Krebspatienten erfolgreicher behandelt werden können.

Beim Krebsinformationsdienst (KID) des DKFZ erhalten Betroffene, interessierte Bürger und Fachkreise individuelle Antworten auf alle Fragen zum Thema Krebs.

Gemeinsam mit Partnern aus den Universitätskliniken betreibt das DKFZ das Nationale Centrum für Tumorerkrankungen (NCT) an den Standorten Heidelberg und Dresden, in Heidelberg außerdem das Hopp-Kindertumorzentrum KiTZ.

Im Deutschen Konsortium für Translationale Krebsforschung (DKTK), einem der sechs Deutschen Zentren für Gesundheitsforschung, unterhält das DKFZ Translationszentren an sieben universitären Partnerstandorten.

Die Verbindung von exzellenter Hochschulmedizin mit der hochkarätigen Forschung eines Helmholtz-Zentrums an den NCT- und den DKTK-Standorten ist ein wichtiger Beitrag, um vielversprechende Ansätze aus der Krebsforschung in die Klinik zu übertragen und so die Chancen von Krebspatienten zu verbessern.

Das DKFZ wird zu 90 Prozent vom Bundesministerium für Bildung und Forschung und zu 10 Prozent vom Land Baden-Württemberg finanziert und ist Mitglied in der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren.

Ansprechpartner für die Presse:

Dr. Sibylle Kohlstädt
Pressesprecherin
Kommunikation und Marketing
Deutsches Krebsforschungszentrum
Im Neuenheimer Feld 280
69120 Heidelberg
T: +49 6221 42 2843
F: +49 6221 42 2968
E-Mail: S.Kohlstaedt@dkfz.de
E-Mail: presse@dkfz.de

www.dkfz.de

Originalpublikation:

Patricia Rusu, Chunxuan Shao, Anna Neuerburg, Azer Aylin Acikgöz, Yonghe Wu, Peng Zou, Prasad Phapale, Tchirupura S Shankar, Kristina Döring, Steffen Dettling, Huiqin Körkel-Qu, Gözde Bekki, Barbara Costa, Te Guo, Olga Friesen, Magdalena Schlotter, Mathias Heikenwälder, Darjus F. Tschaharganeh, Bernd Bukau, Günter Kramer, Peter Angel, Christel Herold-Mende, Bernhard Radlwimmer, Hai-Kun Liu: GPD1 specifically marks dormant glioma stem cells with a distinct metabolic profile.
CELL Stem Cell 2019, DOI: https://doi.org/10.1016/j.stem.2019.06.004

Dr. Sibylle Kohlstädt | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
https://www.dkfz.de/de/presse/pressemitteilungen/2019/dkfz-pm-19-33-Enzym-fuer-gefaehrliche-Eigenschaften-von-Hirntumor-Stammzellen-verantwortlich.php

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Beleuchtung von Höhlen vertreibt Fledermäuse – die Farbe des Lichts spielt nur untergeordnete Rolle
11.12.2019 | Forschungsverbund Berlin e.V.

nachricht Molekulare Milch-Mayonnaise: Wie Mundgefühl und mikroskopische Eigenschaften bei Mayonnaise zusammenhängen
11.12.2019 | Max-Planck-Institut für Polymerforschung

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Hochgeladenes Ion bahnt den Weg zu neuer Physik

In einer experimentell-theoretischen Gemeinschaftsarbeit hat am Heidelberger MPI für Kernphysik ein internationales Physiker-Team erstmals eine Orbitalkreuzung im hochgeladenen Ion Pr9+ nachgewiesen. Mittels einer Elektronenstrahl-Ionenfalle haben sie optische Spektren aufgenommen und anhand von Atomstrukturrechnungen analysiert. Ein hierfür erwarteter Übergang von nHz-Breite wurde identifiziert und seine Energie mit hoher Präzision bestimmt. Die Theorie sagt für diese „Uhrenlinie“ eine sehr große Empfindlichkeit auf neue Physik und zugleich eine extrem geringe Anfälligkeit gegenüber externen Störungen voraus, was sie zu einem einzigartigen Kandidaten zukünftiger Präzisionsstudien macht.

Laserspektroskopie neutraler Atome und einfach geladener Ionen hat während der vergangenen Jahrzehnte Dank einer Serie technologischer Fortschritte eine...

Im Focus: Highly charged ion paves the way towards new physics

In a joint experimental and theoretical work performed at the Heidelberg Max Planck Institute for Nuclear Physics, an international team of physicists detected for the first time an orbital crossing in the highly charged ion Pr⁹⁺. Optical spectra were recorded employing an electron beam ion trap and analysed with the aid of atomic structure calculations. A proposed nHz-wide transition has been identified and its energy was determined with high precision. Theory predicts a very high sensitivity to new physics and extremely low susceptibility to external perturbations for this “clock line” making it a unique candidate for proposed precision studies.

Laser spectroscopy of neutral atoms and singly charged ions has reached astonishing precision by merit of a chain of technological advances during the past...

Im Focus: Ultrafast stimulated emission microscopy of single nanocrystals in Science

The ability to investigate the dynamics of single particle at the nano-scale and femtosecond level remained an unfathomed dream for years. It was not until the dawn of the 21st century that nanotechnology and femtoscience gradually merged together and the first ultrafast microscopy of individual quantum dots (QDs) and molecules was accomplished.

Ultrafast microscopy studies entirely rely on detecting nanoparticles or single molecules with luminescence techniques, which require efficient emitters to...

Im Focus: Wie Graphen-Nanostrukturen magnetisch werden

Graphen, eine zweidimensionale Struktur aus Kohlenstoff, ist ein Material mit hervorragenden mechanischen, elektronischen und optischen Eigenschaften. Doch für magnetische Anwendungen schien es bislang nicht nutzbar. Forschern der Empa ist es gemeinsam mit internationalen Partnern nun gelungen, ein in den 1970er Jahren vorhergesagtes Molekül zu synthetisieren, welches beweist, dass Graphen-Nanostrukturen in ganz bestimmten Formen magnetische Eigenschaften aufweisen, die künftige spintronische Anwendungen erlauben könnten. Die Ergebnisse sind eben im renommierten Fachmagazin Nature Nanotechnology erschienen.

Graphen-Nanostrukturen (auch Nanographene genannt) können, je nach Form und Ausrichtung der Ränder, ganz unterschiedliche Eigenschaften besitzen - zum Beispiel...

Im Focus: How to induce magnetism in graphene

Graphene, a two-dimensional structure made of carbon, is a material with excellent mechanical, electronic and optical properties. However, it did not seem suitable for magnetic applications. Together with international partners, Empa researchers have now succeeded in synthesizing a unique nanographene predicted in the 1970s, which conclusively demonstrates that carbon in very specific forms has magnetic properties that could permit future spintronic applications. The results have just been published in the renowned journal Nature Nanotechnology.

Depending on the shape and orientation of their edges, graphene nanostructures (also known as nanographenes) can have very different properties – for example,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Analyse internationaler Finanzmärkte

10.12.2019 | Veranstaltungen

QURATOR 2020 – weltweit erste Konferenz für Kuratierungstechnologien

04.12.2019 | Veranstaltungen

Die Zukunft der Arbeit

03.12.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Kein Seemannsgarn: Hochseeschifffahrt soll schadstoffärmer werden

11.12.2019 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Vernetzte Produktion in Echtzeit: Deutsch-schwedisches Testbed geht in die zweite Phase

11.12.2019 | Informationstechnologie

Verbesserte Architekturgläser durch Plasmabehandlung – Reinigung, Vorbehandlung & Haftungssteigerung

11.12.2019 | Architektur Bauwesen

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics