Forschungsinhalte

Wir beschäftigen uns u.a. mit zwei interessanten, miteinander verwandten Forschungsrichtungen: Zum einen mit der Erforschung molekularer Mechanismen, die im Zusammenhang mit den schwangerschaftsassoziierten Krankheiten Präeklampsie und Schwangerschaftsdiabetes stehen, zum anderen werden die molekularen Funktionen mitotischer Kinasen in der Onkogenese untersucht. Hervorzuheben ist, dass ein normaler Schwangerschaftsverlauf und Tumorprogression viele gemeinsame Merkmale wie Invasion, antiapoptotische Eigenschaften und Immuntoleranz besitzen (Abbildung 1). Darüber hinaus stellen vor allem die Trophoblasten der Plazenta ein äußerst reizvolles Modell für die Krebsforschung dar, da diese die Fähigkeiten der Proliferation und Differenzierung, Migration, Angiogenese und Immunmodulation haben, zudem besitzen diese Zellen sowohl apoptotische wie auch antiapoptotische Eigenschaften. Daher kann bei einer Verknüpfung beider Forschungsschwerpunkte, sowohl die Geburtshilfliche-, wie auch die Tumorforschung profitieren.

Abbildung 1: Darstellung der gemeinsamen Merkmale eines normalen Schwangerschaftsverlaufs und einer Tumorentwicklung (Mitte und rechts). Links ist das aus Micro-Array Studien resultierende, relevante Plazenta Genprofil aufgelistet.

I. Molekulare Mechanismen von Präeklampsie

Präeklampsie ist eine der häufigsten Ursachen maternaler und perinataler Mortalität und Morbidität. Die klinischen Anzeichen für Präeklampsie bei der werdenden Mutter sind schwangerschaftsinduzierter Bluthochdruck, Proteinurie, Ödeme, Gerinnungsstörungen sowie Funktionsstörungen der Leber, der Niere und neurologische Pathomechanismen. Darüber hinaus ist die Präeklampsie assoziiert mit Frühgeburt, Wachstumsretardierung und Plazentaablösung. Trotz intensiver Forschungsbemühungen ist die Pathogenese der Präeklampsie nicht bekannt. Im Rahmen unserer Studien haben wir einen Micro-Array mit 92, Plazenta relevanten, Genen entworfen und die Genexpression präeklamtischer Patientinnen und Kontrollen analysiert. Unsere Daten zeigen, dass hauptsächlich die Expression von Genen der Angiogenese- und Migrationssignalwege verändert ist. Äußerst interessant ist, dass viele dieser Gene stark an der Tumorprogression beteiligt sind. Diese Gene werden in unserer Arbeitsgruppe in Bezug auf Proteinlevel, Lokalisation, Interaktionen, Regulation und Funktion, sowie vor allem ihre Rolle bei der Entwicklung maligner Tumore untersucht. Die aktuellen Forschungsprojekte zu Präeklampsie sind:

1. Genexpressionsprofile spezifischer Signalwege in päeklamtischen Plazenten (Abb. 2)
2. Charakterisierung und funktionelle Analyse der ausgewählten Gene in Bezug auf die Pathogenese von Präeklampsie. Ein Beispiel hierzu ist Survivin: ein wichtiges, multifunktionelles Protein (Abb. 3).
3. Molekulare Regulation der Angiogenese bei Präeklampsie, vor allem die Rolle des VEGF Systems.
4. Untersuchung der Proliferation und Apoptose bei Präeklampsie Erkrankungen.

Abbildung 2: Genexpressionsprofil bei Präeklampsie Plazenten, im Vergleich zu Kontrolle Plazenten.

Abbildung 3: Immunhistochemische Färbung von Survivin in Präeklampsie Plazenta.

II. Pathogenese der Schwangerschaftsdiabetes

Schwangerschaftsdiabetes, auch als Gestationsdiabetes Mellitus (GDM) bezeichnet, ist eine Fehlregulation des Glukosestoffwechsels, die mit kurz- und langfristigen Erkrankungen bei Mutter und Nachkommen verbunden seien kann. Die Gefahr für den Fötus besteht vor allem in der Entwicklung von Makrosomie. Das Kind einer an GDM erkrankten Mutter hat im Laufe seines Lebens ein erhöhtes Risiko an Adipositas zu erkranken oder in der Pubertät oder im jungen Erwachsenenalter einen Diabetes zu entwickeln. Frauen, die an Schwangerschaftsdiabetes leiden, besitzen ein größeres Risiko an anderen schwangerschaftsassoziierten Erkrankungen wie Präeklampsie zu erkranken und zur Entwickelung eines manifestierten Diabetes. Angesichts der klinischen und allgemeinen Gesundheit ist es von größter Bedeutung die molekulare Pathogenese von GDM zu erforschen. Im Moment werden Proben GDM erkrankter Patientinnen und Kontrollen gesammelt um mittels Genexpressionsstudien die Plazenten GDM erkrankter Frauen zu analysieren. Die deregulierten Gene sollen, unter Berücksichtigung klinischer Verlaufsdaten, im Anschluss weiter untersucht werden, vor allem um einen Überblick über die Vernetzung verschiedener Signalwege bei Schwangerschaftsdiabetes zu erhalten.

III. Der Einfluss von Adipositas bei Präeklampsie, GDM und Brustkrebs

Mütterliche Adipositas ist oftmals assoziiert mit einer erhöhten Mortalität und Morbidität für Mutter und Kind. Zu den pränatalen Risiken zählen GDM und Präeklampsie. Die Adipositas der Mutter erhöht zudem das lebenslange Risiko der Nachkommen an Adipositas oder dem metabolischen Syndrom in der Kindheit oder Pubertät zu erkranken. Bemerkenswert ist zudem, dass Adipositas als negativer prognostischer Marker für Brustkrebs gilt und dass adipöse Frauen zum einen eine vermehrte Beteiligung der Lymphknoten und zum anderen eine erhöhte Neigung zur Bildung ferner Metastasen bei der Diagnose aufweisen. Aktuelle Studien weisen darauf hin, dass erhöhte Entzündungsreaktionen, sowohl lokaler als auch systemischer Art, bei der Vermittlung nachteiliger klinischer Ereignisse während der Schwangerschaft sowie bei Brustkrebs beteiligt sein können. Die molekularen Mechanismen, die diesen Risiken zu Grunde liegen sind noch nicht vollständig verstanden. Aktuell werden Proben von Patientinnen mit Präeklampsie, GDM oder Brustkrebs gesammelt, um diese in Hinblick auf Gen- und Proteinlevel zu untersuchen. Ausgehend von diesen Daten soll unter der Verwendung von 2D und 3D Zellkulturmodellen untersucht werden, wie Adipozyten Trophoblastzellen und Krebszellen beeinflussen.

IV. Vorläuferzellen aus Muttermilch

Man geht davon aus, dass deregulierte Stammzellen bei der Pathogenese von Brustkrebs eine Rolle spielen. In der Schwangerschaft verläuft die Differenzierung der Brustdrüse durch asymmetrische Teilung der Stammzellen, die als normalerweise ruhende Zellen auf eine Hormonstimulation reagieren. Diese Prozesse sind im Menschen schlecht verstanden, da es schwierig ist Stammzellen aus der Brust zu isolieren. Neuere Arbeiten berichten, dass eine Population von Zellen aus Muttermilch die Fähigkeit zur Differenzierung und Proliferation in Brustzelllinien besitzt. Unser Fokus liegt daher auf diesen Zellen. Momentan Etablieren und Optimieren wir Versuche für dieses Projekt.

V. Mitotische Kinasen in der Onkogenese

Unsere Arbeitsgruppe beschäftigt sich bereits seit mehreren Jahren mit der Aufklärung der Funktionen von mitotischen Kinasen in der Onkogenese. Im Besonderen Fokus stehen die Hauptkinasen der Mitose: Polo-like Kinase 1 (Plk1) und Cyclin-abhängige Kinase 1 (Cdk1), ihre Interaktionspartner, die Effekte die ihre Deregulation auf Tumorzellen ausüben sowie der Einsatz von niedermolekularen Inhibitoren gegen diese.

Die Überexpression von Plk1 korreliert mit der Invasivität von Tumorzellen in zahlreichen Karzinomen, ihrer Metastasierungsfähigkeit und einer schlechteren Prognose für die betroffenen Patienten. Plk1 wurde weithin als ein vielversprechendes Ziel in der molekularen onkologischen Therapie etabliert. Im Gegensatz zur hoch konservierten Kinase Domäne, für die bereits Inhibitoren bekannt sind, ist die Polo-Box Domäne (PBD) von Plk1 einzigartig. In Zusammenarbeit mit Dr. Berg wurde von unserer Arbeitsgruppe das Naturproduktderivat Poloxin identifiziert und analysiert. Poloxin inhibiert die Proliferation von Tumorzellen und unterdrückt deren Wachstum in Xenograft-Mausmodellen.

In den folgenden aktuell laufenden Projekten beschäftigen wir uns mit mitotischen Kinasen in der Onkogenese:
1. Die Rolle von p53 bei der Wirkung von Plk1 Inhibitoren wie Poloxin (Abb. 4).
2. Die Funktion des Cyclin-abhängigen Kinaseinhibitors (CKI) p21 in der Mitose (Abb. 5).

3. Die Regulation der Kinesine und Mikrotubuli-assoziierten Proteine (MAPs) durch mitotische Kinasen (Abb. 6).

Abbildung 4: Immunfluoreszenzfärbung: Plk1 Inhibitor BI 6727 induziert multipolare Spindel und Zytokinese Defekt.

Abbildung 5: Lebender Zellen: Verlängerte Mitose in Abwesenheit des Cyclin-abhängige Kinase Inhibitor

Abbildung 6: Konfokalen Mikroskopie: phänotypische Analyse von Wildtyp-Kinesin und Mutante.

Aktuelle Publikation:

 

1.Louwen F, Ritter A, Kreis NN, Yuan J.Insight into the development of obesity: functional alterations of adipose-derived mesenchymal stem cells. Obes Rev. 2018 Mar 8. doi: 10.1111/obr.12679. PMID: 29521029

 2.Ritter A, Friemel A, Kreis NN, Hoock SC, Roth S, Kielland-Kaisen U, Brüggmann D, Solbach C, Louwen F, Yuan J. Primary Cilia Are Dysfunctional in Obese Adipose-Derived Mesenchymal Stem Cells. Stem Cell Reports. 2018 Feb 13;10(2):583-599.  doi: 10.1016/j.stemcr.2017.12.022.  PMID: 29396182

 3.Rödel F, Steinhäuser K, Kreis NN, Friemel A, Martin D, Wieland U, Rave-Fränk M, Balermpas P, Fokas E, Louwen F, Rödel C, Yuan J. Prognostic impact of RITA expression in patients with analsqamous cell carcinoma treated with chemoradiotherapy. Radiother Oncol. 2018 Feb;126(2):214-221.  doi: 10.1016/j.radonc.2017.10.028 PMID:29122359

 4.Jasmer B, Muschol-Steinmetz C, Kreis NN, Friemel A, Kielland-Kaisen U, Brüggmann D, Jennewein L, Allert R, Solbach C, Yuan J, Louwen F. Involvment of the oncogene B-cell lymphoma