Untersuchung molekularer Prozesse in Tumoren mit Hilfe massenspektrometrischer Methoden
Kraus, Olga - Universität Hamburg (2018)
Die steigende Anzahl an Krebsneuerkrankungen (ca. 14 Millionen weltweit in 2012 motivieren dazu, die molekularen Prozesse der Tumorgenese detaillierter zu verstehen und neue Konzepte sowie Ansätze zur Therapie voranzutreiben. In der Tumorgenese werden durch Akkumulationen von Mutationen normalen Gewebszellen stufenweise zu malignen Tumorzellen transformiert. Die Art und Wirksamkeit der Therapieansätze gegen Tumorzellen sind unterschiedlich und basieren auf der Heterogenität der Tumore sowie des heterogenen Wachstums. Ein einzelner Tumor besteht aus zahlreichen Zellpopulationen und diese zu erfassen, ist die größte Herausforderung in der Tumorforschung.
Zur Verdeutlichung der Tumorheterogenität wurde in dieser Arbeit MALDI Imaging (MSI) angewendet. Tumore gleichen Ursprungs konnten anhand von unterschiedlichen massenspektrometrischen Signalen voneinander unterschieden werden. Die Untersuchung der Pathogenese wurde mittels differentieller Proteomanalyse in HT29-Kolonkarzinomzellen, sowie nach Injektion der Zellen in Mäuse, in entstandenen Primär- und Sekundärtumoren (Metastasen) durchgeführt. Hierbei wurde die Zusammensetzung der Plasmamembran- und Oberflächenproteine sowie der zytosolischen Proteine analysiert. Plasmamembran- und Oberflächenproteine wurden zunächst über Filter Aided Sample Preparation (FASP) sowie über Kopplung mit Biotin angereichert und anschließend massenspektrometrisch untersucht. Zytosolische Proteine wurden vor der massenspektrometrischen Analyse über eine zweidimensionale Gelelektrophorese (2DE) aufgetrennt. Signifikante Mengenunterschiede zwischen den drei Tumor-Entwicklungsstadien (Zelllinie, Primärtumor, Metastase) wurden u.a. bei den Plasmamembran- und Oberflächenproteinen Protocadherin FAT1, Integrin beta-4, Basal Zelladhäsionsprotein und Annexin A2 sowie den zytosolischen Proteinen Pyruvatkinase, Aldehyddehydrogenase 2 und alpha-Enolase detektiert. Diese Proteine waren bei der biologischen Interpretation der generierten Daten besonders interessant im Hinblick auf die Intravasation der Tumorzellen durch Umstrukturierung der Extrazellulären Matrix (ECM).
Als ein potentieller Tumorstammzellenmarker ist das Protein CD133 bekannt. Im folgenden Experiment wurde daher durch Stilllegen (knockdown, kd) von CD133 der Einfluss dieses Proteins auf das Proteom der HT29-Kolonkarzinomzellen untersucht. CD133 soll für Tumorprogression, Proliferation und Chemoradiotherapieresistenz verantwortlich sein und es wird in Verbindung zur mitochondrialen Dysfunktion gebracht. Nach der Auswertung wurden daher insbesondere Proteine der oxidativen Phosphorylierung und der Glykolyse/Gluconeogenese biologisch interpretiert. Die Ergebnisse deuten auf eine Umfunktionierung dieser metabolischen Wege hin, die zu einer langsameren Proliferation, jedoch erhöhten Migration der Tumorzellen führen könnten.
Die Ergebnisse dieser Arbeit geben Hinweise auf mögliche neue Mechanismen des HT29-Kolonkarzinoms und legen den Grundstein für weiterführende Untersuchungen der vorgestellten Proteine, um das Wissen auf dem Gebiet der Tumorgenese und Progression auszubauen. Weiterführende Erkenntnisse der molekularen Prozesse können neue Diagnostikverfahren und neue Therapieansätze im Kampf gegen Krebs ermöglichen.