TraceMe
Entschlüsselung des Zusammenspiels von Tumorzellen und Neuronen in gastrointestinalen Primärtumoren und Metastasen mittels Trace'n'Seq
Koordinatoren:
• Andreas Trumpp, Stammzellen und Krebs, DKFZ
• Sebastian Schölch, DKFZ-Hector Nachwuchs-KKE Translationale Chirurgische Onkologie
Ausführliche Beschreibung
Andreas Trumpp, Sebastian Schölch
© dkfz.de
Ein histopathologisches Merkmal des duktalen Adenokarzinoms der Bauchspeicheldrüse (PDAC) und anderer maligner Erkrankungen einschließlich des kolorektalen Karzinoms (CRC) und des Weichteilsarkoms ist ein desmoplastisches Tumorstroma mit ausgeprägter Infiltration durch Nervenfasern. Das Ausmaß der neuronalen Infiltration korreliert direkt mit der Aggressivität des Tumors und den tumorbedingten Schmerzen der Patient:innen. Diese Erkenntnisse eröffnen zwar ein neues Gebiet der Krebsforschung, allerdings bleiben diese Prozesse aufgrund einer technischen Herausforderung schwer untersuchbar: Die Zellkörper (Somata) der den Tumor infiltrierenden Neuronen befinden sich nicht im Tumor selbst, sondern in den paravertebralen und präaortalen Ganglien des peripheren Nervensystems. Daher werden bei Expressionsanalysen einschließlich Einzelzell-RNAseq-Experimenten an Tumorgewebe die Neuronen ausgeblendet, da ihre Zellkörper (die den größten Teil der RNA enthalten) wenige Zentimeter vom eigentlichen Tumor entfernt sind. Um diese Lücke zu schließen, wurde eine neue Methode namens "Trace'n'Seq" entwickelt, die die Identifizierung von organ- oder tumorspezifischen Neuronen durch retrograde Fluoreszenzmarkierung in vivo ermöglicht. Auf diese Weise können einzelne tumor- oder das gesunde Gewebe infiltrierende Neuronen in Ganglien des peripheren Nervensystems für Einzelzell-Untersuchungen identifiziert und isoliert werden.
Die Anwendung von Trace'n'Seq auf PDAC-innervierende Neuronen der Maus zeigte gravierende transkriptionelle Veränderungen im Vergleich zu Neuronen, die gesundes Pankreasgewebe innervieren. Die Neuronen nehmen einen "Cancer Nerve State" an, der durch die Hochregulierung von tumortreibenden, immunmodulierenden und neuronalen Steuerungsfaktoren gekennzeichnet ist.
In diesem Forschungsprojekt soll (I) die Signatur des "Cancer Nerve State" in menschlichen, chirurgisch entnommenen Proben validiert und (II) die "Trace-n-Seq"-Technologie angewendet werden, um die regulatorischen Mechanismen für PDAC- und CRC-Metastasen in Lunge und Leber im Vergleich zu Leber- und Lungenprimärtumoren weiter zu entschlüsseln. Dafür werden bereits gut etablierte Mausmodelle verwendet. Außerdem ist es Ziel, (III) molekulare Veränderungen zu identifizieren, die spezifisch für Neuronen sind, die verschiedene Krebsarten innervieren, sowie gemeinsame Mechanismen offenzulegen, die Krebs fördern. Schließlich sollen (IV) die Mechanismen der krebsinduzierten neuronalen Umprogrammierung in vivo und in vitro therapeutisch unterbrochen und geeignete Kandidaten für eine auf die Tumormikroumgebung ausgerichtete Präzisionsmedizin definiert werden.
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Figure 1: three-dimensional (3D) innervation of tumors healthy colon and colorectal cancer). 3D-imaging of cleared specimen shows that healthy organs and derived tumors are innervated by a complex array neurons. Innervation vongesundem Gewebe und Tumoren. Die 3D-Bildgebung zeigt, dass das kolorektale Karzinom von einem komplexen Netzwerk aus Neuronen durchzogen ist.