Tumorzellen erhalten ihre Telomere und damit ihr unbegrenztes Proliferationspotential mit sehr unterschiedlichen Mechanismen. Durch die systemmedizinische Untersuchung des jeweils aktiven Telomererhaltungsmechanismus (TMM) ergeben sich neue Ansätze zur Patientenstratifizierung, zur Vorhersage der Therapieantwort sowie für therapeutische Intervention. Das DKFZ Teilprojekt analysiert die molekularen Details der Telomererhaltungsmechanismen (englisch telomere maintenance mechanism, TMM) und wie diese zur spezifischen Behandlung von Krebspatienten ausgenutzt werden können. Dafür haben wir mehrere zelluläre Modellsysteme und Methoden entwickelt, und in der ersten CancerTelSys-Förderperiode deren Anwendung mit primären Tumorproben bewertet. Dieser Ansatz wird nun für die systematische Analyse weiterer Tumorproben von kindlichen Glioblastomen und Prostatakrebs ezüglich informativer Eigenschaften ihres TMMs erweitert. Zu diesem Zweck werden Hochdurchsatzsequenzierungsdaten mit Mikroskopie-basierten Analysen in einen Systemmedizin-Ansatz zusammengeführt. Die Ergebnisse fließen in das im Konsortium entwickelte, Modell-basierte Klassifikationsschema ein, mit dem der aktive TMM in Patientenproben verlässlich und effizient identifiziert werden kann. Mithilfe weiterer klinischer Daten wird dann die TMM-Analyse als diagnostischer und prognostischer Marker, zur Patientenstratifizierung und zur Vorhersage der Therapieantwort angewendet.

Prostata- und Glioblastomtumoren sind schwerwiegende Volkskrankheiten, zu denen es bislang keine gute Therapie gibt. Genetische Veränderungen sind die treibenden Faktoren und können durch Sequenzierung erkannt werden. Im vorliegenden Projekt werden Sequenzierdaten von Prostata- und Glioblastomtumoren (GBM) sowie Zelllinien aus den anderen Subprojekten ausgewertet und mathematische Modelle dazu in einem iterativen Zyklus von Experimenten und Modellierung entwickelt. Drei Ziele werden dabei verfolgt: 1) Es wird eine Analyse-Pipeline entwickelt, mit der die Stratifizierung von Tumorentitäten in Untergruppen gemäß ihrer Telomerlängenerhaltung (TMM) unterstützt wird. Dies geschieht durch das Aufsetzen eines umfassenden Maschinenlern-Systems, das genetische, epigenetische, transkriptionelle und Bild-Daten aus den Analysen von GBM und Prostatakrebs beinhaltet. 2) Die zugrundeliegenden Mechanismen zur Identifizierung von Hauptmerkmalen und deregulierten Schritten der TMM in diesen Tumoren und ihren Untergruppen werden untersucht. Die Vorhersagen aus den Modellen werden in passenden zellulären Modellsystemen getestet. 3) Computer-simulierte Knockouts mit unseren Netzwerkmodellen der Genregulation werden für die verschiedenen TMM-Untergruppen durchgeführt.

Die Enden der Chromosomen (Telomere) dienen als "molekulare Lunte" für die Tei-lungsfähigkeit einer Zelle. Mit jeder Zellteilung werden die Telomere verkürzt, bis schließlich keine weitere Zellteilung mehr möglich ist. Tumorzellen entwickeln Me-chanismen zur Verlängerung der Telomere und können sich so unbegrenzt teilen. Das Verständnis dieser Mechanismen kann zur Entwicklung neuer Therapien führen durch welche die Telomerverlängerung unterbunden wird und die Tumorzellen schließlich sterben. Im CancerTelSys-Konsortium sind zahlreiche Proteine identifiziert worden die mit dem Prozess der Telomerverlängerung im Zusammenhang stehen. Es ist zu erwarten, dass einige dieser Proteine klinisch gesehen relevanter sind als andere. Das Teilprojekt des UKE steht unter der Hypothese, dass Veränderungen besonders relevanter Proteine auch mit besonders schweren Krankheitsverläufen einhergehen. Diese Hypothese soll an einem besonders häufigen Tumor, nämlich dem Prostatakarzinom, geprüft werden. Konkret wird die Expression der Telomer-Proteine an mehr als 17.000 Tumorproben gemessen und mit Parametern der Tumoraggressivität (Tumorstadium, Malignitätsgrad, Metastasierung, Rezidivneigung) vergleichen. Besonders relevante Telomer-Proteine sollten hierbei durch ihre Assoziation zur schlechten Patientenprognose auffallen. Sie bilden die Basis für 1) weitere funktionelle Analysen innerhalb des Konsortiums mit dem Ziel der Therapierbarkeit und 2) einen molekularen Klassifikator basierend auf der Expressionsmessung mehrerer Telomer-Proteine, um Patienten mit besonders schlechter Prognose zu identifizieren, die dann einer intensiven Therapie zugeführt werden können.

Telomere sind die Enden von Chromosomen und es ist bekannt, dass sie eine wichtige Rolle bei Krankheiten spielen können. Die sehr unterschiedlichen Mechanismen, mit denen Tumorzellen ihre Telomere und damit ihr unbegrenztes Proliferationspotential erhalten, eröffnen neue Ansätze zur Patientenstratifizierung, zur Vorhersage der Therapieantwort sowie für therapeutische Interventionen. Deshalb werden wir für pädiatrische Gliome und Prostatakrebs systematisch die wesentlichen Merkmale des jeweils aktiven Telomererhaltungsmechnimus (TMM) identifizieren. Aus diesen Daten werden eine TMM-Klassifizierung für ein optimiertes Analyseschema zur personlisierten Krebsdiagnose und Auswahl individueller Behandlungsmethoden bei Glioblastomen und Prostatakrebs entwickeln. Das CancerTelSys-Teilprojekt "Bildanalyse zytologischer TMM-Merkmale (SP2)" befasst sich mit der Entwicklung von Bildanalyseverfahren für mehrkanalige Mikroskopiebilder zur Bestimmung von Merkmalen, die für Telomer-Erhaltungsmechanismen relevant sind. Im Teilprojekt "Validierung und funktionelle TMM-Analyse" werden systematisch zelluläre Komponenten untersucht, welche in Tumorgewebe dazu führen, dass die Telomere an den Enden der Chromosomen erhalten oder wieder verlängert werden, was es diesen Zellen ermöglicht, sich praktisch unbegrenzt zu vermehren. Teilprojekt Technologieentwicklung zur TMM-Klassifizierung: Für die mikroskopische Untersuchung von Tumorgewebe benötigt man sowohl großflächige Aufnahmen des gesamten Gewebes als auch detaillierte 3D Informationen in ausgewählten Teilbereichen des Gewebes mit hoher Auflösung und mehreren Farben. Hierzu werden mehrere Mikroskopieverfahren miteinander kombiniert. Die bildbasierte Analyse wird weiterhin um zellbiologische Methoden erweitert, welche in der Lage sind, Biomarker zu erkennen und zu quantifizieren.

Telomere bilden die Enden der Chromosomen und bestehen aus TG-reichen repetitiven DNA-Abschnitten. Die Telomere verkürzen sich mit jeder Zellteilung. Erreichen die Telomere eine kritische Länge, kommt es zu einem Zellteilungstopp, der sogenannten Seneszenz, oder zum programmierten Zelltod, der Apoptose. Das Forschungskonsortium CancerTelSys untersucht aktive Mechanismen der Telomerlängenerhaltung (engl. telomere maintenance mechanism, TMMs) in Tumoren, um zu verstehen, wie Krebszellen Seneszenz und Apoptose entgehen und unbegrenztes proliferatives Potenzial erhalten. In dieser zweiten Förderphase wird in einem iterativen Zyklus aus experimentellen Untersuchungen und Modellierungsarbeit ein integratives Netzwerk von TMMs entwickelt, das zur Erstellung eines TMM-Analyseschemas zur verlässlichen und effizienten Identifizierung der aktiven TMMs in Tumorproben verwendet werden kann. Hierdurch werden die in der ersten Förderperiode entwickelten zellulären Modellsysteme und Methoden nun für die systematische Analyse des TMMs weiterer Tumorproben von kindlichen Glioblastomen und Prostatatumoren erweitert.