Glioblastome gehören zu den häufigsten und gleichzeitig aggressivsten Hirntumoren. Ein wesentlicher Grund für diese schlechte Prognose ist das invasive Wachstum der Tumorzellen, die das umliegende Hirngewebe weitläufig infiltrieren. Dabei halten Tumorzellen dem mit der fortgesetzten Proliferation einhergehendem Stress mit Hilfe einer besonderen Stoffwechselreaktion stand - der "Ungefaltete Proteinantwort" (Unfolded Protein Response, UPR).Die Manipulation dieser Reaktion sollte großes therapeutisches Potential besitzen. Die Invasion des gesunden Hirngewebes erfolgt hauptsächlich entlang von Myelinbahnen. Das invasive Wachstum der Gliomzellen wird zu einem großen Teil durch sekretierte proinvasive Proteine ermöglicht. Diese sekretierten Proteine unterliegen sehr oft der Regulation durch die UPR. In diesem Projekt werden in zu etablierenden Glioma-Zelllinien Kandidaten-Proteine identifiziert, die dieser therapie- und matrixabhängien Re-Programmierung der Translation unterliegen.   Die zusammen mit den anderen Teilprojekten identifizierten Kandidaten-Proteine werden in vitro, ex vivo und schließlich in transgenen Hirntumormausmodellen eingehend charakterisiert und moduliert, um invasives Wachstum und Therapieresistenz zu inhibieren. Dazu werden syngene Gliom-Mausmodelle generiert, in welchen das Invasionsverhalten auf Einzelzellniveau mittels Lichtscheibenmikroskopie dargestellt wird. Dieses Verfahren ermöglicht neben einer qualitativen anatomischen auch eine hoch quantitative Analyse der Tumorzellinvasion im Gehirn. Neben transgener Modulation der identifizierten Kandidaten können in diesem Modellsystem auch ausgewählte Pharmaka hinsichtlich Ihrer Wirkung auf das Invasionsverhalten studiert werden.

Therapieverbesserungen bei Gehirntumoren sind das Ziel des Verbundes. Glioblastome, aber auch diffuse Gliome sind durch ein sehr infiltratives Wachstumsmuster charakterisiert. Therapeutisch stellen die migrierenden Tumorzellen die größte Herausforderung dar, da die in das angrenzende Hirngewebe eingewanderten Zellen den Ursprung von Tumorrezidiven darstellen.  Man geht davon aus, dass infiltrierende Tumorzellen Ähnlichkeit mit den während der Embryonalentwicklung entlang von Myelinbahnen und Gefäßen migrierenden Stamm- und Vorläuferzellen aufweisen. Auch im adulten Gehirn zeigen neurale Stamm- und Vorläuferzellen eine Migration aus der subventrikulären Zone hin zu traumatisierten Gehirnarealen. Insgesamt sind die Signalwege, die der Migration in diesem Zusammenhang zugrunde liegen, nur wenig charakterisiert. Molekularbiologisch sind diffuse Gliome der WHO-Grade II und III vor allem durch Mutationen in den IDH1- und IDH2- sowie im TP53-Gen charakterisiert, während Glioblastome (WHO-Grad IV) eine aberrante Aktivierung des Pten/Pi3K/PKB-Signalweges aufweisen die oft auf Mutationen im PTEN-Gen beruht. Es sollen die Auswirkungen dieser Mutationen auf das Migrationsverhalten und die Stressantwort des Endoplasmatischen Retikulums (ungefaltete Protein Antwort, UPR) in murinen neuralen Vorläuferzellen sowie in humanen Gliomen untersucht werden. Folgende Fragen sollen beantwortet werden: 1. Unterscheiden sich migrierende von nicht-migrierenden neuralen Vorläuferzellen in ihrem transkriptionellen, translationalen und proteinbiochemischen Profil?  2. Welche Teile der UPR sind während der Migration dieser Zellen aktiv? 3. Wie können diese Differenzen für therapeutische Zwecke im Einsatz gegen migrierende Gliomzellen genutzt werden?  Zur Beantwortung dieser Fragen werden verschiedene Mausmodelle sowie primäres humanes Gliomgewebe verwendet. Methodisch werden sowohl zellbiologische, molekularbiologische, biochemische und immunhistochemische Methoden zum Einsatz kommen.

Ziel des Verbundes und des Vorhabens ist die verbesserte Therapie von aggressiven Gehirntumoren - Gliomen. Das schnelle und infiltrative Wachstum dieser Gliome ist eng verknüpft mit einer nicht ausreichenden Vaskularisierung und zellulärem Stress. Jener bewirkt das Anschalten des Signaltransduktionsweges -der ungefalteten Protein-Antwort-, welcher ein typisches Zeichen für viele aggressive Krebsarten ist. Dieser Signaltransduktionsweg kann als Überlebensmechanismus der Tumorzellen in einer sich schnell ändernden Mikroumgebung betrachtet werden. Die Mechanismen, die diese komplexe Anpassung unter Stress steuern, sind nicht klar. Deswegen soll mit proteomischen Methoden geklärt werden, bis zu welchem Aktivierungsgrad dieser Signaltransduktionsweg das Zellüberleben fördert beziehungsweise den Zelltod induziert. Die Manipulation dieser Reaktion sollte großes therapeutisches Potential besitzen. Modul 1: Untersuchung der Signaltransduktionswege in Referenzsystemen (Mausfibroblasten und menschlichen Nierenzellen). Diese werden durch Tunicamycin aktiviert und über quantitative Proteomanalyse mit Kontrollzellen und Zellen unter Nährstoffmangel verglichen. Danach werden ähnliche Experimente mit Glia- und Glioblastomzellen durchgeführt. Die jeweilige Proteinzusammensetzung der Zellen wird mit hochauflösender Massenspektrometrie quantitativ analysiert. Die Daten werden anschließend ausgewertet und statistisch aufgearbeitet, um sich verändernde Regulatoren zu identifizieren und eine Bibliothek derselben anzulegen. Modul 2: Um die Bedeutung der Regulatoren für die Signaltransduktion zu validieren und aufzuklären, werden basierend auf der Bibliothek und den erhobenen Daten quantitative Verfahren mit Isotopen-markierten Standardpeptiden etabliert.

Glioblastome gehören zu den häufigsten und aggressivsten Hirntumoren. Ein wesentlicher Grund für diese schlechte Prognose ist das invasive Wachstum der Tumorzellen, die das umliegende Hirngewebe weitläufig infiltrieren. Dabei hilft den Zellen eine besondere Stoffwechselreaktion - die "Ungefaltete Proteinantwort" (Unfolded Protein Response, UPR). Diese ist Untersuchungsobjekt des Verbundes. Das Endoplasmatische Retikulum (ER) ist ein essentielles zelluläres Organell mit vielfältigen Aufgaben, dessen Beeinträchtigung zu einer schnellen Reaktion, der UPR führt. Diese hat das Ziel die ER-Funktion und die zelluläre Homöostase wiederherzustellen, oder, falls dies nicht möglich ist, den programmierten Zelltod auszulösen. Dazu werden mehrere Proteine aktiviert mit der Folge einer transkriptionellen und  translationalen Umprogrammierung der Zelle. Eine chronische Aktivierung der UPR kann bei einer Reihe von Krankheiten beobachtet werden, insbesondere in Tumoren. Dies hat häufig dramatische Folgen für die Therapie: trotz anhaltendem ER-Stress überleben Tumorzellen und die aktive UPR kann zu einer Chemoresistenz führen. Trotz der großen klinischen Relevanz fehlt jedoch ein detailliertes Verständnis dieses wichtigen Signalwegs. Ziel der Arbeit ist es, durch den Einsatz von ‚Ribosomal Profiling' quantitative und transkriptomweite Einblicke in die Reprogrammierung der zellulären Translation während der UPR in Gliomzellen zu gewinnen. Globale Analysen der Translation mittels ‚Ribosomal Profiling' werden durchgeführt. Die Daten werden analysiert und mittels Massenspektrometrie überprüft. Die Verwendung einer Reihe an unterschiedlichen Zelltypen erlaubt es, die speziell in Gliomen stattfindenden Veränderungen während der UPR quantitativ zu beschreiben. Basierend auf dieser Datengrundlage ist geplant, die molekularbiologische Wirkung des Chemotherapeutikums Bortezomib, einem bekannten Modulator der UPR mit breiter klinischer Anwendung, auf die Gliomzellen abzubilden.

Ziel des Verbundes und des Vorhabens ist die verbesserte Therapie von aggressiven Gehirntumoren - Gliomen. Die ungefaltete Proteinantwort ("Unfolded Protein Response" - UPR) ist ein an das Endoplasmatische Retikulum (ER) gekoppelter Schutzmechanismus der Zelle, dessen Fehlregulierung eine Eigenschaft zahlreicher Krankheiten ist. Insbesondere bei glialen Tumoren, die mit einem Anteil von 82% die größte Gruppe maligner Tumoren des zentralen Nervensystems darstellen, kann die UPR einen negativen Einfluss auf den Behandlungserfolg nehmen, da sich Therapie-Resistenzen ausbilden können, welche zum Überleben der entarteten Zellen führen. Ein grundlegendes Verständnis der beteiligten Signalwege und der durch Zell-Stress induzierten Reprogrammierung ist unumgänglich, um die zugrunde liegenden pathogenetischen Mechanismen aufzuklären und eine verbesserte Behandlung von Patienten zu ermöglichen. Es wird ein integrativer Ansatz verfolgt, der öffentlich verfügbare, und die in Kooperation mit den Projektpartnern/innen generierten Datensätze analysiert und mit transkriptom-weiten Änderungen unter modulierten therapeutischen Konditionen vergleicht. Als zentrale Informatik-Ressource ist es unser Ziel einen reibungslosen Betrieb von robusten Werkzeugen für die Projektdaten zu bieten, um einen einheitlichen Projektdatenbestand höchster Qualität sicherzustellen. Hierzu wird u.a. eine relationale Datenbank generiert und über ein SUPR-G Internetportal der wissenschaftlichen Gemeinschaft in standardisierter Form zugänglich gemacht. Durch Modellierung eines UPR- und ER-Stress Interaktionsnetzwerkes werden experimentelle Hypothesen generiert und der experimentellen Verifizierung zugeführt. Durch moderne gemeinschaftliche Kommunikationsmittel wird ein höchstmögliches Maß an effizienter wissenschaftlicher Interaktion ermöglicht.