• Untersuchungen zur Funktion des PI3-Kinase/AKT/mTOR-Signalwegs in Karzinomen und zirkulierenden Tumorzellen (CTCs)
• Entwicklung von Kombinationstherapien mit AKT- und mTOR-Inhibitoren in präklinischen Studien beim hepatozellulären Karzinom, Cholangiokarzinom, Mammakarzinom und bei Kopf-Hals-Tumoren
• Identifizierung von molekularen Mechanismen, die zur Entstehung von Therapie-Resistenzen führen können
• Identifizierung von Biomarkern zur Vorhersage von rezidivierenden Lebermetastasen beim kolorektalen Karzinom
• Entwicklung von Mikro-Bioreaktoren (lab-on-a-chip) zur quantitativen Analyse von spezifischen Inhibitoren in 3D-Tumor-Kulturen (Tumoroide) (Kooperation mit Prof. Trieu, Institut für Mikrosystemtechnik, TU Hamburg-Harburg)
• Untersuchungen zur Funktion von SHIP1 als Tumorsuppressor in der Leukämogenese und als Onkogen in der Karzinogenese
• Strukturanalyse der Inositol-5-Phosphatase SHIP1 (Kooperation mit Frau Dr. Witt, CSSB/DE und Prof. Kirchmair, Zentrum für Bioinformatik, Universität Wien)

Der PI3K/AKT/mTOR Signalweg als mögliches molekulares Target in zirkulierenden Tumorzellen (Projektleitung: Dr. Daniel J. Smit und Prof. Dr. Manfred Jücker)

Zirkulierende Tumorzellen (CTCs) sind Zellen, die die Adhäsion an den Primärtumor verloren haben und im peripheren Blut zirkulieren. Aktuelle Veröffentlichungen deuten darauf hin, dass zirkulierende Tumorzellen die Initiatoren der Metastasierung sind und daher ein erwähnenswertes Ziel für neue therapeutische Strategien darstellen. Es hat sich gezeigt, dass der PI3K/AKT/mTOR-Signalweg in Tumorerkrankungen häufig konstitutiv aktiviert ist. Die Aktivierung des Signalweges führt zu gesteigerter Proliferation, Angiogenese, verminderter Apoptose, epithelialer-mesenchymaler Transition und einem erhöhtem Metastasierungspotenzial. In der Vergangenheit wurden viele mögliche Ziele für eine Hemmung innerhalb des Signalweges identifiziert, darunter auch die Schlüsselproteine AKT und mTOR.

In unserer jüngsten Publikation (Smit et al., 2020) analysierten wir in Zusammenarbeit mit den Arbeitsgruppen von Prof. Catherine Alix-Panabières (Laboratory of Rare Human Circulating Cells, Universitätsklinikum Montpellier) und Prof. Klaus Pantel (Institut für Tumorbiologie, Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf) die funktionelle Rolle des PI3K/AKT/mTOR-Signalweges in der zirkulierenden Tumorzelllinie 'CTC-MCC-41', die aus dem Blut eines Patienten mit kolorektalem Karzinom isoliert wurde. Mit Hilfe der Substanzen MK2206 und RAD001 konnten wir zeigen, dass die Zelllinie sensitiv für eine AKT- und mTOR-Inhibition im nanomolaren Bereich ist. Stabile Isoform-spezifische Knockdowns von AKT1 und AKT2 in der CTC-MCC-41 Zelllinie beeinträchtigten signifikant die Proliferation. Diese Daten zeigen, dass der PI3K/AKT/mTOR-Signalweg eine Schlüsselrolle für die Proliferation von CTC-MCC-41-Zellen spielt, und legen nahe, dass die spezifische Hemmung dieses Signalweges bei CTCs ein vielversprechender Ansatz zur Hemmung der Metastasierung sein könnte.

Aktuelle ausgewählte Publikationen:

Smit, D.J.; Pantel, K.; Jücker, M. Circulating tumor cells as a promising target for individualized drug susceptibility tests in cancer therapy. Biochemical Pharmacology 2021, 188, 114589, doi: 10.1016/j.bcp.2021.114589.

Smit, D. J., Cayrefourcq, L., Haider, M.-T., Hinz, N., Pantel, K., Alix-Panabières, C., Jücker, M. High Sensitivity of Circulating Tumor Cells Derived from a Colorectal Cancer Patient for Dual Inhibition with AKT and mTOR Inhibitors. Cells 2020, 9, 2129. doi: 10.3390/cells9092129.

Koch, C.; Kuske, A.; Joosse S. A.; Yigit, G.; Sflomos, G.; Thaler, S.; Smit, D.J.; Werner, S.; Borgmann, K.; Gärtner, S.; Mossahebi Mohammadi, P.; Battista, L.; Cayrefourcq, L.; Altmüller, J.; Salinas-Riester, G.; Raithatha, K.; Zibat, A.; Goy, Y.; Ott, L.; Bartkowiak, K.; Tan, T. Z.; Zhou, Q.; Speicher, M. R.; Müller, V.; Gorges, T. M.; Jücker, M.; Thiery, J.-P.; Brisken, C.; Riethdorf, S.; Alix-Panabières, C.; Pantel, K. Characterization of circulating breast cancer cells with tumorigenic and metastatic capacity. EMBO Mol. Med. 2020, 12, e11908. doi: 10.15252/emmm.201911908.

Isoformen-spezifische Wirkung von AKT auf die Knochenmetastasierung von Brustkrebs (Projektleitung: Prof. Dr. Manfred Jücker)

Brustkrebs ist der häufigste Tumor bei Frauen und die Knochenmetastasierung von Brustkrebs ist mit einer schlechten Prognose und einem geringeren Überleben assoziiert. AKT (Protein-Kinase B), spielt eine zentrale Rolle in der Regulation zellulärer Prozesse und hat wichtige Effekte auf die Knochenmetastasierung von Brustkrebs. AKT kommt in drei Isoformen (AKT1, AKT2 und AKT3) vor, welche teils unterschiedliche Effekte auf die Signaltransduktion in Krebszellen zeigen. Daher untersuchen wir die Rolle der AKT-Isoformen in Brustkrebszellen, wie z.B. auf Proliferation, Migration, Chemotaxis und Knochenmetastasierung im Mausversuch mit Hilfe eines stabilen Isoform-spezifischen Knockdown der AKT-Isoformen in knochenspezifischen Brustkrebssublinien. Unser Ziel ist weitere Erkenntnis über AKT-Isoform-spezifische Signaltransduktion in Knochenmetastasen zu bekommen und daraus mögliche klinische Ansätze für die Inhibition von AKT-Isoformen für Brustkrebs abzuleiten.

Aktuelle ausgewählte Publikationen:

Hinz, N.; Jücker, M. AKT in Bone Metastasis of Solid Tumors: A Comprehensive Review. Cancers (Basel) 2021, 13, 2287, doi:10.3390/cancers13102287.

Hinz, N.; Baranowsky, A.; Horn, M.; Kriegs, M.; Sibbertsen, F.; Smit, D.J.; Clezardin, P.; Lange, T.; Schinke, T.; Jücker, M. Knockdown of AKT3 Activates HER2 and DDR Kinases in Bone-Seeking Breast Cancer Cells, Promotes Metastasis In Vivo and Attenuates the TGFβ/CTGF Axis. Cells 2021, 10, 430, doi:10.3390/cells10020430.

Hinz, N.; Jücker, M. Distinct functions of AKT isoforms in breast cancer: a comprehensive review. Cell Commun Signal 2019, 17, 154, doi:10.1186/s12964-019-0450-3.

Untersuchungen von SHIP1 als Tumorsuppressor der Leukämogenese (Projektleitung Prof. Dr. Manfred Jücker)

Der PI3-Kinase/AKT-Signalweg ist bei ca. 50-70% der Patienten mit einer akuten myeloischen Leukämie (AML) konstitutiv aktiviert und vermittelt sowohl proliferationsfördernde als auch anti-apoptotische Signale. Die Inositol-5-Phosphatase SHIP1 ist ein negativer Regulator des PI3K/AKT Signalweges in hämatopoetischen Zellen (Helgason et al., 1998, Li et al., 1999). In unserer Arbeitsgruppe untersuchen wir die funktionelle Rolle von SHIP1 in der Leukämogenese.

Wir konnten zeigen, dass die Wiederherstellung der SHIP1-Expression in der humanen T-Zelllinie Jurkat zu verminderter Proliferation durch eine Verlängerung der G1 Phase des Zellzyklus führt (Horn, et al 2004) und dass die Vektor-vermittelte Überexpression von SHIP1 in CD34+-Zellen von AML-Patienten die Proliferation dieser Zellen in vitro reduziert (Metzner, et al 2009). In einem Xenograft-Mausmodell konnten wir zeigen, dass die Überexpression von SHIP1 in der humanen AML Zelllinie UKE-1 nach Transplantation in NSG-Mäuse zu einer Verlängerung der Überlebenszeit der Mäuse führt (Täger 2017).

Ein Kennzeichen von Tumorsuppressoren ist deren mutationsbedingte Inaktivierung in Zellen. Auch für das SHIP1-kodierende Gen INPP5D wurden verschiedene Mutationen in AML-Patienten gefunden. Unsere Arbeitsgruppe konnte zeigen, dass einige dieser SHIP1-Mutationen eine stark reduzierte enzymatische Aktivität haben und den PI3K/AKT-Signalweg nicht mehr negativ regulieren können (Brauer, et al 2012) wodurch auch ihre tumorsupprimierende Wirkung auf das Wachstum von humanen AML-Zellen im Xenograft-Mausmodell verloren geht (Täger et al 2017).

Als molekularen Mechanismus zur Inaktivierung von SHIP1 konnten wir nun eine Phosphorylierung von SHIP1 am Tyrosinrest 1021 durch Tyrosinkinasen der SRC-Familie identifizieren, die zum proteasomalen Abbau von SHIP1 und damit zu dessen Inaktivierung führen kann (Ehm et al., unveröffentlichte Daten).

In weiteren Studien mit einem induzierbaren Leukämie-Mausmodell soll nun durch Deletion von SHIP1 in multipotenten hämatopoetischen Stamm- und Vorläuferzellen die Rolle von SHIP1 als Tumorsuppressor bei der Initiation und Entwicklung der AML in vivo untersucht werden. Darüber hinaus planen wir die zu Grunde liegende Signalwege mittels Genexpressionsstudien zu identifizieren.

3R-Projekt (BMBF): Reduzierung von Tierversuchen in präklinischen Studien zur Untersuchung von Medikamenten für die individualisierte Krebstherapie durch in vitro-Versuche mit Tumor-Gewebekukturen (Tumoroide) (Projektleitung Prof. Dr. Manfred Jücker)

In dem vorliegenden Projekt soll im Hinblick auf eine mögliche Reduzierung von Tierversuchen durch eine vergleichende Analyse experimentell ermittelt werden, ob in vitro-Untersuchungen zur Wirkung von Hemmstoffen auf das Wachstum von primären Tumorzellen von Patienten mit kolorektalen Karzinomen (CRC) eine vergleichbare Aussage zu in vivo-Untersuchungen zur Wirkung der gleichen Hemmstoffe auf das Wachstum von primären Xenotransplantaten (PDX) in der Maus haben. Dazu werden die Primärtumore von Patienten mit synchron hepatisch metastasierten kolorektalen Karzinomen nach Aufklärung und schriftlicher Konsentierung sowie vorliegendem Ethikvotum analysiert. Als in vitro-Untersuchen sollen Proliferation, Vitalität, Apoptose, Migration, die Invasion sowie die 3D-Tumoroid-Bildung analysiert werden. Dies soll mit dem Wachstum der primären Tumorzellen nach subkutaner Transplantation in der Maus verglichen werden. Bei dem in diesem Projekt verwendeten Hemmstoff FOLFOX handelt es sich um eine Kombination aus den Substanzen 5-Fluoruracil, Folinsäure und Oxaliplatin, die beim Patienten i.v. verabreicht werden. Das sogenannte FOLFOX-Regime stellt die derzeitige Standard-Chemotherapie zur adjuvanten und palliativen Behandlung des CRC dar.

Die Ergebnisse zur Wirkung der FOLFOX-Therapie aus den in vitro-Assays werden dann mit deren Wirkung im Mausversuch verglichen. Sollte sich eine dieser in vitro-Methoden als gleichwertig zu den Mausversuchen herausstellen, so könnte diese Methode zukünftig als Ersatz zumindest für einen Teil der derzeitig durchgeführten Tierversuche verwendet werden, woraus eine Reduzierung von Mausversuchen resultieren würde.

Ausbildung:

- Projektstudien (MLS Studiengang)

- Bachelorarbeiten

- Masterarbeiten

- Doktorarbeiten (Dr. rer. nat., Dr. med., Dr. med. dent., Dr. rer. biol. hum., PhD)

- Hospitationen und Praktika