Teil- und Zentralprojekte der KFO5002

Informationen und Ansprechpartner

CP1: Translational platform for PDAC models and drug response validation

Zielsetzung des Zentralprojekts 1 (CP1) ist die Generierung und molekulare Charakterisierung präklinischer PDAC-Modelle, die allen Mitgliedern der Forschungsgruppe für translationale Studien zur Verfügung stehen. CP1 nutzt PDAC-Material von Patienten des Molekularen Pankreasprogramms (MolPAC) der UMG, um eine translationale Plattform aus Patient-Derived Xenograft (PDX)-, Organoid- und Primärzellmodellen zu etablieren. Für die molekulare Subtypisierung von PDAC-Primärgewebe und -Modellen kombinieren wir RNA-seq-basierte Transkriptomanalysen mit Multigen-Panel-Sequenzierung und immunhistochemischen Studien. 

Darüber hinaus etabliert CP1 eine in vitro Therapievalidierungsplattform für die zentrale und standardisierte Testung Subtypen-spezifischer Vulnerabilitäten im PDAC. Wir erhoffen uns von der Plattform nicht nur Evidenz bezüglich vielversprechender und Subtypen-abhängiger Behandlungskombinationen, die in SP1-7 untersucht werden können. Die in vitro Plattform dient zudem der Vorbereitung einer klinischen Studie, die in der 2. Förderphase der KFO 5002 die Effizienz des Targetings von Genomdynamikalterationen für die Subtypen-spezifischen Therapie des PDAC untersuchen soll.

Generierung und molekulare Charakterisierung translationaler PDAC-Modelle: PDAC-Gewebe von MolPAC-Patienten wird für die Generierung präklinischer Modelle verwendet. Nach der Expansion und molekularen Subtypisierung der Modelle stehen diese SP1-7 für mechanistische, funktionelle und therapeutische Studien zur Verfügung. CP2 unterstützt CP1 mit der Datenanalyse und -integration und etabliert Plattformen für Datenspeicherung und -austausch.
Workflow der in vitro Therapievalidierungsplattform: Wir bestimmen den ATP-Gehalt von PDAC-Zellen und führen automatisierte Lichtmikroskopie (Celigo Zytometer) sowie γH2AX- und TUNEL-Färbungen durch, um die Zellviabilität, Zellproliferation sowie DNA-Schaden und Zelltod von PDAC-Zellen zu untersuchen.

PIs:
Elisabeth Heßmann, Klinik für Gastroenterologie, gastrointestinale Onkologie und Endokrinologie
Matthias Dobbelstein, Institut für Molekulare Onkologie
Jochen Gaedcke, Klinik für Allgemein-, Viszeral- und Kinderchirurgie
Silke Kaulfuß & Prof. Dr. Bernd Wollnik, Institut für Humangenetik
Philipp Ströbel, Institut für Pathologie

Team:

Jennifer Appelhans (Institut für Pathologie)
Mark-Sebastian Bösherz (Institut für Pathologie)
Christin Kellner (AG Heßmann)
Waltraut Kopp (AG Heßmann)
Anna Magerhans (AG Dobbelstein)
Sercan Mercan (AG Ellenrieder)

Weitere Informationen über die AG Heßmann, das Institut für Molekulare Onkologie und das Institut für Humangenetik finden Sie auf den jeweiligen Webseiten.

CP2: Biomedical Informatics Support Platform (BISP)

Im Rahmen der KFO 5002 ist die Biomedical Informatics Support Platform (BISP) von CP2 für die Bereitstellung von IT-Strukturen, bioinformatischen Methoden und Pipelines zur Speicherung, Analyse und Integration der zahlreichen in SP1-7 und CP1 generierten phänotypischen, genomischen und funktionalen Daten verantwortlich. Darüber hinaus werden die Daten der KFO im Rahmen der im MolPAC-Programm gesammelten, umfassenden klinischen Parameter zusammengeführt und analysiert. In diesem Zentral-Projekt werden Next-Generation-Sequencing-Studien und Transkriptomanalysen auf einer zentralen Plattform für alle im gesamten Konsortium erforderlichen Genomanalysen sowie für in CP1 etablierte translationale PDAC-Modelle durchgeführt. CP2 bietet allen wissenschaftlichen Teilprojekten statistische Beratung für die sinnvolle Planung und Durchführung ihrer genomischen Experimente an. CP2 ist verantwortlich für die Durchführung umfassender bioinformatischer Analysen und die qualifizierte Interpretation genomischer Daten. CP2 integriert die in der KFO 5002 gesammelten molekularen Subtypisierungsdaten mit veröffentlichten Daten der PDAC-Subtypisierung und unterstützt CP1 beim Vergleich von PDAC-PDX-Modellen und Organoiden hinsichtlich der Konsistenz der molekularen Subtypen in diesen Modellen.

1. Beratung zum geplanten NGS-experiment 2. Proben werden in SEEK eingestellt und ein erster sample QC report wird generiert. 3. NGS-Libraries werden gemäß für die KFO 5002 definierten SOPs durchgeführt und ein zweiter library QC report erstellt. 4. Proben werden auf der Illumina Plattform gemäß KFO-Standards, sequenziert. 5. Eine Vorverarbeitung der Daten wird mithilfe von bcl2fastq durchgeführt, einschließlich demultiplexing und trimming. Ein dritter data QC wird erstellt und in SEEK abgelegt. 6. Die entstandenen Daten und Reports werden auf der Plattform SEEK den Mitgliedern der KFO 5002 zur Verfügung gestellt. 7. Unterstützung bei der Analyse der NGS-Daten.

PIs:     

Tim Beißbarth, Abteilung für Bioinformatik, UMG
Gabriela Salinas, NGS - Integrative Genomics Core Unit (NIG), UMG
Ulrich Sax, Institut für Medizinische Infromatik, UMG

Mitarbeiter*innen:

Christian Bauer (AG Sax)
Theresa Bender (AG Sax)
Karly Conrads (AG Beißbarth)
Jaqueline Fink (AG Salinas)
Martin Haubrock (AG Beißbarth)
Fabian Ludewig (AG Salinas)
Susanne Luthin (AG Salinas)
Malte Sahrhage (AG Beißbarth)

Weitere Informationen zur Translationalen Verbundforschung, zum Department of Medical Bioinformatics und zur NGS - Integrative Genomics Core Unit (NIG) finden Sie auf den jeweiligen Webseiten.

SP1: Characterizing genome dynamics in ARID1A-deficient PDAC subtypes

In 38 Prozent aller Pankreaskarzinome (PDAC) finden sich genetische Veränderungen Chromatin-regulierender Proteine. Dies betrifft vor allem Untereinheiten des SWItch/Sucrose Non-Fermentable (SWI/SNF)-Multiproteinkomplexes. Aufgrund der hohen Frequenz inaktivierender Mutationen des Chromatin Remodeling Komplexes in diversen Tumorentitäten gelten Mitglieder des SWI/SNF-Komplexes als wichtige Tumorsuppressorgene. AT-rich Interactive Domain-containing protein 1A (ARID1A) ist die am häufigsten mutierte Untereinheit des SWI/SNF Komplexes im PDAC. Der Verlust der ARID1A Expression im PDAC geht mit einem aggressiven Tumorphänotyp und einer schlechten Prognose einher. Darüber hinaus hat der ARID1A-Status in vielen Tumorentitäten Therapie-prädiktive Bedeutung und deutet auf eine erhöhte Tumorvulnerabilität gegenüber PI3K/AKT-, ATR-, PARP- HDAC- oder EZH2-Inhibition hin. Dahingegen ist die Bedeutung des ARID1A-Status für die Therapie des Pankreaskarzinoms allerdings weitestgehend unbekannt. Die Zielsetzung von SP1 ist es, unter Nutzung der strukturellen Ressourcen, der Modelle und der breiten wissenschaftlichen Expertise der KFO 5002 die Mechanismen und die funktionelle Bedeutung von Veränderungen der Genomdynamik in ARID1A-defizienten PDAC Subtypen zu verstehen. Weiterhin evaluieren wir das therapeutische Potential der Inhibition dieser Genomdynamikveränderungen im ARID1A-defizienten PDAC und eruieren somit die Bedeutung des ARID1A-Status in der Stratifizierungs-basierten Therapie des Pankreaskarzinoms. 

PI: Elisabeth Heßmann, Klinik für Gastroenterologie, gastrointestinale Onkologie und Endokrinologie, UMG
Mitarbeiterin: Zhe Zhang (AG Heßmann)

Weitere Informationen zur AG Heßmann finden Sie hier.

SP2: Exploiting oncogenic transcription factor complexes in misp53 PDAC subtypes

Die ausgeprägte Aggressivität und Chemoresistenz des PDAC werden zu einem signifikanten Anteil  durch die vielfältigen genomischen Veränderungen hervorgerufen, die während der Entstehung und Progression des PDAC akkumulieren. Mehr als 75% aller Pankreaskarzinome weisen genetische Veränderungen im Tumorsuppressorgen TP53 auf, wobei speziell missense TP53 Mutationen gehäuft in hochgradig metastasierenden Pankreaskarzinomen vorkommen. Ob und welche missense TP53 Mutationen zu einer schlechten Prognose und zu einem verminderten Therapieansprechen beitragen, ist nicht vollständig geklärt. SP2 untersucht daher die am häufigsten vorkommenden missense TP53 Mutationen im PDAC hinsichtlich ihrer funktionellen Konsequenzen im Pankreaskarzinom sowie deren spezifische Rolle in der stratifizierungsbasierten Therapie des PDAC.  

PIs:
Ramona Schulz-Heddergott, Institut für Molekulare Onkologie, UMG
Shiv K. Singh, Klinik für Gastroentreologie, gastrointestinale Onkologie und Endokrinologie, UMG

Mitarbeiterinnen:
Tamara Isermann (AG Schulz-Heddergott)
Laura Urbach (AG Singh)
 

Weitere Informationen zur Schulz-Heddergott Group und zur AG Singh finden Sie auf den jeweiligen Webseiten.

SP3: Epigenetic regulation and therapeutic targeting of PDAC subtypes with aberrant drug metabolism

Das duktale Pankreaskarzinom (PDAC) ist durch eine ausgeprägte Resistenz gegenüber herkömmlichen Chemotherapien charakterisiert. Trotz intensiver klinischer und präklinischer Forschungsaktivitäten sind die Mechanismen der Therapieresistenz weitgehend unbekannt. Insbesondere die Diskrepanz zwischen dem guten Therapieansprechen von Medikamenten in Tumorzelllinien, und dem häufig fast völlig fehlenden Ansprechen in Patienten ist charakteristisch für das Pankreaskarzinom. Zum Beispiel tötet das Chemotherapeutikum Gemzitabin sehr effektiv Pankreaskarzinomzelllinien ab, hat bei Patienten jedoch keine lebensverlängernde Wirkung. Möglicherweise spielen hier wichtige Enzyme wie NT5C1A und CDA eine Rolle, die für den Abbau von Krebsmedikamenten wie Gemcitabin verantwortlich sind und von Tumorzellen stark exprimiert werden. Diese Enzyme sind wahrscheinlich in bestimmten Subgruppen von Patienten besonders stark exprimiert und könnten daher als therapeutische Zielstruktur dienen. Experimentelle Daten aus unserer Arbeitsgruppe haben uns zu der Hypothese geführt, dass diese Enzyme durch epigenetische Mechanismen reguliert werden und mit bestimmten bereits definierten molekularen Subgruppen des Pankreaskarzinoms korrelieren. Die Kenntnis dieser Mechanismen könnte zur gezielten therapeutischen Manipulation in Kombination mit ausgewählten Krebsmedikamenten beitragen. In SP3 analysieren wir gemeinsam im Verbund der KFO5002 diese epigenetische Mechanismen der Therapieresistenz im Pankreaskarzinom und evaluieren innovative Kombinationstherapien in verschiedenen in vitro und in vivo Therapieplattformen.

PI: Albrecht Neeße, Klinik für Gastroentreologie, gastrointestinale Onkologie und Endokrinologie, UMG

Team:
Christoph Ammer-Herrmenau (AG Neeße)
Nina Pfisterer (AG Neeße)

Weitere Informationen zur AG Neeße finden Sie hier.

SP4: GSK3βhigh subtype-specific DNA repair mechanisms and resistance in PDAC

GSK3β ist eine multifunktionelle Serin/Threonin - Kinase, die aufgrund ihrer breiten Substratspezifität an zahlreichen zellulären Prozessen wie z.B. Glukosestoffwechsel, Proliferation und Stammzellidentität beteiligt ist. Änderungen in der Expression, Lokalisation und auch der Aktivität von GSK3β stehen im Zusammenhang mit unterschiedlichen Krankheitsbildern (z.B. Typ-2-Diabetes mellitus, Alzheimer und Krebs). Dabei kann GSK3β in Tumorerkrankungen je nach zellulärem und molekularem Kontext sowohl tumorsuppressive als auch onkogene Funktionen ausüben. Neben der bereits gut beschriebenen Funktion von GSK3β als Tumorsuppressor, gibt es eine Vielzahl von  onkogenen Aktivitäten in unterschiedlichen epithelialen sowohl auch nichtepithelialen Malignitäten  (wie z.B. Leukämie oder dem Glioblastom). Hierbei fördert die Aktivierung von GSK3β eine Vielzahl von Prozessen welche zum Tumorwachstum, Metastasierung, als auch zur Chemoresistenz führen. Insbesondere konnten unsere als auch andere Arbeitsgruppen, die wichtigen onkogenen Eigenschaften der GSK3β-Signalaktivierung im Pankreaskarzinom (PDAC) zeigen, wo sie insbesondere einen schlecht differenzierten und hochaggressiven Phänotyp begünstigt. Innerhalb von SP4 möchten wir die vielfachen Funktionen von GSK3β in PDAC besser verstehen, wobei der Fokus auf der Beteiligung an DNA-Reparaturmechanismen liegt. Dabei ist von zusätzlichem Interesse, wie verschiedene epigenetische Veränderungen dessen Wirkung beeinflussen und als Prädiktor für die Effizienz der GSK3β-Hemmung in der PDAC-Therapie dienen können. Die KFO5002 liefert mit ihren unterschiedlichen Modellen  hierfür die nötige Plattform um im Präklinischen Kontext das Potential der GSK3β-Hemmung in der Stratifizierung von Patienten zu evaluieren.

PI:  Volker Ellenrieder, Klinik für Gastroentreologie, gastrointestinale Onkologie und Endokrinologie, UMG

Team: Geske Schmidt (AG Ellenrieder)

Weitere Informationen zur AG Ellenrieder finden Sie hier.

SP5: Metabolic impact on chromatin topology in subpopulation-derived PDAC organoids

Ein Merkmal sowohl der Tumorentstehung als auch des Fortschreitens von Krebs ist die metabolische Reprogrammierung von Krebszellen im Vergleich zu gesunden Zellen. Das Interesse an der Bekämpfung von metabolischen Krebsmerkmalen ist in letzter Zeit gestiegen. Insbesondere in Bezug auf das PDAC wurde festgestellt, dass die TCGA (The Cancer Genome Atlas)-Klassifizierung von PDACs gut mit bestimmten Stoffwechselzuständen übereinstimmt. PDAC-Tumoren des klassischen Suptyps beruhen hauptsächlich auf einem lipogenen Metabolismus, während die aggressiveren Plattenepithelialen/mesenchymalen PDACs überwiegend auf die Glykolyse zurückgreifen, wobei die beiden Subtypen auch bemerkenswerte Unterschiede in der Glukose- und Glutaminverwertung sowie in der Mitochondrienfunktion aufweisen. Diese Unterschiede deuten auf eine unterschiedliche Empfindlichkeit von PDACs gegenüber Inhibitoren hin, die auf Glykolyse, Glutaminstoffwechsel, Lipidsynthese oder Redoxbilanz abzielen. Diese Übereinstimmung zwischen PDAC-Subtypen und Stoffwechselzuständen wird noch relevanter, wenn man bedenkt, dass bestimmte Stoffwechselwege die globalen Methylierungs- und Acetylierungsniveaus von Chromatin direkt beeinflussen und somit zur dramatischen Dysregulation epigenetischer Profile in Tumoren beitragen können. Genau diesen Zusammenhang wird der SP5 untersuchen: Durch die Kombination von Studien zur räumlichen Genomorganisation, zur cis-Element Darstellung und zu Einzelzell Transkriptomanalysen in humanen PDAC-Organoiden wollen wir regulatorische Regelmechanismen aufdecken, die für therapeutische Interventionen zugänglich sind.

PIs:
Lena Conradi, Klinik für Allgemein, Viszeral- und Kinderchirurgie, UMG
Argyris Papantonis,  Institut für Pathologie, UMG

Mitarbeiter:

Adi Mackay (AG Papantonis)
Teona Midelashvili (AG Conradi)
Tiago De Oliveira (AG Conradi)

Weitere Informationen zur AG Papantonis und zur AG Conradi finden Sie auf den jeweiligen Webseiten.

SP6: Understanding TGFβ driven mitotic errors and chromosomal instability in SMAD4-deficient PDAC subtypes

Eine chromosomale Instabilität, die ganze Chromosomen betrifft (W-CIN) ist ein Hauptkennzeichen von Krebszellen. W-CIN ist definiert als eine erhöhte Rate an Chromosomen-Fehlverteilungen während der Mitose, die zu sich weiter entwickelnden Aneuploidien führt. Durch die kontinuierliche Veränderung der genetischen Ausstattung der Krebszellen kann W-CIN zur klonalen Evolution von Tumoren, zur Tumorprogression und zur Entwicklung von Therapie-Resistenzen beitragen. SP 6 fokussiert auf die Rolle von TGFβ Signalwegen, die für die Induktion von W-CIN in PDAC relevant sein könnten. Insbesondere verfolgen wir die Hypothese, dass bestimmte PDAC Subgruppen mit aktiven TGFβ Signalwegen und gleichzeitiger SMAD4 Defizienz für W-CIN prädisponiert sind und damit bevorzugt eine aggressive Tumorprogression und Therapie-Resistenzen zeigen. SP 6 hat das Ziel, erstmals PDAC Subtypen auf Basis von W-CIN und Aneuploidie zu definieren.  Wir werden die mitotischen Defekte und die molekularen Mechanismen, die zu W-CIN beitragen, systematisch in PDAC Zelllinien und in PDAC PDX-Zellen analysieren. Durch experimentelle Modulationen von TGFβ Signalwegen wollen wir PDAC Zellsysteme etablieren, die eine Suppression von W-CIN ermöglichen. Dadurch kann gezielt die Rolle von TGFβ Signalwegen und von SMAD4 für die W-CIN Induktion, die Tumorprogression und für die Erzeugung von Therapieresistenzen untersucht werden.

PI: Holger Bastians, Institut für Molekulare Onkologie, Sektion Zelluläre Onkologie, UMG

Mitarbeiter:
Simran Kaur (AG Bastians)
Atmika Paul (AG Bastians)

Weitere Informationen zur Bastians Group finden Sie hier.

SP7: Exploiting subtype-specific HSP90 targeting for sensitization of PDAC cells towards platinum-based therapy

Die Chemotherapie des Pankreaskarzinoms beinhaltet häufig Cisplatin, ein Medikament, das DNA kreuzvernetzt. Wenn Krebszellen solche Vernetzungen nicht reparieren können, sterben sie häufig ab, was zum Rückgang des Tumors führt. Eine effiziente Reparatur von Cisplatin-vermittelten DNA-Läsionen führt jedoch zu einer Resistenz gegen Krebszellen und zu weiterem Tumorwachstum. Um die Wirksamkeit von Cisplatin zu verbessern, kombinieren wir es mit zusätzlichen Arzneimitteln, die Hitzeschockproteine ​​als Targets haben. Solche Hitzeschockproteine ​​helfen, Proteine ​​kurz nach ihrer Synthese in der Zelle zu formen. Eine Klasse von Proteinen, die in besonders hohem Maße von Hitzeschockproteinen abhängt, umfasst die Reparaturmaschinerie für DNA-Vernetzungen, den so genannten Fanconi-Anämie-Pathway. Das Targeting von Hitzeschockproteinen mit HSP90-Antagonisten führt somit zum Abbau von Fanconi-Anämie-Proteinen und nimmt der Zelle die Fähigkeit, Cisplatin-induzierte DNA-Läsionen zu reparieren. Infolgedessen reagieren Krebszellen stärker auf Cisplatin. Die Reaktion auf solche Arzneimittelkombinationen variiert jedoch zwischen einzelnen Tumorzellen, und wir versuchen derzeit, die genetischen Merkmale herauszufinden, die ihre Empfindlichkeit determinieren. Langfristig hoffen wir, solche therapeutischen Kombinationen für die Patientenversorgung zu verbessern und zusätzliche Zielstrukturen für eine verbesserte therapeutische Wirksamkeit zu finden.

PI: Matthias Dobbelstein, Institut für Molekulare Onkologie 

Mitarbeiterin: Katharina Ewers (AG Dobbelstein)


Weitere Informationen zum Institut für Molekulare Onkologie finden Sie hier.

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