Institut für Biologische und Chemische Systeme - Funktionelle molekulare Systeme

Regulierung der Zellsignalisierung durch Zelladhäsionsmoleküle - Gruppe Orian-Rousseau

 

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Vom Labortisch zum Krankenbett – Interview mit Prof. Dr. Véronique Orian-Rousseau
https://ktur.eu/vom-labortisch-zum-krankenbett-interview-mit-prof-dr-veronique-orian-rousseau/

 

Überblick über die Forschung

Zelladhäsionsmoleküle (CAMs), die sich an der Zelloberfläche befinden, vermitteln Zell-Zell- und Zell-zu-extrazellulärer Matrix-Kontakte. Da sie eng mit Signalwegen verbunden sind, können sie als Reaktion auf die Mikroumgebung eine Signalübertragung induzieren. Ein solches CAM ist CD44, eine Familie von Transmembran-Glykoproteinen, die Proliferation, Differenzierung, Migration und Überleben vermittelt. Die Mitglieder der CD44-Familie unterscheiden sich in der extrazellulären Domäne, in der zehn variante Exons einem alternativen Spleißen unterworfen sind. 
Wir haben entdeckt, dass mehrere CD44-Isoformen als Co-Regulatoren verschiedener Signalwege wirken, darunter Rezeptor-Tyrosin-Kinasen wie MET, VEGFR-2, EGFR, G-Protein-gekoppelte Rezeptoren wie CXCR4 und Mitglieder des Wnt-Signalwegs wie LRP6. CD44-Isoformen fungieren als Signalisierungs-Hubs, die die Signale aus der Mikroumgebung integrieren.
Unser Ziel ist es, die molekularen Wirkmechanismen der CD44-Isoformen zu untersuchen und inhibitorische Moleküle zu entwerfen, die bei Krankheiten wie Krebs (Bauchspeicheldrüsenkrebs, kolorektales Karzinom, Brustkrebs und Leukämie) und Lebererkrankungen eingesetzt werden könnten.

 


Abbildung 1 : Molekularer Wirkmechanismus der CD44-Isoformen:
CD44-Rezeptor-Tyrosin-Kinasen: CD44v6 fungiert als Co-Rezeptor für verschiedene Rezeptor-Tyrosin-Kinasen (RTKs), darunter VEGFR2 und Met, zwei wichtige RTKs, die für die Angiogenese und Metastasierung von Bedeutung sind.Die Rolle von CD44v6 für diese RTKs ist zweifach: Die Ektodomäne von CD44v6 ist an der RTK-Aktivierung beteiligt und die zytoplasmatische Domäne fördert die Signalübertragung bei der Bindung an das Zytoskelett durch ERM-Proteine (Ezrin-Radixin-Moesin). CD44v6 ist durch seine Interaktion mit RTKs an der Tumorprogression und Metastasierung beteiligt. Wir haben ein CD44v6-Peptid entwickelt, das aus der Sequenz von CD44v6 stammt und das Tumorwachstum hemmt, die Metastasierung blockiert und sogar bereits etablierte Metastasen des Pankreaskarzinoms eliminiert. Eine modifizierte Version dieses CD44v6-Peptids befindet sich in der klinischen Prüfung Phase I/Ib (https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT03009214?term=amcure&rank=1). CD44-G-Protein-gekoppelte-Rezeptoren: Hyaluronan (HA), der Hauptligand für CD44, verstärkt die CXCL12-induzierte CXCR4-Signalisierung, ein Schritt, der während der Angiogenese erforderlich ist. Im Gegensatz dazu üben kleine HA-Fragmente (sHA) den gegenteiligen Effekt aus. CD44-Wnt-Signalisierung: CD44 ist an der Regulation der LRP6-Reifung und -Aktivierung beteiligt.

 

Die in der Gruppe entwickelten Themen sind:

1) Beitrag von CD44 zur Tumormikroumgebung und zur metastatischen Nische

CD44, das auf Krebszellen exprimiert wird, ist in hohem Maße an der Tumorinitiation, der Progression und am metastatischen Prozess beteiligt. Ein Tumor besteht jedoch aus mehr als nur Krebszellen. Aktivierte Stromazellen sowie infiltrierende Immunzellen bilden eine Tumormikroumgebung, die für die Proliferation, Migration und das Überleben der Krebszellen essentiell ist. Beim duktalen Adenokarzinom der Bauchspeicheldrüse (PDAC), einer der tödlichsten Krebsarten, besteht der größte Teil des Tumorvolumens aus dem Tumorstroma, das sich aus krebsassoziierten Fibroblasten (CAF), pankreatischen Stellatzellen (PSC; Abbildung 2), tumorassoziierten Makrophagen (TAM) und anderen Immunzellen zusammensetzt. Die Schwierigkeiten bei der PDAC-Behandlung lassen sich zum Teil durch die frühe Dissemination in die Leber erklären, wo sich bereits eine prämetastatische Nische aus hämatopoetischen, vom Knochenmark stammenden Zellen bildet. Alle Stromazellen exprimieren mehrere CD44-Isoformen, die möglicherweise an der Regulation von molekularen Signalwegen beteiligt sind, die an der Aktivierung des Stromas und der Bildung der metastatischen Nische beteiligt sind. In Anbetracht der starken Wirkung der CD44-Inhibition bei PDAC untersuchen wir derzeit ihren Beitrag im stromalen Kompartiment auf das Tumorwachstum und die frühe Dissemination.


Abbildung 2: Pankreastumor, der CD44v6 und MET exprimiert (links), CD44-Expression in Blutgefäßen aus einem Pankreastumor (rechts)

 


Abbildung 3: Pankreatische Stellatazellen, die CD44 und den Aktivierungsmarker Col1a1 exprimieren.

 

2) CD44 und HA in der Chemokinsignalisierung

Das Zusammenspiel von HA, CD44, CXCL12 und CD44 hat Auswirkungen auf die Homing von hämatopoetischen Stammzellen in ihre Nische und bei hämatologischen Erkrankungen (chronische lymphozytäre Leukämie, akute myeloische Leukämie). Die Zusammenarbeit zwischen diesen Molekülen spielt eine Rolle bei der Resistenz leukämischer Stammzellen gegen Chemotherapie.

 

3) CD44 in Wnt-Signalisierung

Der molekulare Wirkmechanismus von CD44 in der Wnt-Signalisierung wird während der Entwicklung und Homöostase des Darms und der intestinalen Stammzellfunktion untersucht.

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Abbildung 4. Schnitt durch einen Dickdarm und ein Organoid

Angesichts der Bedeutung von CD44 für die Darmtätigkeit werden die Folgen einer Entfernung von CD44 im Darmepithel bei der Darmregeneration untersucht.
Darüber hinaus wird das Übersprechen zwischen CD44 und Wnt bei entzündlichen Darmerkrankungen und Wnt-getriebenem Darmkrebs untersucht. Dort wird besonderes Augenmerk auf die Plastizität der Krebszellen gelegt.


Abbildung 5: TOP-GFP-Sphäroide

 

4) Die CD44-MET Zusammenarbeit

Wir charakterisieren den molekularen Komplex zwischen CD44v6 und MET mit Hilfe modernster Mikroskopieverfahren.
Wir untersuchen auch die Bedeutung der CD44v6/MET-Kooperation bei bakteriellen Infektionen mit einem besonderen Fokus auf Listeria Monocytogenes und die Beteiligung dieser Moleküle an der Meningitis.


Abbildung 6: Internalisierung von MET nach Induktion mit Internalin B

 

Werkzeuge:
Wir haben eine Cd44-floxierte und eine Cd44v6-floxierte Maus etabliert und untersuchen die Rolle von CD44 in der Entwicklung nach konditionaler Aktivierung von Cd44 in Leber, Darm, Brust und Haut. Außerdem haben wir ein Panel von CRISPR/Cas-Konstrukten gegen verschiedene CD44-Isoformen entwickelt.