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Die Rolle von endokrin aktiven Substanzen und Hormonrezeptoren bei der Entstehung einer durch Zentrosomenamplifikation induzierten chromosomalen Instabilität in Darmkrebs
Projekt
Förderkennzeichen: BfR-ZEBET-08-1322-733
Laufzeit: 01.12.2018
- 31.12.2019
Forschungszweck: Experimentelle Forschung
Endokrin aktive Substanzen (EAS) bezeichnet eine Gruppe von Substanzen mit einer Hormon- oder Hormon-ähnlichen Wirkung, die sowohl natürlichen als auch synthetischen Ursprungs (Xenoöstrogene) sein können und uns z. B. als Biozide, Pestizide oder auch als Bestandteil in Kunststoffverpackungen begegnen. Sie können nicht nur das Hormonsystem beeinflussen, sondern stehen auch in einem engen Zusammenhang mit der Entstehung von Darmkrebs. So können sie die Entstehung und Vermehrung von Krebszellen fördern, indem sie z. B. in Zellteilungsprozesse eingreifen oder die Metastasierung von Krebszellen stimulieren. Die zugrundeliegenden zellulären und molekularen Mechanismen dieses Hormon- induzierten Risikopotentials sind aber weitgehend unklar. Als dritthäufigste Krebserkrankung weltweit gehört Darmkrebs zu den weitverbreitetsten Krankheiten mit Mortalitätsraten von bis zu 21%. Um die zugrundeliegenden zellulären und molekularen Mechanismen dieses Hormon-induzierten Risikopotentials aufzuklären, werden in der biomedizinischen Forschung sehr viele Tierversuche durchgeführt. Da dies nicht nur aus ethischer, sondern auch aus ökonomischer Sicht ein großes Problem darstellt und die Übertragbarkeit auf den Menschen oft nicht gegeben ist, ist die Entwicklung von Alternativmethoden unabdingbar. Um Alternativmethoden im Sinne des 3R-Prinzips nach Russel und Burch (1959) entwickeln zu können, ist die Aufklärung von zugrundeliegenden Mechanismen, die zu Darmkrebs führen, eine notwendige Voraussetzung. In diesem Projekt soll deshalb ein potentieller Zusammenhang zwischen natürlichen bzw. synthetischen Hormonen, der Generierung überzähliger Zentrosomen und einer chromosomalen Instabilität (CIN), unter Berücksichtigung von Hormonrezeptor-vermittelten Signalwegen, molekular- und zellbiologisch untersucht werden. Die Identifizierung und Charakterisierung des Wirkmechanismus von EAS auf die Proliferation von Darmzellen kann dabei nicht nur wichtige Hinweise auf eine potentielle Gesundheitsgefahr geben (EAS-verursachter Darmkrebs), sondern erlaubt auch die Ableitung von Endpunkten, die zur Entwicklung von in-vitro Alternativmethoden im Bereich EAS-Identifizierung, als Grundlage genommen werden können (z.B. eine EAS-induzierte Zentrosomenamplifikation). Wir planen deshalb folgende Experimente: In einem ersten Schritt soll mittels Mikroskopie-basierter Methoden, die karyotypische Stabilität verschiedener chromosomal stabiler Darm(krebs)zelllinien nach einer anhaltenden EAS-Behandlung untersucht werden. Da unsere ersten Untersuchungen auf einen Zusammenhang zwischen EAS und Chromosomenfehlverteilungen deuten, sollen in einem nächsten Schritt numerische Chromosomenabnormalien durch Karyotypanalysen nach einer EAS-Behandlung direkt nachgewiesen werden. Zur Aufklärung des zugrundeliegenden Mechanismus berufen wir uns auf unsere präliminären Daten, die einen Zusammenhang zwischen EAS und der Entstehung überzähliger Zentrosomen erkennen lassen. Numerische Zentrosomenaberrationen sind eng mit der Entstehung von CIN assoziiert und können aufgrund unterschiedlicher Ursachen entstehen. Im Rahmen dieses Projekts soll mithilfe von höchstauflösenden Mikroskopieanalysen untersucht werden, ob Hormone strukturelle Veränderungen des Zentrosoms verursachen können. Da eine Zentrosomenamplifikation (ZA) oft über veränderte Expressionslevel wichtiger zentrosomaler Strukturproteine und Kinasen ausgelöst werden kann, soll ferner das Expressionsniveau ausgewählter Zentrosomen-assoziierter Komponenten nach einer EAS-Behandlung auf mRNA und Proteinebene untersucht werden. Es ist bekannt, dass eine ZA zu fehlerhaften und hyperstabilen Anheftungen der Spindelfasern an die Kontaktstellen der Chromosomen (Kinetochoren) führen können, welche in der Folge Chromosomenfehlverteilungen und CIN begünstigen. Deshalb soll weiterhin im Rahmen einer Kollaboration die Halbwertszeiten von Mikrotubuli-Bindungen an die Kinetochore untersucht werden. Fehlerhafte Anheftungen infolge einer EAS-Behandlung, sollen mittels Höchstauflösungsmikroskopie direkt nachgewiesen werden. Da EAS-vermittelte adverse Effekte von klassischen (ERa/b) und/oder alternativen (GPER1/GPR30) Hormonrezeptoren abhängen können, soll zunächst der endogene Expressionsspiegel der jeweiligen Rezeptoren in An- und Abwesenheit von EAS in verschiedenen Darm(krebs)zelllinien bestimmt werden. Unsere ersten Vorarbeiten deuten auf eine wichtige Rolle von GPER1/GPR30 bei der EAS-vermittelten Zentrosomenamplifikation. Deshalb möchten wir im nächsten Schritt untersuchen, ob weitere EAS-abhängige Läsionen, wie Chromosomenfehlverteilungen und zentrosomale Aberrationen (strukturell und auf Expressionsebene) von GPER1/GPR30 abhängen. Nicht zuletzt möchten wir untersuchen, ob natürliche und Xenoöstrogene Krebs-assoziierte adverse Effekte, wie ein erhöhtes zelluläres Migrations- und Invasionsverhalten oder ein Krebs-ähnliches Tumorwachstum auslösen und ob dieses von GPER1/GPR30 und der Downstream-Signalkaskade abhängen.
Abschnittsübersicht
Fachgebiete
- Biotechnologie
- Toxikologie
