TP1 WP5: RNA-bindende Proteine (RBPs) als Regulationsschnittstellen bei der Entstehung des kolorektalen Karzinoms – Identifizierung und Validierung möglicher neuer Therapie-Targets

AG Gunter Meister, AG Christina Hackl
Industriepartner: siTOOLs biotech GmbH

Hintergrund und Stand der Forschung
Die an der Fakultät für Biologie und Vorklinische Medizin angesiedelte Arbeitsgruppe (Meister) befasst sich mit der RNA-vermittelten Genregulation in verschiedenen humanen Systemen. Die grundlagenorientierten Arbeiten beschäftigen sich mit der Funktion von microRNAs (miRNAs) und anderen non-coding RNAs. Wir konnten zum Verständnis der Mechanismen, wie miRNAs ihre Funktion ausüben, wichtige Beiträge liefern. Zahlreiche Arbeiten aus unserem Labor konnten die Verbindung von miRNA-Expression und verschiedenen Krebsarten aufzeigen (z.B. (Schraivogel et al., 2011)). Daneben beschäftigen wir uns mit der Funktion von long non-coding RNAs (lncRNAs) und circular RNAs (circRNAs). Kürzlich haben wir begonnen, RBPs zu charakterisieren, die an der Regulation der miRNA-Biogenese beteiligt sind. RBPs sind Bestandteil jedes RNA-Proteinkomplexes (RNPs) und spielen oft eine zentrale funktionelle Rolle. Sie sind durch RNA-bindende Domänen charakterisiert mit denen sie kurze Sequenzmotive ihrer RNA-Substrate kontaktieren und die Funktion der RNA dadurch beeinflussen. RBPs können dabei eine Vielzahl von RNA-Substraten binden und ganze Expressionsnetzwerke regulieren. Sie bilden daher wichtige Schaltstellen, die post-transkriptionelle Regulationen der Genexpression auf verschiedenen Ebenen koordinieren (Gerstberger et al., 2014). Interessanterweise sind viele dieser RBPs nur spärlich untersucht und ihre Rolle im Kolorektalkarzinom ist wenig verstanden (Hentze et al., 2018).
Die Arbeitsgruppe von PD Dr. Christina Hackl ist an der Klinik und Poliklinik für Chirurgie des Universitätsklinikums Regensburg angesiedelt und beschäftigt sich mit neuen Therapieansätzen für metastasierende Kolonkarzinome. Sie erprobt dabei niedrig dosierte Chemotherapiestrategien (Metronome Therapie). Die beiden Arbeitsgruppen (Meister, Hackl) haben in einem gemeinsamen Projekt die Expression von non-coding RNAs in primären Tumoren sowie Lebermetastasen eines Mausmodelles für das kolorektale Karzinom bestimmt. In diesem Modell werden HT29 bzw. HCT116-Zellen in das Zökum der Maus injiziert, woraus sich schnell ein primärer Tumor entwickelt. Dieser kann durch chirurgische Resektion entfernt werden, die Tiere sind im Anschluss makroskopisch tumorfrei, was histologisch und durch Biolumineszenzmonitoring nachgewiesen werden kann. Nach wenigen Wochen können allerdings Metastasen in der Leber beobachtet werden, was das Nachverfolgen der Tumorentwicklung in einem einzigen Organismus erlaubt. Unter metronomer Therapie gibt es stark und gering ausgeprägte Metastasierungssituationen, aus denen wir Expressionsprofile erstellt haben. Als alternatives Modell dient das intrasplenische Injektionsmodell (Hackl et al., 2013). In enger Zusammenarbeit mit siTOOLs biotech (Martinsried) möchten wir nun siRNA-Bibliotheken gegen alle RBPs (ca. 100)., die sich in dem beschriebenen Modell in ihrer Expression verändern, herstellen SiTOOLs verwendet hierzu eine neuartige RNAi-Strategie, die auf Verwendung von vielen verschiedenen, aber dennoch exakt definierten siRNAs beruht (siPOOLs) (Hannus et al., 2014). Diese Strategie reduziert off-target-Effekte sehr stark und wir erhoffen uns, dadurch deutlich bessere Ergebnisse als mit herkömmlichen siRNA-Bibliotheken zu erzielen. Zu späteren Zeitpunkten möchte wir zusammen mit siTOOLs versuchen siPOOLs erstmals auch in vivo in der Maus anzuwenden.
Durch die Identifizierung von RNPs erhoffen wir uns auch mögliche neue Impulse für die Therapie. Kürzlich konnten zwei wichtige Durchbrüche im Bereich ‚RNA-Therapie’ erzielt werden und eine neue Ära von RNA-basierten Therapeutika hat nun nach großer anfänglicher Skepsis dennoch begonnen. Zum einen wurde Nusinersen (Spinraza) Ende 2017 von der FDA zur Behandlung von Spinaler Muskelatrophie zugelassen. Nusinersen ist ein kurzes antisense-Oligonukleotid was die Bindung eines RBPs an sein target verhindert. Es ist das einzige Medikament für diese Krankheit und zeigt beeindruckende Effekte. Zum anderen hat im August Alnylam mit Onpattro die erste siRNA auf den Markt gebracht. Das in vielen Fällen ungelöste delivery-Problem konnte somit zumindest in den genannten Fällen gelöst werden. Zahlreiche RNA-Moleküle befinden sich derzeit in klinischen Phasen und die Hoffnung hier tatsächlich neue Strategien entwickeln zu können ist somit durchaus gerechtfertigt.

Erwartete Ergebnisse
Wir erhoffen uns von unseren Arbeiten nicht nur neue Erkenntnisse bezüglich der post-transkriptionellen Regulation während der Progression des kolorektalen Karzinoms, sondern auch mögliche neue targets, die eventuell für die Therapie relevant sein könnten. Wie bereits erwähnt ist die Zulassung von RNA-Molekülen als Medikament (Onpattro 2018, Nusinersen, 2017) ein entscheidender Meilenstein in Richtung RNA-Therapeutics. Ohne Zweifel werden wir in den nächsten Jahren eine Vielzahl weiterer innovativer RNA-basierter Therapien sehen. Wir möchten zu dieser äußerst spannenden Entwicklung sehr gerne beitragen und erste Schritte hin zu einer möglichen Anwendung unserer Erkenntnisse unternehmen. Sollten unserer Experimente positive verlaufen, werden wir, nach erfolgter Patentierung, Kontakt zu start-Ups und/oder Pharmafirmen aufnehmen um unsere Arbeiten in Kollaboration vorantreiben zu können. Die Arbeitsgruppe Meister hat bereits zahlreiche Kollaborationen/Interaktionen mit Pharmafirmen.