Einheitliche Plattform zur parallelen Detektion von Krebs-Biomarkern
In soliden Tumoren oder auch spezifischen extrazellulären Flüssigkeiten sind proteolytische Enzymkonzentrationen häufig erhöht, was sie zu aussagefähigen Biomarkern für Brust-, Darm- und Bauchspeicheldrüsenkrebs macht. Allerdings ist ihre genaue Rolle noch zu wenig erforscht. Innovative Methode zur Analyse von Krebsenzymen Den Einfluss von Proteasen auf die Tumorbiologie untersuchte das EU-finanzierte Projekt PROVIST nun an patientenderivierten Xenotransplantat-Mausmodellen für Krebs. Zudem wurde die Expression verschiedener Proteasen mit dem neuen Analyseverfahren der Massenzytometrie bestimmt. Im Verlauf des Forschungsprojekts, das mit Mitteln des Marie-Curie-Programms finanziert wurde, generierten die Forscher chemische Sonden für den selektiven Nachweis mehrerer krebsassoziierter Proteasen, insbesondere von Caspasen, des Enzyms Legumain und der Cathepsine B, L und S. Der innovative Aspekt dabei war, diese Sonden für die massenzytometrische Analyse mit stabilen Isotopen von Lanthanoidmetallen zu markieren. Massenzytometrie ist eine neue Technologie, die mehr als 40 Parameter in einer Probe gleichzeitig analysieren kann. PROVIST ersetzte die bislang üblichen Antikörper durch kleine chemische Sonden, die nur die aktive Form der Proteasen nachweisen. Hierfür kam die HyCoSuL-Technologie (hybrid combinatorial substrate library) aus dem Labor von Prof. Drag an der Technischen Universität Breslau in Polen zum Einsatz. Vorteile der PROVIST-Plattform Dr. Marcin Poreba, wissenschaftlicher Mitarbeiter, erklärt dazu: „Unsere Methodik geht über bisherige Grenzen bei der Parallelanalyse mehrerer progressionsfördernder Proteasen hinaus.“ Vor allem kann mit den Sonden von PROVIST die überlappende Substratspezifität bei Caspasen und Cathepsinen umgangen werden. Da der Nachweis auf Metallisotopen mit spezifischen Massenspektrum-Peaks statt auf Fluorophoren beruht, findet beim PROVIST-Ansatz keine unerwünschte Signalüberlappung statt, was die parallele Kontrolle mehrerer Zellparameter in einem Assay erlaubt. Die neuen Sonden wurden zunächst mit rekombinanten Enzymen, dann in vitro an Krebszellsystemen und schließlich an Ex-vivo-Tumorzellen aus Xenotransplantat-Mausmodellen getestet, da diese hervorragende Möglichkeiten bieten, die Biologie menschlicher Krebszellen zu untersuchen. Die Forscher erzeugten und testeten zudem Caspaseinhibitoren in Krebszellen, um Massenzytometrie als geeignete Technik für die gleichzeitige Kontrolle mehrerer Proteaseaktivitäten in biologischen Systemen zu validieren. Demnächst soll auf diese Weise experimentell an menschlichen Blutproben die proteolytische Wechselwirkung zwischen Tumor und Entzündung untersucht werden. „Langfristig wollen wir ein Instrumentarium an chemischen Sonden zur Analyse der enzymatischen Umgebung von Tumoren erstellen“, betont Dr. Poreba. So könnte man herausfinden, warum Patienten mitunter nicht auf eine spezifische Krebstherapie ansprechen, und die Therapie besser an die patientenspezifische Pathologie anpassen. Da Krebs nach wie vor eine der verheerendsten Krankheiten mit Millionen Todesfällen pro Jahr ist, wird das PROVIST-Instrumentarium mit ihren selektiven Sonden krebsrelevante Studien vereinfachen. Dr. Poreba geht davon aus, „dass die PROVIST-Plattform für Chemie, Massenzytometrie und Krebsmodelle die Analyse medizinisch bedeutsamer Enzyme vereinfachen und so die therapeutischen Möglichkeiten deutlich erweitern kann.“ Die Plattform wird die Patientendiagnose präzisieren und neue maßgeschneiderte und personalisierte Krebstherapien greifbar machen.
Schlüsselbegriffe
PROVIST, Krebs, Protease, chemische Sonde, Massenzytometrie, Caspase, Cathepsin, Isotop
