Institut für Immunologie

Die Arbeitsgruppe „Stammzellen“ beschäftigt sich vornehmlich mit der Rolle der Zellfusion im Tumorgeschehen. Es ist bekannt, dass Tumorzellen mit Tumorzellen oder mit normalen Zellen wie Makrophagen, Fibroblasten oder Stammzellen fusionieren können. Daraus können Hybridzellen hervorgehen, die neue Eigenschaften aufweisen, wie eine erhöhte Resistenz gegenüber Chemotherapeutika oder ein erhöhtes Metastasierungspotential. Ursächlich verantwortlich hierfür ist die so genannte Heterokaryon-zu-Synkaryon-Transition. Sie beschreibt die Verschmelzung der parentalen Zellkerne.

Bei diesem Prozess kommt es nicht nur zu einer zufälligen Verteilung der parentalen Chromosomen auf die Tochterzellen, sondern auch zu Verlusten ganzer Chromosomen sowie chromosomalen Abberationen, wie Deletionen, Translokationen und der Chromothripsis. Bei letzterer handelt es sich um das Phänomen, dass chromosomale Strukturen fragmentiert und nachfolgend wieder zusammengefügt werden. Diese Prozesse laufen in jeder Hybridzelle zufällig ab, sodass einzigartige Fusionszellen inklusive deren Tochterzellen hieraus hervorgehen können mit Eigenschaften, die die parentalen Zellen nicht besitzen.

In In-vitro-Studien konnten wir bereits zeigen, dass Hybridzellen, die aus humanen Brustepithel- und humanen Brustkrebszellen aus spontanen Fusionsereignissen hervorgegangen sind, tatsächlich eine erhöhte Resistenz gegenüber Zytostatika wie Etoposide oder Paclitaxel aufwiesen. Darüber hinaus sprachen die Hybrid-, nicht aber die parentalen Zellen auf das Chemokin CCL21 an, das mit der Lymphknotenmetastasierung von Brusttumoren in Verbindung gebracht wird.

Neuere Forschungsergebnisse belegen, dass die genannten Hybridzellen sehr wahrscheinlich auch Krebsstammzell-Eigenschaften besitzen. Bei Krebsstammzellen handelt es sich um Tumorzellen mit Stammzelleigenschaften, die aufgrund dieser Eigenschaften die Krebstherapie überleben und nachfolgend Rezidive verursachen können. Häufig weisen sie eine Resistenz gegenüber der First-Line-Therapie auf, sie sind oft auch aggressiver als der originäre Tumor. Denkbar ist, dass derartige Krebsstammzellen, die aggressive Rezidive verursachen und zudem resistent gegenüber der First-Line-Therapie sind, aus Zellfusionsereignissen hervorgegangen sind.

In den vergangenen Jahren wurde zudem der Frage nachgegangen, welche Faktoren die Fusion zwischen Tumor- und anderen Zellen, wie Stammzellen, induzieren oder vermitteln. Um dieser Fragestellung nachzugehen, wurde ein Assay entwickelt, der es erlaubt, Zellfusionsereignisse zu quantifizieren. Hierfür wurden Brusttumorzellen mit einem „doppelt-Fluoreszenz-Vektor“ stabil transfiziert, der zwei Gene für Fluoreszenzproteine kodiert: das eine Rot, das andere Grün.

Nach Transfektion wird zunächst das rotfluoreszierende Protein, das von zwei LoxP-Sequenzen flankiert ist, exprimiert. Nach der Fusion mit einer humanen Bruststammzelle, die stabil die Cre-Rekombinase exprimiert, kommt es zu einer Cre-Lox vermittelten Rekombination in den Hybridzellen. Als Folge dessen wird das Gen für das rotfluoreszierende Protein herausgeschnitten. Nachfolgend kann das grünfluoreszierende Protein von der Zelle exprimiert werden. Der Wechsel von Rot nach Grün ist somit das Maß für eine Zellfusion, die mittels Durchflusszytometrie quantifiziert werden kann.

Unter Verwendung dieses Assays haben wir eine Vielzahl von verschiedenen Zytokinen, Chemokinen und Wachstumsfaktoren in Hinblick auf die Zellfusion untersucht. Wir konnten zeigen, dass das pro-inflammatorische Zytokin TNF-alpha deutlich die Fusion der untersuchten Zellen fördern konnte. Diese Daten stimmen gut mit den Beobachtungen anderer Arbeitsgruppen überein, dass Inflammation per se die Fusion von Zellen zu fördern scheint.