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Projekt 3

Laser-Superresolutions-Mikroskopie humaner microRNAs in metastatischen und nicht-metastatischen Tumorzellen: Ein interdisziplinäres Kooperationsprojekt

Es wird immer klarer, dass microRNAs unter gewissen Voraussetzungen gerade auch die paracrine Interaktion zwischen Tumorzellen und verschiedenen anderen Zelltypen, z.B. des Stromas oder des Immunsystems entscheidend mitgestalten und damit die so wichtige “Mikroumgebung” für Tumorzellen prägen können. Insbesondere hinsichtlich des Metastasierungsvorganges wurde in jüngster Zeit bekannt, dass microRNAs, die man auch im Blutstrom detektieren kann (teilweise in Exosomen), vermutlich in der Lage sind, sog. “metastatische Nischen” für “metastasierungswillige” Tumorzellen vorzubereiten. Es ist also zunehmend klar, dass gerade auch die subzelluläre Lokalisation von microRNAs und eine damit möglicherweise verknüpfte Funktion und Dynamik wichtig sein wird, um den metastatisch relevanten Phänotyp innerhalb vieler heterogener Tumorzellen besser vorherzusagen. Bis dato war jedoch die genaue subzelluläre Sichtbarmachung kleiner RNAs durch Mikroskopie signifikant methodisch limitiert, teilweise z.B. durch ein zu niedriges Verhältnis zwischen Signal und Hintergrund, das theoretische Limit der optischen Auflösbarkeit in der Lichtmikroskopie bzw. das Diffraktionslimit, etc. (für mehr Details verweisen wir u.a. auf die angegebenene Referenzen).

Um erstmals eine Visualisierung von microRNAs auf Einzelmolekül-, Einzelzellebene u.a. in hoch- und niedrig metastatischen Tumorzellen zu realisieren, etablierten wir ein interdisziplinäres Konsortium mit Kooperationspartnern aus der Biophysik und optischen Physik (Prof. Christoph Cremer, IMB Mainz), Lichtmikroskopie und Bioimaging (Prof. Felix Bestvater, DKFZ Heidelberg), und Experten in der Biologie von Exosomen (Prof. Peter Altevogt, DKFZ Heidelberg). Innerhalb dieses Konsortiums etablierten wir erfolgreich die Einzelmoleküldarstellung von humanen microRNAs in einzelnen fixierten Zellen per SMLM innerhalb fixierter Zellen bei einer Auflösung von 10-15nm. Besonders spannend erschien uns hierbei die Beobachtung, dass manche microRNAs innerhalb von metastatischen versus nicht metastatischen Tumorzellen offensichtlich eine unterschiedliche Kompartiment- Zugehörigkeit aufweisen. Insbesondere zeigte sich die Lokalisation innerhalb von Exosomen in metastatischen gegenüber nicht metastatischen Tumorzellen signifikant unterschiedlich. Entsprechend glauben wir, dass unsere Methodik zukünftig diagnostisch dazu beitragen kann, in einem heterogenen Pool von Tumorzellen metastatisch relevante Zellen von anderen zu unterscheiden. Darüberhinaus öffnet die Methodik sicherlich Türen für die Einzelzell-, Einzelmolekül-Detektion und funktionelle Analyse weiterer nicht-kodierender RNAs und, in angestrebter Weiterentwicklung, ihre Untersuchung auf Einzelmolekül-Ebene in menschlichen Geweben. Laufende Aktivitäten unserer Abteilung sind entsprechend darauf gerichtet, solche und ähnliche Technologien für eine zukünftige präzisere Differenzialdiagnostik am Menschen in weiterer Zusammenarbeit mit Kollegen aus dem Bereich makroskopisches Imaging und Radiomics (e.g., Prof. Stefan Schönberg, M2Olie) nutzbar zu machen und die Entwicklung einer zukünftigen Generation von Imagingtechnologien für z.B. die Metastasierungsprävention und, idealerweise, einer mikroskopischen Risikoklassifikation vor radiologischem Sichtbarwerden einer Metastase am Tumorpatienten zu fördern.

Ausgewählte Literatur

Superresolutions-Mikroskopie

Micro RNAs

Director and Head:

Prof. Dr. med. Heike Allgayer, MD, PhD
Department of Experimental Surgery - Cancer Metastasis
Medical Faculty Mannheim
University of Heidelberg
Center for Biomedicine and Medical Technology Mannheim (CBTM)
Ludolf-Krehl-Straße 13-17
68167 Mannheim
Tel.: +49 (0)621/383-6876

Secretary
Dr. phil. Laura Said
Tel. +49 (0)621/383-6876
Fax: +49 (0)621/383-6878