Tumorstammzellen als Schlüssel zur Krebstherapie

Publikation im Fachmagazin "Cell"

Wissenschaftler am Institut für Molekulare Biotechnologie (IMBA) in Wien erforschen, wie aus Stammzellen Tumore entstehen. Ihre jüngsten Erkenntnisse eröffnen neue Möglichkeiten für selektive Krebstherapien.

Unter dem Fluoreszenzmikroskop liegen Gewebeschnitte aus Fliegenhirnen. Anhand von Farbstoffmarkierungen lässt sich verfolgen, wie aus einer normalen Stammzelle ein bösartiger Zelltyp entsteht, der schließlich zu einem tödlichen Gehirntumor heranwächst. Der deutsche Molekularbiologe Jürgen Knoblich und sein Mitarbeiter Jörg Betschinger konnten nun erstmals nachweisen, dass das Fehlen eines einzigen Gens mit dem Namen 'Brat' für den zellulären Supergau verantwortlich ist. Ihre Arbeit wurde in der Zeitschrift "Cell" veröffentlicht (Ausgabe vom 24.3.2006).

"Das Protein Brat ist tatsächlich der Schlüssel zum Verständnis", erklärt Jürgen Knoblich. "Es ist ein Wachstumsfaktor und sorgt normalerweise dafür, dass Stammzellen sich planmäßig entwickeln und teilen. Fehlt der Faktor, so gerät das System völlig ausser Kontrolle, es entsteht Krebs."

Tumorstammzellen - ein neues Konzept

Am IMBA, einem Forschungsinstitut der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, widmet sich das Team um Jürgen Knoblich einem Thema, das derzeit in der Krebsforschung hochaktuell ist. Das Konzept der Tumorstammzellen hat das Verständnis der Entstehung und des Aufbaus von Krebsgewebe revolutioniert. Am Beispiel etwa von Leukämie und Brustkrebs konnten Forscher vor kurzem nachweisen, dass Tumore keineswegs aus einem einheitlichen Haufen wildgewordener Zellen bestehen. Sie sind vielmehr wie Organe aufgebaut und bestehen aus unterschiedlichen Zelltypen, die hierarchisch geordnet sind. Die Basis bilden Stammzellen, die jeden Zelltyp im Tumorgewebe erzeugen können.

Die Entdeckung der Tumorstammzellen stellt auch konventionelle Krebstherapien in Frage, die vor allem jene Zellen zerstören, die sich rasch teilen. Stammzellen teilen sich meist langsam und entgehen deshalb einer solchen Strategie. Dies könnte die hohe Rückfallsrate bei manchen Formen von Krebs erklären. Neue Therapien, die gezielt Tumorstammzellen angreifen, müssen erst entwickelt werden. Dazu fehlt es noch am grundlegenden Verständnis der Wachstumskontrolle bei Stammzellen. Auch Modelle für die Tumorentwicklung aus Stammzellen stehen noch nicht zur Verfügung.

Hier sind die IMBA-Wissenschaftler einen wichtigen Schritt weitergekommen. Sie konnten mit 'Brat' erstmals ein Gen charakterisieren, dessen Abwesenheit aus einer Stammzelle eine Tumorzelle entstehen lässt. Die entsprechenden Experimente wurden an Nervengewebe der Fruchtfliege Drosophila durchgeführt.

Im Normalfall teilt sich eine Stammzelle in zwei unterschiedliche Tochterzellen. Eine davon spezialisiert sich und übernimmt gewebespezifische Aufgaben. Die andere behält ihren Stammzellcharakter und sorgt weiterhin für geregelten Zellnachschub. Diese sensible Balance wird auf molekularer Ebene durch Wachstumsfaktoren kontrolliert. Das IMBA-Team untersuchte zahlreiche dieser Proteine und stieß auf Brat und sein ganz besonderes Verhalten: bei der Teilung einer Stammzelle wird Brat nämlich asymmetrisch nur in einer der beiden Tochterzellen konzentriert. Dort verhindert es weiteres Wachstum, während die andere Zelle fortfährt, sich zu teilen. Neben diesem charakteristischen Mechanismus ist Brat auch deshalb so interessant, weil das entsprechende Protein auch in menschlichen Zellen nachgewiesen werden konnte.

Von der Fliege zum Menschen

Noch sind viele Details offen. Weitere Experimente müssen klären, ob die molekularen Abläufe im menschlichen Gewebe tatsächlich die gleichen sind wie in der kleinen Fliege. Ein Brat-ähnliches Protein wurde jedenfalls schon länger verdächtigt, an der Tumorentstehung mitzuwirken. Die Forscher wollen nun herausfinden, welche Rolle dieses Protein im Zellstoffwechsel genau spielt, mit welchen anderen Molekülen es in Wechselwirkung tritt und wie der gesamte Regulationsmechanismus im Detail funktioniert.

"Die neuen Erkenntnisse über die Entartung von Zellen bergen ein enormes Potenzial für die Entwicklung zukünftiger Krebstherapien", meint Jürgen Knoblich optimistisch. Für die Strategie, mit der man Tumore in den Griff bekommen will, hat er einen anschaulichen Vergleich parat: "Es ist, als ob man versuchte, einen Schwarm Bienen einzufangen. Selbst wenn man die meisten von ihnen erwischt hat, nützt es nichts, solange die Königin selbst noch frei umherfliegt."


Jürgen Knoblich
Jürgen Knoblich wurde 1963 in Memmingen, Deutschland, geboren. Er studierte Biochemie in Tübingen und London und wandte sich bald Fragen der Entwicklungsbiologie zu. Nach seiner Promotion 1994 ging Knoblich nach San Francisco, um im Labor von Yuh Nung Yan Erfahrungen als Postdoc zu sammeln. 1997 kam er schließlich nach Wien, wo er am Forschungsinstitut für Molekulare Pathologie (IMP) eine eigene Gruppe aufbaute. Seit 2004 ist Jürgen Knoblich Senior Scientist und stellvertretender Direktor am Institut für Molekulare Biotechnologie (IMBA) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften. Seine wissenschaftlichen Arbeiten wurden wiederholt durch europäische Forschungsorganisationen wie EMBO, FEBS und ELSO ausgezeichnet.

IMBA
Das IMBA - Institut für Molekulare Biotechnologie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften kombiniert Grundlagen- und angewandte Forschung auf dem Gebiet der Biomedizin. Interdisziplinär zusammengesetzte Forschergruppen bearbeiten funktionsgenetische Fragen, besonders in Zusammenhang mit der Krankheitsentstehung. Ziel ist es, das erworbene Wissen in die Entwicklung innovativer Ansätze zur Prävention, Diagnose und Therapie von Krankheiten einzubringen.

IMP-IMBA Research Center
Zwischen dem Forschungsinstitut für Molekulare Pathologie (IMP), das 1988 von Boehringer Ingelheim gegründet wurde, und dem seit 2003 operativen Institut für Molekulare Biotechnologie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (IMBA) wurde eine enge Forschungskooperation vereinbart. Unter dem Namen "IMP-IMBA Research Center" greifen die beiden Institute auf eine gemeinsame Infrastruktur im wissenschaftlichen und administrativen Bereich zu. Die beiden Institute beschäftigen insgesamt über 300 Mitarbeiter aus 30 Nationen und sind Mitglied des Campus Vienna Biocenter.


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