14.09.2020

Neue Treibstoff-Quelle für Krebsentstehung entdeckt

Molekularbiolog/innen der ÖAW konnten zeigen, wie sich Gehirntumor-Zellen „nähren“, um unsterblich zu werden. Dabei verändern sie gezielt ihren Stoffwechsel, um die Sauerstoffzufuhr zu steigern, indem sie ihre „Zell-Kraftwerke“ verschmelzen lassen. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Cell veröffentlicht und bringen grundlegend neue Einblicke in die Krebsentstehung.

Anhand des Modellorganismus von Fruchtfliegen konnten Forscher/innen der ÖAW zeigen, wie Krebszellen durch Sauerstoffzufuhr wachsen. © ÖAW/Klaus Pichler

Krebs ist eine der häufigsten Todesursachen in unserer Gesellschaft. Weltweit wird intensiv daran geforscht, wie und warum aus einer gesunden Körperzelle eine Krebszelle wird, in der die Zellteilung aus dem Gleichgewicht gerät, sodass krankhafte Wucherungen entstehen, die gesundes Gewebe schädigen.

Dabei ist die Entstehung von Krebs äußerst komplex und wird durch ein Zwischenspiel von verschiedensten Faktoren gesteuert. Erst kürzlich wurde auch die Rolle von Stammzellen für die Krebsentstehung deutlich. Sogenannte adulte Stammzellen sind in vielen unserer Organe vorhanden, wo sie unentwegt für Zellnachschub sorgen, um alte und abgestorbene Zellen zu ersetzen. Viele Krebsarten beim Menschen entstehen aus adulten Stammzellen, wenn deren Zellteilung aus dem Gleichgewicht gerät.

Das Labor von Jürgen Knoblich am IMBA - Institut für Molekulare Biotechnologie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) gewann nun neue Erkenntnisse darüber, wie diese Stammzellen zu „unsterblichen“ Tumorzellen werden. Dabei scheint der Energiestoffwechsel der Zelle eine besondere Rolle zu spielen. Diese Energie wird entweder aus Nährstoffen wie Zucker und Fett oder aus Sauerstoff in den Zell-Kraftwerken, den Mitochondrien, gewonnen.

Zell-Kraftwerke als Treibstofflieferanten

Die ÖAW-Forscher/innen untersuchten in ihrer in Cell erschienenen Publikation, welche Rolle der Energie-Zellstoffwechsel bei bestimmten Gehirn-Tumorzellen der Fruchtfliege Drosophila melanogaster – einem der altbewährtesten und meisterforschten Modellorganismen in der Biologie – spielt. Bereits seit den 1970er Jahren konnte die Funktion bestimmter Gene für die Krebsentstehung bei Drosophila erstmals untersucht werden. Fliegen, die eine Mutation in dem Gen Brat tragen, sterben zum Beispiel, weil Nerven-Stammzellen im Gehirn sich unkontrolliert vermehren und dadurch gigantische Gehirntumore entstehen.

In der aktuellen Publikation zeigen die Forscher/innen nun, welche Veränderungen in den Fliegen mit Brat-Mutationen dazu führen, dass die Gehirnzellen sich unkontrolliert vermehren. Überraschenderweise fand die Gruppe, dass diese Zellen im Vergleich zu normalen Nervenzellen einen wesentlich höheren Sauerstoffverbrauch aufweisen. Dies ist überraschend, da bisher angenommen wurde, dass Tumore ihre Energie vorrangig aus Zucker durch Glykolyse beziehen. Dieser Effekt, auch „Warburg-Effekt“ genannt, ist seit langem ein zentrales Paradigma in der Krebsforschung.

Hoher Energiebedarf als Achillesferse

„Wir konnten aber nachweisen, dass die Gehirntumore ihre Energie aus Sauerstoff beziehen müssen, damit sie „unsterblich“ werden und sich unentwegt weiter teilen können. Besonders interessant daran ist, dass in der Phase der Krebsentstehung die Mitochondrien miteinander fusionieren, um der Zelle noch mehr Treibstoff zu liefern,“ erklärt Francois Bonnay, Postdoktorand am IMBA der ÖAW und Erstautor der Studie. „Durch das Verschmelzen der Zell-Kraftwerke ergibt sich eine Steigerung der Energiezufuhr durch Sauerstoff, wie wir durch erhöhte Werte von NAD+ und NADH messen konnten – zwei Schlüsselmoleküle, die an der Bioenergetik beteiligt sind.“

Indem die Wissenschaftler/innen der ÖAW die Sauerstoffzufuhr drosselten, konnte das Tumorwachstum gebremst werden." Diese Ergebnisse sind unerwartet und stellen bisherige Überlegungen über die Biologie dieser Tumore auf den Kopf", sagt Knoblich. "Wir haben gute Hinweise darauf, dass sich Hirntumoren und einige andere Krebsformen beim Menschen genauso verhalten. Dies legt also einen völlig neuen Weg nahe, die gefährlichsten Zellen in solchen Tumoren ins Visier zu nehmen und die Achillesferse dieser Tumoren – ihren hohen Energiebedarf – für die Entwicklung neuer Krebstherapien zu nutzen.“

 

AUF EINEN BLICK

Publikation:

“Oxidative metabolism drives immortalization of neural stem cells during tumorigenesis”, François Bonnay, Ana Veloso et al., Cell, 2020.
DOI: doi.org/10.1016/j.cell.2020.07.039

 


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