Pharmakologische Inhibition von onkogenen Kondensaten

Die räumliche Organisation menschlicher Zellen ist entscheidend für ihre Funktion. Biomolekularen Kondensate stellen ein zentrales Prinzip dieser Organisation dar. Diese membranlosen, flüssigen Kompartimente dienen als biochemische Werkstätten, in denen Proteine und Nukleinsäuren konzentriert werden, um Prozesse wie Genexpression und Signaltransduktion zu steuern. In vielen Krebsarten, wie auch in aggressiven Leukämien, gerät dieses Organisationssystem aus dem Gleichgewicht: Krebsauslösende Proteine kapern die Bildung solcher Kondensate und bliden krankhafte Onko-Kondensate, die krebsassoziierte Programme aktivieren. Das SMOC-Projekt untersucht Leukämie mit NUP98-Fusionen. Diese Form von Blutkrebs im Kindesalter ist besonders durch Therapie-Resistenz und eine schlechte Prognose geprägt. Ausgelöst wird sie durch NUP98 Fusions-Onkoproteine, die sogenannte intrinsisch ungeordnete Regionen (IDRs) enthalten. Diese flexiblen Proteinabschnitte wirken wie molekulare Klebstoffe und führen zur Bildung abnormaler biomolekularer Kondensate im Zellkern. Diese krankhaften Strukturen konzentrieren die Transkriptionsmaschinerie an falschen Stellen im Genom und treiben so unkontrolliertes Zellwachstum an. Da NUP98-Fusions-Onkoproteine keine stabile Struktur besitzen, galten sie lange als nicht angreifbar für Medikamente. Unsere Vorarbeiten haben jedoch überraschende Einblicke geliefert: Wir haben vier Wirkstoffkandidaten identifiziert, die als Kondensat-Lokalisatoren wirken können. Anstatt das NUP98-Onkoprotein zu zerstören, verändern sie die physikalischen Eigenschaften der Kondensate und verdrängen die krebsfördernden Proteine aus ihren aktiven Zentren. Ziel des SMOC-Projekts ist es nun, die molekularen Mechanismen hinter diesen Vorgängen zu entschlüsseln. Dafür kombinieren wir eine Vielzahl modernster Methoden. Mit Super-Resolution-Mikroskopie (STED) und fluorescence lifetime imaging (FLIM-FRET) untersuchen wir die Dynamik und Materialeigenschaften der krebsassoziierten Kondensate in lebenden Zellen. Durch Proximity-Labeling und Massenspektrometrie (BioID) kartieren wir das molekulare Umfeld der NUP98-Fusions-Onkoproteine und analysieren, welche Interaktionspartner verloren gehen, wenn die Onkoprotein-Kondensate gestört werden. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der funktionellen Analyse der epigenomischen Muster. Mit hochsensitiven Sequenziermethoden wie SLAM-seq messen wir, wie schnell die Produktion krebsassoziierter Gene stoppt, sobald die Onko-Kondensate aufgelöst werden. CUT&Tag-Profiling zeigt, wie sich Chromatin-Markierungen verändern, wenn das krebstreibende Fusionsprotein verdrängt wird, und wie normale Genregulation wiederhergestellt werden kann. Ein zentraler Teil des Projekts ist die Untersuchung der therapeutischen Selektivität der identifizierten Wirkstoffe. Wir untersuchen, ob die Behandlung gezielt onkogene Kondensate angreift, ohne andere für die Zellfunktion essenzielle Kondensate wie Nukleoli oder P-Bodies zu beeinträchtigen. Indem wir aufklären, wie die räumliche Organisation im Zellkern therapeutisch beeinflusst werden kann, könnte dieses Projekt den Weg zu neuen Krebsbehandlungen ebnen, die krankhafte biomolekulare Kondensate in Leukämien gezielt ins Visier nehmen.