Nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation wurde allein im Jahr 2022 bei mehr als 20 Millionen Menschen Krebs diagnostiziert und fast 10 Millionen starben an der Krankheit. Obwohl die Krebslast immens ist, könnte die Antwort auf wirksamere Behandlungen in einer mikroskopisch kleinen Zelle verborgen sein.
Unter der Leitung der Doktoranden Samere Zade vom Fachbereich Biomedizintechnik der Texas A&M University und Ting-Ching Wang vom Fachbereich Chemieingenieurwesen enthüllte ein vom Lele Lab veröffentlichtes Papier neue Details über den Mechanismus hinter dem Fortschreiten des Krebses.
Veröffentlicht in Natürliche KommunikationDer Artikel untersucht den Einfluss, den die mechanische Versteifung der Tumorzellumgebung auf die Struktur und Funktion des Zellkerns haben kann.
Krebs hat sich als schwierig zu behandelnde Krankheit erwiesen. Es ist äußerst komplex und die molekularen Mechanismen, die das Fortschreiten des Tumors ermöglichen, sind nicht verstanden. Unsere Erkenntnisse werfen neues Licht darauf, wie die Versteifung von Tumorgewebe die Proliferation von Tumorzellen fördern kann. »
Dr. Tanmay Lele, gemeinsamer Professor der Abteilungen Biomedizintechnik und Chemieingenieurwesen, Texas A&M University
In dem Artikel enthüllen die Forscher, dass, wenn eine Zelle mit einer starren Umgebung konfrontiert wird, die Kernschicht –; ein Gerüst, das dem Kern hilft, seine Form und Struktur beizubehalten –; wird glatt und straff, wenn sich die Zelle über die starre Oberfläche ausbreitet. Diese Ausbreitung führt dazu, dass sich das Yes-assoziierte Protein (YAP), das Protein, das die Zellvermehrung reguliert, in Richtung Zellkern bewegt.
Diese Lokalisierung kann zu einer erhöhten Zellproliferation führen, was das schnelle Wachstum von Krebszellen in starren Umgebungen erklären könnte.
„Die Fähigkeit steifer Matrizen, die Kernspannung zu beeinflussen und die YAP-Lokalisierung zu regulieren, könnte erklären, wie Tumore in versteiftem Gewebe aggressiver und möglicherweise sogar behandlungsresistenter werden“, sagte Zade.
Diese Erkenntnisse bauen auf Leles früherer Entdeckung auf, dass sich der Zellkern wie ein Flüssigkeitströpfchen verhält. In dieser Arbeit entdeckten die Forscher, dass ein Kernlamina-Protein namens Lamin A/C dabei hilft, die Oberflächenspannung des Kerns aufrechtzuerhalten. In der jüngsten Studie wurde festgestellt, dass eine Reduzierung des Lamin-A/C-Spiegels die YAP-Lokalisierung verringert und dadurch die schnelle Zellproliferation verringert.
„Hier spielt das Lamin-A/C-Protein eine Schlüsselrolle: Seine Reduktion machte Zellen weniger empfindlich gegenüber Umweltsteifheit, was sich insbesondere auf die Lokalisierung eines wichtigen regulatorischen Proteins (YAP) im Zellkern auswirkte“, erklärte Zade.
Obwohl Zade und Lele scheinbar komplex und spezialisiert sind, glauben sie, dass die umfassenderen Auswirkungen ihrer Entdeckung künftige Krebsbehandlungen leiten könnten.
„Die Entdeckung, wie die Matrixsteifheit nukleare Veränderungen vorantreibt und wichtige Signalwege wie die YAP-Signalübertragung reguliert, öffnet die Tür für die Entwicklung von Therapien, die auf diese mechanischen Signalwege abzielen“, erklärte Zade. „Medikamente oder Behandlungen könnten so konzipiert werden, dass sie die Tumorumgebung mildern und die physischen Signale stören, die das Wachstum von Krebszellen unterstützen. Lamin-Klimaanlagen und die damit verbundene Kernmechanik könnten Ziele für Krebsbehandlungen werden. »
Zukünftig möchte das Lele Lab untersuchen, inwieweit ihre Ergebnisse auf von Patienten stammende Tumoren anwendbar sind.
Für diese Arbeit wurde das Lele Lab von den National Institutes of Health, dem Cancer Prevention and Research Institute of Texas und der National Science Foundation finanziert. Die Finanzierung dieser Forschung wird von der Texas A&M Engineering Experiment Station verwaltet, der offiziellen Forschungsagentur von Texas A&M Engineering.
