Dieser Preis wurde an Dr. med. Anne Wilke und Frau Dr. med. Uta Demel verliehen. Frau Dr. Wilke arbeitet derzeit als Oberärztin in der Abteilung für Hämatologie und medizinische Onkologie in der Medizinischen Klinik 2 des Universitätsklinikums Frankfurt. Frau Dr. Demel ist Ärztin in der Medizinischen Klinik mit Schwerpunkt Hämatologie, Onkologie und Tumorimmunologie (CBF) der Charité Berlin.
Anne Wilke und Björn Chapuy
Bericht zur Arbeit von Dr. Wilke:
Beim Burkitt Lymphomen (BL) handelt es sich um eine der aggressivsten Entitäten innerhalb der Lymphome; in der rezidivierten Situation ist die Erkrankung praktisch nicht mehr kurativ behandelbar (Rigaud et al. 2019). Daher zeigt sich in dieser Population weiterhin ein starker Bedarf an innovativen, molekular zielgerichteten Therapieansätzen. Aufgrund dessen habe ich mich, als Teil der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Thomas Oellerich und gemeinsam mit vielen nationalen und internationalen Kooperationspartnern, um eine Untersuchung dieser Entität in vitro und in vivo bemüht, um neue, potentiell therapeutisch nutzbare molekulare Therapiestrukturen zu identifizieren.
Im Rahmen dieser Arbeit haben wir uns der Fragestellung zunächst anhand eines CRISPR-Cas9-Drop out Screens in mehreren BL-Zelllinien genähert; hier konnten verschiedene Vulnerabilitäten identifiziert werden, u.a. die Serine-Hydroxymethyltransferase 2 (SHMT2), die innerhalb des C1-Metabolismus eine wichtige Rolle spielt. Diese spezifische Abhängigkeit der Zellen konnten wir in verschiedenen Modellen bestätigen (z.B. mittels Short-hairpin-RNA-Knockdown-Modellen in vitro mit Nachweis eines Zellzyklusarrest sowie gesteigerter Apop-toserate; außerdem mittels in vivo-Modellen mit genetischer und pharmakologischer SHMT2 Inhibition, die zu einer Stagnation des Zellwachstums führten). Zur weiteren Untersuchung des Mechanismus stellten wir ebenfalls metabolische Untersuchungen an; es zeigte sich anhand einer Analyse des Metaboloms, dass die Zellen eine deutliche Glycin- und Formiat-Depletion aufwiesen, wie aufgrund der enzymatisch von SHMT2 katalysierten Reaktion auch zu erwarten war (bei der Glycin als Nebenprodukt anfällt). Im Rahmen von Substitutionsexperimenten stellten wir fest, dass eine Glycin- und Formiat-Substitution in vitro das Wachstum der BL Zellen wieder herstellen konnte trotz pharmakologischer SHMT(2)-Inhibition, wäh-rend weitere Metabolitsubstitutionen (inkl. Serin, Formiat allein, Nukleosiden oder Leucovorin) dies nicht vermochten. Zusätzlich zeigte sich im Rahmen von proteomischen Analysen in BL-Zellen eine reduzierte Konzentration des für BL-Zellen essentiellen Transkriptionsfaktor TCF3 (Schmitz et al. 2012); dieser führt in der Regel zu einer Steigerung des im Rahmen der BL-Pathophysio-logie oncogenen tonischen B-Zellrezeptorsignals (BCR-Signal). Passend dazu konnten wir anhand einer phosphoproteomischen Analyse in BL Zellen zeigen, dass es innerhalb der BL-Zellen zu einem Verlust des BCR-Signals kommt, vergleichbar mit einer genetischen Depletion des BCR (shCD79a). Da sich die Transkription und Translation von TCF3 sowie der proteasomale Abbau unverändert zeigten, vermuteten wir einen Zusammenhang mit den metabolischen Veränderungen innerhalb der Zellen. In der Tat konnten wir in vitro mittels fluoreszenzmikroskopischer und durchflusszyto-metrischer Analysen sowie via Immunoblotting zeigen, dass nach genetischer und pharmakolo-gischer SHMT2-Inhibition die Autophagierate,a.e. via ULK-1 vermittelt und damit mTOR-abhängig, gesteigert war. Diese erhöhte Autophagierate ließ sich durch die Supplementation von Glycin und Formiat wieder umkehren, passend zur darunter wieder zunehmenden Wachstumsrate der Zellen.
Zusätzlich konnten wir anhand eines Proximity-Ligation-Assays im Rahmen der SHMT2-Depletion eine Kolokalisation von TCF3 und LC3 feststellen, welches einen zentralen Bestandteil der autopha-gosomalen Membran darstellt. Damit konnten wir zeigen, dass der Verlust von TCF3 in einem mTOR-vermittelten, autophagosomalen Abbau begründet liegt. Des Weiteren konnten wir in einem high-throughput Drug Screen in vitro feststellen, dass es therapeutisch relevante Substanzen gibt, die eine synergistische Wirkung mit SHMT2-Inhibition zeigen, insbesondere das klinisch hochrelevante Methotrexat. Insgesamt können wir damit fest-halten, dass das die Inhibition von SHMT2 einen relevanten Effekt auf Wachstum und Überleben der BL-Zellen hat, was durch eine gesteigerte Autophagierate und eine dadurch reduzierte Kon-zentration von TCF3 vermittelt wird. Dieser Effekt ist aus unserer Sicht möglicherweise therapeutisch nutzbar, insbesondere aufgrund eines synergisti-schen Effekts mit Methotrexat.
Uta Demel und Björn Chapuy
Bericht zur Arbeit von Dr. Demel:
Die Etablierung von therapeutischen Strategien, die das Potential des Immunsystems freisetzen, hat die Therapie von Krebspatienten revolutioniert. Trotz der großen Erfolge sprechen diese Therapien, wie zum Beispiel die Immune-Check-point Blockade (ICB), nur in Subgruppen von Patienten an und verzeichnen insbesondere in der Therapie der Non-Hodgkin-Lymphome keine tiefgreifenden Erfolge. Es besteht die große Notwendigkeit den Einsatzbereich von ICB durch Kombinationstherapien zu erweitern und diese Biomarker-gestützt zielgerichtet einzusetzen. Um diese Herausforderung zu verfolgen, liegt der Fokus der wissenschaftlichen Arbeit von Frau Demel auf der wechselseitigen Interaktion von Lymphom und Immunsystem während der Tumorentstehung und somit auf Immune-Escape Mechanismen, die es Lymphomzellen erlauben der adaptiven Immunantwort zu entgehen.
Besondere Aufmerksamkeit schenkte sie dem SUMO Signalweg, einem post-translationalen Modi-fikationsmechanismus, der als ein Charakteristikum von Tumoren gilt und mit schlechter Prognose und aggressiver Tumorbiologie assoziiert ist.
In der im Journal of Clinical Investigation veröffentlichten Arbeit konnte Frau Demel erstmalig zeigen, dass gesteigerte SUMOylierung die MHC-I Antigen-präsentation in aggressiven Lymphomen als auch anderen Tumoren unterdrückt und somit die Immunogenität von Tumorzellen drastisch vermindert. Durch einen Multi-OMICs Ansatz konnte sie den Transkriptionsfaktor SAFB als bona fide Zielpro-tein gesteigerter SUMOylierung identifizieren und so mechanistisch erklären, wie pharmakologische SUMO Inhibition die MHC-I Präsentation in Lymphomen und anderen Tumoren wiederherstellt. Darüber hinaus konnte Frau Demel zeigen, dass SUMO Inhibition zu einer verstärkten T-Zell Aktivie-rung führt. Diese Arbeit trägt zu einem besseren Verständnis der antitumoralen Immunantwort bei und zeigt Möglichkeiten auf, durch SUMO Inhibi-tion sowohl die Effektivität von Immuntherapien in aggressiven Lymphomen und anderen Tumoren zu verstärken als auch sekundäre Resistenzen gegenüber einer ICB zu überwinden.
Neben deutlicher immunmodulatorischer Effekte der SUMO Inhibition, konnte Frau Demel die Inhibition des SUMO Signalwegs als Biomarker-informierte Therapie aggressiver B-Zell Lymphome in Haematologica publiziert weiter ausbauen. Sie konnte zeigen, dass MYC Überexpression mit einer gesteigerten Aktivität des SUMO Signal-wegs assoziiert ist und konnte die MYC-induzierte SUMOylierung als eine molekulare Vulnerabilität identifizieren. Zusammenfassend konnte Frau Demel die pharmakologische Inhibition des SUMO Signalwegs hier als eine therapeutische Strategie für MYC-abhängige B-Zell Lymphome im präklinischen Mausmodel etablieren.
