Zebrafischlarven sollen Kinderkrebs-Rätsel lösen
Aus weltweit 83 Förderanträgen wurde nach strenger Prüfung auch ein Wiener Forschungsprojekt für den hochdotierten „Crazy 8 Initiative Preis“ der US-Stiftung ALSF auserkoren: Wie entsteht das aggressive Ewing-Sarkom im Kindesalter? Diese knifflige Frage will die St. Anna Kinderkrebsforschung gemeinsam mit der Medizinischen Universität Wien und der Universität für Bodenkultur Wien lösen. In Zebrafischlarven sollen – wenn alles klappt – bestimmte Zellen aufleuchten, die für die Tumorbildung entscheidend sind. Ziel ist die Heilung von Kinderkrebs.
Es bestehe die „Chance auf einen echten Wandel“ im Kampf gegen Kinderkrebs, aber auch das „Risiko des Scheiterns“, bleibt Univ.-Prof. Dr. Heinrich Kovar (re. im Bild) am Boden. Unter seiner Leitung hat ein Forschungsteam gerade mit dem Projekt „Tracking Ewing sarcoma origin by developmental and trans-species genomics“ den internationalen „Crazy 8 Initiative Award der Alex’s Lemonade Stand Foundation (ALSF)“ erhalten, wie die St. Anna Kinderkrebsforschung am am 16.03.2021 bekanntgab. Bei der ALSF handelt es sich um eine führende Förderorganisation in der pädriatrischen Krebsforschung.
Vier kamen zum Zug, die Wiener als einzige außerhalb der USA
Die Stiftung ALSF vergibt insgesamt 18,5 Mio. Dollar (15,6 Mio. Euro). Aus über 100 Absichtserklärungen von Forschern gingen 83 Förderanträge hervor. Vier davon kamen zum Zug – das Wiener Projekt der St. Anna Kinderkrebsforschung in Kooperation mit der MedUni Wien und der BOKU Wien ist das einzige außerhalb der USA und erhält rund 3,4 Mio. Dollar (2,86 Euro). Die Forschungsfrage beschäftige die Wissenschaftler seit Generationen: Welche sind die Ursprungszellen von Knochensarkomen und wie entstehen Sie? Das Ewing-Sarkom ist ein sehr aggressiver Knochentumor bei Kinder und Jugendlichen, bei etwa einem Drittel der Patienten ist er mit einem schlechten Langzeitleben verbunden.
Therapien sind daher gefragt, doch die klinische Entwicklung innovativer Medikamente ist eingeschränkt. Zum einen ist das Ewing-Sarkom relativ selten, zum anderen fehlen präklinische Modelle. Nach wie vor ist das Ursprungsgewebe und auch der Zeitpunkt, wann es genetisch entsteht, unbekannt – trotz intensiver Forschung. „Nun betreten wir Neuland, um das Geheimnis dieser Krankheit zu entschlüsseln“, kündigt Kovar an, „das übergeordnete Ziel unseres Projekts ist es, ein geeignetes präklinisches Tumormodell zu entwickeln, das die menschliche Erkrankung rekapituliert. Damit wäre es möglich, präklinische Wirkstoffscreenings im Hochdurchsatz laufen zu lassen.“
Fluoreszierende Proteine angepeilt
Das Forscherteam verfolgt dabei zwei komplementäre Ansätze. Der erste Ansatz, unter der Leitung von Dr. Martin Distel (li. im Bild), St. Anna Kinderkrebsforschung, nutze das epigenetische Gedächtnis der Zelle, die sich an ihr Ursprungsgewebe „erinnert“: Dafür wolle man jene Zellen in Zebrafisch-Larven aufspüren, die analog zu den menschlichen Knochensarkom-Zellen sind. Aus dem epigenetischen Gedächtnis der Zelle werden laut Kovar mehrere genregulierende Elemente verwendet, die typischerweise im menschlichen Ewing-Sarkom aktiv sind und die höchstwahrscheinlich auch in der Zelle des Krebsursprungs aktiviert sind.
„Wir verwenden diese Elemente, um in Zebrafischlarven Reportergene zu regulieren, die für fluoreszierende Proteine kodieren“, erläutert der Professor für Molekularbiologie. Sobald die sarkomspezifischen Regulierungselemente in bestimmten Zellen der Larven aktiviert werden, leuchten diese Zellen auf. „Diesen Prozess beobachten wir während der gesamten Fischentwicklung“, ergänzt Distel, um dann folgende Fragen zu stellen: Wann beginnen die Zellen zu leuchten? In welchem Gewebe? Und für wie lange?
Anschließend wollen die Forscher die leuchtenden Zellen isolieren, deren Identität bestimmen und das krankheitstreibende Onkogen im identifizierten Zelltyp exprimieren, was zur Tumorbildung im Fisch führen sollte. Das wäre dann das erste Mal, ein Ewing-Sarkom menschlichen Ursprungs in einem Tiermodell zum Wachstum zu bringen. Gelingt es, wäre dies ein großer Fortschritt bei der Erforschung des Knochensarkoms.
Atlas zur Differenzierung: gesund versus krank
Der zweite Ansatz, unter der Ko-Leitung von Dr. Florian Halbritter (Bildmitte), konzentriert sich auf mesenchymale und Neuralleisten-Stammzellen, die als mögliche Ursprungszelltypen für die Entstehung des Ewing-Sarkoms in Frage kommen. Mithilfe von Einzelzell-Transkriptom- und Epigenom-Analysen wird laut Halbritter eine „genaue Referenzkarte der menschlichen Stammzellentwicklung“ erstellt: „Wir werden diese Stammzellen in Knorpel-, Knochen-, Fett- oder Nervenzellen differenzieren. Zu verschiedenen Zeitpunkten der Stammzelldifferenzierung möchten wir dann das krebsauslösende Onkogen aktivieren und die sarkomartige Transformation dynamisch überwachen.“
Was die Forscher wissen wollen: Wie differenzieren sich diese Zellen mit und ohne das Onkogen? Die Ergebnisse kommen in einen Differenzierungsatlas von gesunder versus Krebsentwicklung. In der Folge werde die so erstellte Karte mit Daten von menschlichen Tumoren verglichen, um zu sehen, welche Zelltypen und Differenzierungszustände am besten zu den Tumoren passen.
Auf der Spur von Ursprung und Entwicklung des Tumors
Der „neuartige und entscheidende Aspekt unserer Strategie“ bestehe darin, nicht nur die Zelle des Tumorursprungs zu lokalisieren, sondern auch zu untersuchen, in welchem Entwicklungsstadium die Tumorbildung induziert wird. „Wenn wir erfolgreich sind, erwarten wir, dass unser Ansatz zu einigen wenigen Kandidaten-Zelltypen und Differenzierungszuständen hinführt, die dann für die Modellierung der Krankheit verwendet werden können“, hofft Kovar.
Die handelnden Personen des multidisziplinären Forschungsprojektes sind neben dem Ewing-Sarkom-Experteen Kovar, dem Molekularbiotechnologen Distel und dem Bioinformatiker Halbritter (alle St. Anna Kinderkrebsforschung) der Entwicklungsbiologe Univ.-Prof. Dr. Igor Adameyko und der Genomexperte Dr. Matthias Falk (beide MedUni Wien) sowie die Expertin für Zell Engineering Univ.-Prof. Dr. Cornelia Kasper von der BOKU Wien.
Vierjährige verkaufte Limonade, um Geld für Forschung zu sammeln
Die ALSF entstand es aus einer Initiative der damals vier Jahre alten Alexandra „Alex“ Scott. Sie begann mit einem Limonade-Stand in ihrem Vorgarten im US-Bundesstaat Connecticut Geld für die Forschung zu Krebserkrankungen bei Kindern zu sammeln. Als sie mit acht Jahren ihrer Krebserkrankung erlag, hatte sie schon eine Million Dollar (840.000 Euro) für die Kinderkrebsforschung gesammelt. Die Crazy 8 Initiative, die von der ALSF ins Leben gerufen wurde, habe das Ziel, „wirkungsvolle Forschung zu finanzieren, die für Kinder mit historisch schwer heilbaren Krebsarten dringend benötigt wird“, sagt Kovar.
Mehr auf: www.kinderkrebsforschung.at
Foto: Dr. Martin Distel, Dr. Florian Halbritter, Univ.-Prof. Dr. Heinrich Kovar © St. Anna Kinderkrebsforschung