Stopp durch SPOP: Wiener Forschungsgruppe entwickelt Strategie gegen AML

Prof. Florian Grebien: SPOP steht für Speckle-type POZ Protein und ist eine sogenannte E3 Ubiquitin Ligase. SPOP kann andere Proteine abbauen, wenn diese nicht gebraucht werden oder nicht funktionell sind. Was wir neu entdeckt haben, ist, dass SPOP als Regulator für die krebsauslösenden NUP98 Fusions-Onkoproteine der akuten myeloischen Leukämie agiert, die wir in meiner Arbeitsgruppe schon sehr lange erforschen.

Wie haben Sie diese Wirkung von SPOP nachgewiesen?

Wir haben einen Ansatz gewählt, in dem wir mit Massenspektrometrie Proteinkomplexe untersucht haben, die diese NUP98 Fusions-Onkoproteine enthalten. Mithilfe der Genschere CRISPR/Cas9 haben wir jedes einzelne dieser Proteine inaktiviert und die jeweiligen Auswirkungen auf die Stabilität der NUP98 Fusions-Onkoproteine untersucht. So haben wir entdeckt, dass das Inaktivieren von SPOP sehr spezifisch zu einer Erhöhung der Spiegel des NUP98 Fusions-Onkoproteins führte. Das heißt im Umkehrschluss, dass SPOP, wenn es vorhanden ist, diese Mengen niedrig hält.

Das heißt, ein höherer Spiegel von SPOP hemmt das Zellwachstum?

Genau, das war die Idee. Aber ein Protein, obwohl es ein körpereigenes Molekül ist, kann man therapeutisch nicht sehr gut zuführen. Unser Forschungsansatz war daher, die Interaktion von SPOP und dem NUP98 Fusions-Onkoprotein zu verstärken, indem wir zwischen SPOP und dem Fusions-Onkoprotein eine räumliche Nähe induzieren. Unsere Annahme war, dass dadurch die spezifische Wirkung von SPOP verstärkt und das Fusions-Onkoprotein effizienter abgebaut werden kann.

Um dieses Konzept zu testen, haben wir ein synthetisches heterobifunktionelles Protein, ein sogenanntes „bioPROTAC“ Molekül, hergestellt, das auf der einen Seite SPOP, auf der anderen das NUp98 Fusions-Onkoprotein binden kann und so eine räumliche Nähe zwischen en beiden Faktoren induziert.

Was war das Ergebnis?

Es ist uns gelungen, das krebsauslösende NUP98 Fusions-Onkoprotein innerhalb von 24 Stunden vollständig abzubauen. Damit haben wir den Beweis erbracht, dass es möglich ist, die zelluläre Maschinerie so umzuprogrammieren, dass diese krebsauslösenden Fusions-Onkoproteine mithilfe von SPOP spezifisch abgebaut werden.

Was ist der nächste Schritt? Eine Folgestudie?

Die aktuelle Studie ist nur der erste Schritt in Richtung eines möglichen therapeutischen Ansatzes. Um therapeutisch einsetzbare Moleküle zu finden, braucht es zwei Dinge: erstens ein Screening von großen Substanz-Datenbanken und zweitens experimentelle Systeme, die wir verwenden können, um Signale aus solchen Screens verlässlich detektieren zu können. Wir sind gerade dabei, die Systeme und Werkzeuge, wie Reporterzelllinien, aufzusetzen.

Könnte SPOP auch bei weiteren Tumorarten eine Rolle spielen?

Das wäre theoretisch möglich, aber es gibt einen Erkennungsmechanismus, eine sogenannte Degron-Sequenz, die je nach E3 Ligase unterschiedlich ist. Das heißt, diesen Ansatz mit SPOP kann man nicht eins zu eins auf jedes andere krebsauslösende Molekül übertragen, weil die Spezifität unter Umständen nicht gegeben ist.

Was erhoffen Sie sich von diesem Ansatz?

Die Therapie von Leukämie bei Kindern ist eigentlich eine riesige Erfolgsgeschichte der modernen Medizin. Vor 50 Jahren sind fast alle Kinder mit dieser Erkrankung verstorben, mittlerweile ist diese Krankheit in den meisten Fällen heilbar. Es gibt aber immer noch Untergruppen von kindlichen Leukämien, wie die akute myeloische Leukämie, die wirklich fatal sind.

Mit unserem Ansatz konnten wir zumindest das Konzept einer neuen Therapie für betroffene Patienten aufzeigen. Wir können jetzt noch nicht sagen, ob und wie gut das in der Praxis funktionieren wird. Aber es ist zumindest ein sehr spannender Ansatz.

Sie sind an der Veterinärmedizinischen Universität und der St. Anna Kinderkrebsforschung tätig  – wie ist diese Verbindung zustande gekommen?

Ich werde oft drauf angesprochen, warum ein Professor an der Veterinärmedizinischen Universität zu Kinderkrebs forscht. Es ist relativ einfach, es liegt am Fach Biochemie, welches ich an der Universität auch unterrichte. Wir interessieren uns für molekulare Mechanismen der Krebsentstehung. Und diese sind bei Krebserkrankungen von Menschen nicht viel anders, als wenn Krebs bei Hunden oder Katzen auftritt. Und so kann man manchmal auch von den Tieren für den Menschen lernen und umgekehrt.

Wie teilen Sie Ihre Zeit zwischen Vetmeduni und St. Anna Kinderkrebsforschung auf?

Ich verbringe eineinhalb Tage in der Woche physisch an der St. Anna Kinderkrebsforschung, den Rest der Zeit unterrichte und forsche ich an der Vetmeduni. Meine Forschungsgruppe ist auch an beiden Standorten lokalisiert, das ergänzt sich sehr gut. Ich finde es eigentlich eine sehr, sehr angenehme Lösung, weil ich von beiden Umfeldern optimal profitieren kann.

Was fasziniert Sie an den Fusions-Onkoproteinen?

Fusions-Onkoproteine entstehen, wenn Chromosomenbrüche in unseren Zellen inkorrekt repariert werden. Sie sind eigentlich das Resultat eines fehlgeleiteten Experiments der Natur und begünstigen das Wachstum von Tumorzellen. Mich hat immer fasziniert, warum diese entstehen und welche molekularen Mechanismen ihrer krebsauslösenden Aktivität zugrunde liegen. Ich habe schon in meiner Post-Doc-Zeit begonnen, die Mechanismen von Blutkrebs zu erforschen. Und das Thema hat mich seither nie losgelassen.

Was treibt Sie in Ihrer Forschung an?

Ich glaube, man muss immer offen für Neues sein, und man muss verschiedene Dinge ausprobieren, auch wenn sie riskant oder wenig plausibel erscheinen. Oft liegen dort die größten Überraschungen und die spannendesten Entdeckungen.

Vielen Dank für das Gespräch

Der Artikel „Harnessing the E3 ligase SPOP for targeted degradation of the NUP98::KDM5A fusion oncoprotein“ von Ecem Kirkiz, Gabriel Kaufmann, Simone Bergqvist, Pablo Fernández-Pernas, Thomas Eder, Laura Quell, Melanie Allram, Gabriele Manhart, Wencke Walter, Torsten Haferlach und Florian Grebien wurde in „Cell Reports“ veröffentlicht.