Krebszellen sind unerbittlich. Sie besitzen die ärgerliche Fähigkeit, Resistenzen gegen gängige Therapien zu entwickeln und machen die Behandlung der Krankheit zu einer enormen Herausforderung. Eine aufregende neue Studie könnte jedoch die Schwachstelle des Krebses identifiziert haben; die Entdeckung hat bereits dazu geführt, dass die Krankheit in Zellkulturen nahezu ausgerottet werden konnte.
Die Studie, die kürzlich in der Fachzeitschrift Nature Biomedical Engineering veröffentlicht wurde, zeigt, wie eine Veränderung der Chromatinstruktur in Krebszellen dazu führen könnte, dass diese leichter zerstört werden können.
Im Zellkern ist die DNA um Proteine namens Histone gewickelt. Zusammen bilden sie das Chromatin.
Die Aufgabe des Chromatins ist es, den genetischen Code sauber im Zellkern zu verpacken. Chromatin kann auch regulieren, welche Gene an- und abgeschaltet werden. In Krebszellen jedoch hilft das Chromatin ihnen, sich weiterzuentwickeln und sich an Krebstherapien anzupassen, wodurch sie überleben können.
„Wenn man sich die Genetik als Hardware vorstellt“, erklärt Studienkoautor Vadim Backman von der McCormick School of Engineering an der Northwestern University in Evanston, IL, „dann ist Chromatin die Software.“
„Komplexe Krankheiten wie Krebs“, fügt er hinzu, „hängen nicht vom Verhalten einzelner Gene ab, sondern vom komplexen Zusammenspiel Zehntausender von Genen.“
Deshalb haben Backman und seine Kollegen das Chromatin als Schlüssel zur Bekämpfung der Resistenz gegen Krebsmedikamente ins Visier genommen, und eine von ihnen im letzten Jahr entwickelte bildgebende Technik hat ihnen geholfen, mehr über diese komplizierte Gruppe von Makromolekülen zu erfahren.
Vorhersage des Krebszelltods mit Chromatin
Die neue Technik heißt Partial Wave Spectroscopic (PWS) Mikroskopie und ermöglicht die Echtzeit-Überwachung von Chromatin in lebenden Zellen.
Zusätzlich erklären die Forscher, dass PWS es ihnen erlaubt, Chromatin auf einer Längenskala von 20-200 Nanometern zu beurteilen, was, wie sie sagen, der genaue Punkt ist, an dem die Krebsbildung das Chromatin beeinflusst.
Sie verwendeten PWS, um Chromatin in kultivierten Krebszellen zu überwachen. Sie fanden heraus, dass Chromatin eine spezifische „Packungsdichte“ hat, die mit der Genexpression verbunden ist und Krebszellen hilft, sich Behandlungen zu entziehen.
Die Analyse ergab, dass eine heterogenere und ungeordnetere Packungsdichte des Chromatins mit einer höheren Überlebensrate der Krebszellen als Reaktion auf eine Chemotherapie zusammenhing. Eine konservativere und geordnetere Packungsdichte hingegen war mit einem höheren Krebszelltod als Reaktion auf eine Chemotherapie verbunden.
„Allein durch die Betrachtung der Chromatinstruktur der Zelle konnten wir vorhersagen, ob sie überleben würde oder nicht“, sagt Backman. „Zellen mit normaler Chromatinstruktur sterben, weil sie nicht reagieren können; sie können ihr Genom nicht auf der Suche nach Resistenz erforschen. Sie können keine Resistenz entwickeln.“
Zielgerichtetes Chromatin zur Krebsbekämpfung
Aufgrund ihrer Entdeckung stellten die Forscher die Hypothese auf, dass die Veränderung der Struktur des Chromatins, um es geordneter zu machen, eine Möglichkeit sein könnte, die Anfälligkeit der Krebszellen für eine Behandlung zu erhöhen.
Bei weiteren Untersuchungen fand das Team heraus, dass sie die Struktur des Chromatins modifizieren können, indem sie die Elektrolyte im Kern der Krebszellen verändern.
Das Team testete diese Strategie mit zwei Medikamenten, die bereits von der Food and Drug Administration (FDA) zugelassen sind: Celecoxib und Digoxin.
Celecoxib wird derzeit zur Schmerzlinderung eingesetzt, während Digoxin zur Behandlung von Vorhofflimmern und Herzversagen verwendet wird. Beide Medikamente sind aber auch in der Lage, die Packungsdichte von Chromatin zu verändern.
Die Forscher kombinierten diese Medikamente – die sie als Chromatin-Protection-Therapeutika (CPTs) bezeichnen – mit Chemotherapie und testeten sie im Labor an Krebszellen. Laut Backman beobachteten sie „etwas Bemerkenswertes“.
„Innerhalb von 2 oder 3 Tagen starb fast jede einzelne Krebszelle, weil sie nicht reagieren konnte. Die CPT-Verbindungen töten die Zellen nicht, sie restrukturieren das Chromatin. Wenn man die Fähigkeit der Zellen blockiert, sich weiterzuentwickeln und anzupassen, ist das ihre Achillesferse.“
Vadim Backman
Während die Forscher von ihren Ergebnissen begeistert sind, warnen sie, dass Tier- und Humanstudien erforderlich sind, bevor feste Schlussfolgerungen gezogen werden können.
„Es gibt einen großen Unterschied zwischen Zellkulturen und Menschen“, sagt Backman. „Man weiß nie, wie die Umgebung im menschlichen Körper das Verhalten des Krebses beeinflusst oder ob es unvorhergesehene Nebenwirkungen gibt.“
Das gesagt, die Forscher beachten, dass sie repliziert haben ihre Ergebnisse in sieben verschiedenen Krebsarten so weit, die Backman sagt, ist „sehr vielversprechend.“
Geschrieben von Honor Whiteman am 7. November 2017 – Fakten geprüft von Jasmin Collier