FG Naumann

Ursachen der malignen Progression

Der Transkriptionsfaktor p53 liegt in etwa 50% aller Tumoren mutiert und damit in inaktiver Form vor. Der Verlust der p53-Aktivität ist ein wesentlicher Schritt der Tumorgenese und spielt eine Rolle bei der Strahlen- und Chemoresistenz vieler Tumoren. Die Restauration der p53-Funktion ist daher ein vielversprechender Ansatz einer Tumortherapie. Der chimeric tumor suppressor (CTS)-1 ist ein synthetisches p53-Analogon, basierend auf der Sequenz und Struktur von p53, kann jedoch im Gegensatz zu p53 nicht funktionell inaktiviert oder proteasomal degradiert werden. CTS-1 kann daher als eine dominant-positive Variante von p53 definiert werden. CTS-1 induziert Zelltod in p53-wildtyp und p53-mutanten Gliomzellen. Um neue, Zelltod-assoziierte bzw. an der Resistenz-entwicklung des Glioms beteiligte Gene und damit mögliche zukünftige Zielgene für eine gliomspezifische Therapie zu identifizieren, wurde eine CTS-1-resistente Zelllinie generiert. Whole-Genome-Microarray-Expressionsanalysen führten zur Identifizierung von etwa 1000 differenziell regulierten Genen in parentalen versus CTS-1-resistenten Gliomzellen. Funktionsanalysen zu einigen der differenziell exprimierten Gene zeigt, dass diese in Prozesse der Tumorzellmigration und -invasion und in Prozesse der Zellproliferation sowie Apoptose involviert sind. Ein Fernziel dieses Ansatzes ist die Identifizierung und Charakterisierung therapierelevanter Zielgene für neuartige und spezifische Gliom-Gentherapie-Ansätze. In unseren Experimenten zur Wirkung von CTS-1 in Gliomzellen konnten wir zeigen, dass Nuclear F kappa B (NFkB), ein normalerweise protektiv wirkender Transkriptionsfaktor, für den CTS-1-induzierten Zelltod essentiell ist. Weitere Versuche werden zeigen, welche Kofaktoren für den Zelltod-induzierenden Effekt von NFkB verantwortlich sind. Ein Faktor, der möglicherweise die Wirkung von NFkB vom „Survivalfaktor“ hin zu einem „Todesfaktor“ steuert, ist der Inhibitor of NFkB zeta ( IkBz). Die Funktion von IkBz im Glioblastom wird im Rahmen einer medizinischen Doktorarbeit, gefördert durch ein Stipendium des IZKF Promotionskollegs, untersucht. Ein weiteres, durch CTS-1- reguliertes Gen haben wir Carboxypeptidase E (CPE) identifiziert. CPE wurde ursprünglich als Neuropeptidase identifiziert, hat aber nach heutigem Wissen zusätzliche Funktionen, insbesondere bei der Entstehung von Tumoren. Eine sezernierte Form von CPE hemmt in Gliomzellen Zellmotilität, ein Charakteristikum des malignen Glioblastoms, welches eine komplette Resektion dieses Tumors verhindert. Eine Behandlung der Gliomzellen mit einem CPE-Inhibitor revertierte den anti-migratorischen Effekt der CPE-Überexpression. Das MTUS1-Gen kodiert für die Angiotensin-II-Rezeptor-interagierenden-Proteine (ATIP)1, 2, 3a, 3b und 4. Insbesondere ATIP1 zeigt in diversen Tumorentitäten Tumor-Suppressorgen-(TSG)-Aktivität. Über die Funktion von MTUS1 im Glioblastom war bislang nichts bekannt. Unsere bisherigen Untersuchungen zeigten, dass im Gliom die verringerte Expression von ATIP1 mit dem Malignitätsgrad korreliert. Die Herabregulation von ATIP1 mit fortschreitender Malignität des Tumors erfolgt dabei vermutlich hauptsächlich über die Methylierung des ATIP1 Promoters. Vermittelt über den AKT und MAPK-Signalweg hemmt MTUS1/ATIP1 das invasive Wachsen, Zellmotilität und Zellteilung von GBM-Zellen. Allerdings fördert ATIP1 auch die Reparatur von Strahlen-induzieren DNA-Schäden. In GBM-Patienten mit ATIP1-exprimiernden Gliomen könnte ATIP1 somit möglicherweise mit der anti-tumoralen Wirkung der Bestrahlungstherapie  kollidieren.

Höring, E., Harter, P. N., Seznec, J., Schittenhelm, J., Bühring, H.J., Bhattacharyya, S., von Hattingen, E., Zachskorn, C., Mittelbronn, M., Naumann, U. The "go or grow" potential of gliomas is linked to the neuropeptide processing enzyme carboxypeptidase E and mediated by metabolic stress.  Acta Neuropathol. (2012)

Brennenstuhl, H., Armento, A., Braczysnki, A. K., Mittelbronn, M., Naumann, U. In glioma cells, IkBζ, an atypical member of the inhibitor of nuclear factor kappa B (NFkB) family, is induced by gamma irradiation, regulates cytokine secretion and is associated with bad prognosis. Int. J. Oncol. 47, 2015: 1971-1980 (DOI: 10.3892/ ijo.2015.3159)

 Ilina, E.I., Armento, A., Garea Sanchez, L., Reichlmeir, M., Braun, Y., Penski C., Capper, D., Sahm, F., Jennewein, L., Harter, P.N., Zukunft, S., Fleming, I., Schulte, D., Le Guerroué, F., Behrends, C., Ronellenfitsch, M.W., Naumann, U., Mittelbronn, M. Effects of soluble CPE on glioma cell migration are associated with mTOR activation and enhanced glucose flux, Oncotarget. 2017 Jun 27. doi: 10.18632/oncotarget.18747

Armento, A., Ilina, E.I., Kaoma, T., Muller, A., Vallar, L., Niclou, S.P., Krüger, MA., Mittelbronn, M. Naumann, U. Carboxypeptidase E transmits its anti-migratory function in glioma cells via transcriptional regulation of cell architecture and motility regulating factors. Int. J. Oncol. 2017, 51: 702-714, (DOI: 10.3892/ijo.2017.4051)

Ranjan N, Pandey V, Panigrahi MK, Klumpp L, Naumann U *, Phanithi PB* The tumor suppressor MTUS1/ATIP1 modulates tumor promotion in glioma: association with epigenetics and DNA repair. Special Edition Recurrent Glioblastoma. Cancers 2021, 13(6), 1245; https://doi.org/10.3390/ cancers13061245  (*) equal authorship

Förderung: Deutsche Krebshilfe, DAAD und IZKF Promotionskolleg Tübingen

(Ansprechpartner: Prof. Dr. U. Naumann)

Therapeutische Effekte von Viscuminen bei der Behandlung des experimentellen Glioblastoms

Glioblastome sind hirneigene Tumoren, die trotz multimodaler Therapie im Median innerhalb eines Jahres zum Tod der betroffenen Patienten führen. Biologische Charakteristika des Glioblastoms sind die massive Invasion und Migration der Gliomzellen in das gesunde Hirnparenchym, eine verstärkte Neoangiogenese und insbesondere die tumorinduzierte Bildung eines immunsuppressiven Milieus im Tumor. Das von Gliomzellen sezernierte Zytokin TGF-β ist dabei wesentlich an der Hemmung einer effektiven Immunantwort gegen Gliome als auch an der Invasion von Gliomzellen in gesunde Hirnregionen beteiligt.

Viscumine sind pflanzliche Lektine, die in der Komplementärmedizin als adjuvante Therapeutika schon seit Jahrzeiten in der Krebstherapie eingesetzt werden. Viscumine werden in der Krebstherapie als Komponenten von Pflanzenextrakten (z.B.  ISCADOR) oder als Reinstoffe (z.B.  Aviscumine) oder als aus der Mistel isolierte Reinstoffe (z.B. natives ML) verwendet. Aviscumine® ist ein in E.coli produziertes rekombinantes Viscumin, welches in klinischen Studien zum Melanom antitumorale Effekte zeigt.

Mistelpräparate zeigen anti-tumorale Effekte in der Behandlung des experimentellen Glioblastom (GBM). In dieser Studie wurden die drei oben genannten Mistelpräparate hinsichtlich ihres Einflusses auf Gliomzellproliferation,  -motilität und anti-tumorale Immuneffekte in vitro und in vivo in Maus-Gliommodellen untersucht und ihre Effektivität verglichen. Im Weiteren wurde die Misteltherapie mit der Gliom-Standardtherapie kombiniert, um additive oder syngeristische Effekte der Kombinationstherapie zu identifizieren. Alle drei Präparate hemmten die Wirkungen von TGF-β, führten zu Änderungen in der Expression von Genen, die in Gliomzellen Prozesse der Migration, Invasion und Zellteilung steuern, hemmten die Gliomzellproliferation und -motilität, verstärkten die anti-tumorale T- und NK-Zell vermittelte Immunantwort und wirkten synergistisch in Kombination mit der GBM-Standardtherapie. Unsere Untersuchungen zeigten, zumindest in vitro und im Tiermodell, dass eine adjuvante Misteltherapie förderlich bei der Behandlung des GBM ist und lässt hoffen, dass die Misteltherapie in der Klinik bei der Behandlung von GM-Patienten Anwendung findet.

Schötterl S, Miemietz JT, Ilina EI, Wirsik NM, Ehrlich I, Gall A, Huber SM, Lentzen H, Mittelbronn M., Naumann U.  “An Assessment of Mistletoe-based drugs work in synergy with radio-chemotherapy in the treatment of glioma in vitro and in vivo in glioblastoma bearing mice. In Technological Innovation in Pharmaceutical Research, Book Publisher International 2021, ISBN: 978-93-90206-65-0, E-ISBN: 978-93-90206-66-7 (in press)

Schötterl S, Naumann U. Antitumoral effects of mistletoe-based preparations in the treatment of experimental glioma Die Mistel in der Tumortherapie V, KVC-Verlag Essen ISBN: 9783965620308, 2020, 79-84

Schötterl S, Miemietz JT, Ilina EI, Wirsik NM, Ehrlich I, Gall A, Huber SM, Lentzen H, Mittelbronn M, Naumann U. Mistletoe-Based Drugs Work in Synergy with Radio-Chemotherapy in the Treatment of Glioma In Vitro and In Vivo in Glioblastoma Bearing Mice. Evid Based Complement Alternat Med. Volume 2019, Article ID 1376140, 17 pages,https://doi.org/10.1155/2019/1376140

Schötterl S, Hübner M, Armento A, Veninga V, Wirsik NM, Bernatz S, Lentzen H, Mittelbronn M., Naumann U. Mistletoe lectin I reduces glioma cell motility by changing mainly the expression of genes assoiated to TGF-β signaling. Phytomedicine2019:61, Suppl 1, doi: 10.1016/j.phymed.2019.09.122

Schötterl S, Huber SM, Lentzen H, Mittelbronn M, Naumann U. Adjuvant therapy using mistletoe containing drugs boosts the T-cell-mediated killing of glioma cells and prolongs the survival of glioma-bearing mice. Evid Based Complement Alternat Med. 2018 vol. 2018, Article ID 3928572, 12 pages, 2018. https://doi.org/10.1155/ 2018/3928572/

Schötterl, S., Hübner, M., Armento, A., Veninga, V., Wirsik, N.M., Bernatz, S., Lentzen, H., Mittelbronn, M., Naumann, U. Viscumins functionally modulate cell motility associated gene Expression. Int. J. Oncol. 2017, 50:  684-696

Schötterl, S., Mittelbronn, M., Lentzen, H., Naumann, U. Effects of mistletoe lectins on the natural killer (NK) cell activity against glioma cells. Die Mistel in der Tumortherapie IV, KVC-Verlag Essen 2016:149-106

Schötterl, S., Naumann, U. Mistletoe compounds as anticancer drugs: Effects and mechanisms in the treatment of Glioblastoma. Translational Research in Biomedicine: Mistletoe: From Mythology to Evidence-Based Medicine, Karger Press, 2015; Vol. 4:48-57

Förderung: Innovationsstiftung Ulrike Sauer, Software AG Stiftung, Verein für Krebsforschung, ISCADOR AG.

(Ansprechpartner: Prof. Dr. U. Naumann)

Oncoviro-Immuntherapie maligner Gliome

Viren sind als Krankheitserreger bekannt und führen in einigen Fällen sogar zu einer ernsten Gesundheitsbedrohung. Nicht jedes Virus ist jedoch gefährlich für den Menschen. So können Viren auch zu  krebsbekämpfenden, onkolytischen (= krebsauflösenden) Viren (OV) umfunktioniert werden: Um Viren gezielt auf den Kampf gegen Krebszellen umzufunktionieren, müssen ihnen gentechnisch Informationen eingebaut werden, mit deren Hilfe sie Tumorzellen erkennen können. Das Virus infiziert die Tumorzelle und beginnt, sich dort zu vermehren. Unter der Last der neu entstehenden Viren "zerfällt" die Tumorzelle, und die frei werdenden Viren befallen weitere, umliegende Krebszellen. Das Virus ist jedoch nicht fähig, sich in „normalen" Körperzellen zu vermehren, diese bleiben daher unbeeinträchtigt. Aufgrund der Virusinfektion wird außerdem das körpereigene Immunsystem auf die Tumorzellen aufmerksam. Mit Antikörpern und Effektorzellen kann es die Tumorzerstörung weiter vorantreiben. In unseren Studien testen wir die therapeutischen Wirkungen eines onkolytischen Adenovirus (XVir-N-31). XVir-N-31 vermehrt sich ausschließlich in chemotherapie-resistenten Glioblastomzellen und Gliom-Stammzellen und tötet nach Infektion und aufgrund der Virusvermehrung diese Zellen ab. Nicht-Tumorzellen werden zwar infiziert, aber das Virus wird dort nicht vermehrt und die Zellen überleben. Behandlung von Glioblastom-tragenden Mäusen mit XVir-N-31 führte zu einer signifikanten Verlängerung des Überlebens im Vergleich zur konventionellen Chemotherapie. Unter Verwendung von onkolytischen Adenoviren, die einen sognannten „immunogenen Zelltod“ herbeiführen, untersuchen wir ebenso den Einfluss unserer Onkovirotherapie auf Immunzell-basierte Anti-Tumorwirkungen und kombinieren immuntherapeutische und virologische Therapieansätze bei der Behandlung des experimentellen Glioblastoms. Es handelt sich um ein Kooperationsprojekt mit der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Per Sonne Holm (TU München), der Arbeitsgruppe Experimentelle Onkologie (Universität Innsbruck), der Neurologischen Universitätsklinik Frankfurt und XVir Therapeutics (München).

Derzeit arbeiten wir daran, die Onkovirotherapie des GBM zu optimieren und kombinieren die Behandlung des Tumors mit XVir-N-31 mit der Tumorbestrahlung. Die Kombination Tumorbestrahlung plus Onkovirotherapie steigert die Virusproduktion in und das Killing von Glioblastomzellen und führt, zumindest im Mausmodell, zur Verlängerung des Überlebens tumortragender Tiere.

Weiterhin optimieren wir die Applikation unseres OV, um auch jene Tumorzellen zu treffen, die weit in das gesunde Hirngewebe eingewandert sind und dort zur Rezidivbildung beitragen. Hierzu verwenden wir Shuttle-Zellen als „Trojanische Pferde“. Diese werden mit dem onkolytischen Adenovirus beladen und wandern, nach Inhalation, über die Nasenschleimhaut und den olfaktorischen Nerv, in das Gehirn und zum Tumor und zu den invadierten Tumorzellen. Dort werden die Viren dann freigesetzt, können die Tumorzellen infizieren und bei ihrer weiteren Vermehrung abtöten. Dieses Projekt führen wir in Kollaboration mit PD Dr. Lusine Danielyan (Klinische Pharmakologie, Tübingen) durch.

Czolk R, Schwarz N, Koch H, Schötterl S, Wuttke TV, Holm PS, Huber SM, Naumann U. In brain tumor initiating cells, irradiation enhances the therapeutic effect of the oncolytic adenovirus XVir-N-31. Int J Mol Med 2019 (in press)

Mantwill, K., Naumann, U., Seznec, J., Girbinger, V., Lage, H. Surowiak P., Beier, C., Mittelbronn, M., Schlegel, J, Holm, P.S. 2013. YB-1 dependent oncolytic adenovirus efficiently inhibits tumor growth of glioma cancer stem like cells. Translational Med. 2013, 11:216

Naumann, U., Holm, P.S. Oncovirotherapy of glioblastoma – a kind of immunotherapy? Brain Disorders and Therapy 2015, http://dx.doi.org/10.4172/2168-975X.S2-001

 Förderung: DFG, Else-Übelmesser-Stiftung, Deutsche Krebshilfe

(Ansprechpartner: Prof. Dr. U. Naumann) 

Die Funktion von Perizyten in der Neoangiogenese des Glioblastoms

Perizyten sind multifunktionelle Zellen, die mikrovaskulären Gefäßen anliegen. Die höchste Dichte an Perizyten ist in Gefäßen des Gehirns zu finden, da Endothelzellen dort viele „tight junctions“ bilden und zusammen mit Perizyten die Blut-Hirn-Schranke (BBB) bilden. Perizyten spielen eine essentielle Rolle bei der Aufrechterhaltung der Kapillarstruktur und der BBB und sie schützen vor Hypoxie-induzierter Destruktion. Unter pathogenen Konditionen wie z.B. dem Glioblastom (GBM) ändern sich Funktionen und Charakteristika von Perizyten. GBM-Zellen modulieren Perizyten und shiften sie von einem tumor-suppressiven zu einem immunosuppressiven und demnach tumorfördernden Zelltyp. In Vorarbeiten konnten wir zeigen, dass EMT-Faktoren in Gliomgefäß-assoziierten Perizyten, nicht aber in Perizyten „normaler“ Gefäße exprimiert werden. Die Hochregulation der EMT-Faktoren erfolgt dabei durch Gliom-sezerniertes Zytokine wie TGF-β oder durch hypoxische Bedingungen, wie sie im Gliom-Mikromilieu vorliegen. Induktion von EMT-Proteinen in Perizyten führt zur deren Aktivierung, induziert Migration sowie phänotypisch einen „vessel-like“ Zelltyp, der auf De/Redifferenzierungsprozesse hinweist und vermutlich mit Änderungen im Zellmetabolismus verknüpft ist. In der Literatur wurde beschrieben, dass die Dedifferenzierung von Perizyten mit einer erhöhten Angiogenese-Rate verknüpft ist. Im laufenden Projekt untersuchen wir, wie Gliomzellen den Differenzierungsstatus von Perizyten beeinflussen, derart Angiogenese induzieren und die Integrität der BBB modulieren.

Wirsik NM, Ehlers J, Mäder L, Ilina EI, Blank AE, Grote A, Feuerhake F, Baumgarten P, Devra j K, Harter PN, Mittelbronn M*, Naumann U*. TGF-β activates pericytes via induction of the epithelial to mesenchymal transition protein SLUG in glioblastoma. Neuropathol Appl Neurobiol. 2021 Mar 29. doi: 10.1111/nan.12714. Online ahead of print.PMID: 33780024 (*) equal authorship

Mäder, L., Blank, A.E., Capper, D., Jangsong, J., Baumgarten, P., Wirsik, N.M., Penski, C., Ehlers, J., Seifert, M., Klink, B., Liebner, S., Niclou, S., Naumann, U., , Harter, P.N., Mittelbronn, M. Pericytes/vessel-associated mural cells (VAMCs) are the major source of key epithelial-mesenchymal transition (EMT) factors SLUG and TWIST in human glioma, Oncotarget, 2018