Lumineszenz-basierte Visualisierung des intra- und extrazellulären Tumor-pH sowie Untersuchung des Einflusses von pH auf Tumorzellproliferation und -migration in vitro

• Antragsteller: Professor Dr. Stephan Schreml; Professor Dr. Joachim Wegener
• Fachliche Zuordnung: Dermatologie ; Analytische Chemie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 253182429

Aufbauend auf den in der ersten Förderperiode entwickelten pH-sensitiven Nanosonden, den Tumorzellmodellen, den automatisierten Assays und dem aufgebauten Know-How soll im Rahmen der Projektverlängerung systematisch der Einfluss modulierter pHi und pHe auf die Zellproliferation und -migration in Tumorzelllinien analysiert werden. In Ergänzung dazu werden die Untersuchungen von 2D-Zellmonolayern auf 3D Tumormodelle (multizelluläre Sphäroide) erweitert, um auch in diesen Modellen eine mögliche Beeinflussung von Proliferation und Zelldynamik durch den transmembranösen pH-Gradienten zu hinterfragen. Zum Abschluss dieser Projektphase hoffen wir neue Erkenntnisse zur Rolle von pHi und pHe in der Tumorbiologie zu haben. Flankierend zu diesen funktionellen phänomenologischen Untersuchungen ist es ein weiteres Ziel, zwei molekulare Aspekte zum Einfluss von pHe und pHi mechanistisch zu hinterfragen: (i) die Bedeutung des maßgeblich in den Aufbau eines transmembranösen pH-Gradienten involvierten Ionenaustauschers NHE-1 und (ii) eine mögliche Beteiligung pH-sensitiver GPCRs bei der Signalweiterleitung abgesenkter pHe-Werte ins Zellinnere. Dazu wird NHE1 in den Tumorzelllinien mittels CRISPR/Cas ausgeschaltet oder pharmakologisch inhibiert und nachfolgend der Einfluss dieser Maßnahme auf pHe/pHi sowie auf Proliferation und Migration der Zellen analysiert. Die Beteiligung der pH-sensitiven GPCRs wird unter Einsatz der wenigen bekannten Antagonisten (z.B. Cu2+) und zusätzlich durch gepulste pHe-Absenkung impedimetrisch untersucht und mechanistisch einer direkten Beeinflussung der Zell-Zell- und Zell-Matrix-Verbindungen gegenübergestellt. Diese in vitro Untersuchungen werden mit örtlich hochauflösenden Studien zur Verteilung des extrazellulären pH-Wertes in soliden Tumoren in der Rückenhautkammer am Mausmodell unterstützt, um die in vitro Daten mit den Gegebenheiten im Tumor in Beziehung zu setzen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen