Krebszellen sind unerbittlich und besitzen die schikanöse Fähigkeit, Resistenzen gegen aktuelle Therapien zu entwickeln und die Behandlung der Krankheit zu einer großen Herausforderung zu machen. Eine aufregende neue Studie könnte jedoch Krebs Schwachstelle identifiziert haben; die Entdeckung hat bereits zu einer nahezu vollständigen Ausrottung der Krankheit in Zellkulturen geführt.
Die Studie – die kürzlich in der Fachzeitschrift veröffentlicht wurde – zeigt, wie die Veränderung der Struktur von Chromatin in Krebszellen die Zerstörung der Zellen erleichtern könnte.
Im Zellkern ist die DNA um Proteine gewickelt, die Histone genannt werden. Zusammen bilden sie Chromatin.
Chromatins Aufgabe ist es, den genetischen Code sauber in den Zellkern zu packen. Chromatin kann auch regulieren, welche Gene ein- und ausgeschaltet werden. In Krebszellen hilft Chromatin ihnen jedoch, sich zu entwickeln und an Krebstherapien anzupassen, so dass sie überleben können.
"Wenn Sie Genetik als Hardware betrachten", erklärt Studien-Co-Autor Vadim Backman, der McCormick School of Engineering an der Northwestern University in Evanston, IL, "dann Chromatin ist die Software."
"Komplizierte Krankheiten wie Krebs", fügt er hinzu, "hängen nicht vom Verhalten einzelner Gene ab, sondern vom komplexen Zusammenspiel zwischen Zehntausenden von Genen."
Deshalb haben Backman und seine Kollegen Chromatin als Schlüssel zur Bekämpfung der Resistenz gegen Krebserkrankungen im Visier, und eine Bildgebungstechnik, die sie im letzten Jahr entwickelt haben, half ihnen, mehr über diese komplizierte Gruppe von Makromolekülen zu erfahren.
Vorhersage von Krebszelltod mit Chromatin
Die neue Technik heißt Partial Wave Spectroscopic (PWS) Mikroskopie und ermöglicht die Echtzeitüberwachung von Chromatin in lebenden Zellen.
Darüber hinaus erklären die Forscher, dass PWS Chromatin auf einer Längenskala von 20 bis 200 Nanometern messen kann, was genau der 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 assoziiert ist und Krebszellen dabei hilft, Behandlungen zu umgehen.
Die Analyse ergab, dass eine heterogenere und ungeordnete Chromatin-Packungsdichte mit einem höheren Krebszellüberleben als Reaktion auf eine Chemotherapie in Zusammenhang steht. Eine konservativere und geordnetere Packungsdichte war jedoch mit einem größeren Krebszelltod als Reaktion auf eine Chemotherapie verbunden.
"Allein durch die Chromatinstruktur der Zelle konnten wir vorhersagen, ob sie überleben würde oder nicht", sagt Backman. "Zellen mit normalen Chromatinstrukturen sterben, weil sie nicht reagieren können; sie können ihr Genom auf der Suche nach Resistenz nicht erforschen. Sie können keinen Widerstand entwickeln."
Targeting Chromatin, um Krebs zu töten
Basierend auf ihrer Entdeckung stellten die Forscher die Hypothese auf, dass eine Veränderung der Struktur des Chromatins, um es ordentlicher zu machen, eine Möglichkeit darstellen könnte, die Anfälligkeit der Krebszellen gegenüber einer Behandlung zu erhöhen.
Bei weiteren Untersuchungen stellte das Team fest, dass sie die Chromatinstruktur verändern könnten, indem sie Elektrolyte im Zellkern von Krebszellen veränderten.
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 Herzinsuffizienz eingesetzt wird. Beide Medikamente können jedoch auch die Packungsdichte von Chromatin verändern.
Die Forscher kombinierten diese Medikamente, die sie als Chromatin Protection Therapeutics (CPTs) bezeichnen, mit einer Chemotherapie und testeten sie im Labor auf Krebszellen. Laut Backman erlebten 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 ab; sie restrukturieren das Chromatin. Wenn Sie die Fähigkeit der Zellen zur Entwicklung und Anpassung blockieren, ist das ihr Achilles ' Hacke."
Vadim Backman
Während die Forscher von ihren Ergebnissen begeistert sind, warnen sie davor, 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 sich die Umwelt im menschlichen Körper auf das Verhalten von Krebs auswirkt oder ob unvorhergesehene Nebenwirkungen auftreten."
Allerdings stellen die Forscher fest, dass sie bisher ihre Ergebnisse in sieben verschiedenen Krebsarten repliziert haben, was Backman als "sehr vielversprechend" bezeichnet.
