Exploiting metabolic vulnerabilities caused by autophagy defects for cancer therapy

Die Autophagie ist ein kataboler Prozess, bei dem nicht-essentielle Zellbestandteile recycelt werden, um die Zelle mit neuen Stoffwechselprodukten zu versorgen und ihr so das Überleben unter Nährstoffmangel und anderen Stressbedingungen zu ermöglichen. Seit Jahren gewinnt die Autophagie aufgrund ihrer Rolle in der normalen Zellphysiologie und -pathologie, einschließlich Krebs, zunehmend an Interesse. Tumorzellen durchlaufen während der Krebsentstehung eine Reihe von Veränderungen, die ihren Stoffwechsel beeinflussen und ihren Nährstoffbedarf drastisch erhöhen. Diese Art der metabolischen Umprogrammierung macht sie besonders abhängig von der Autophagie, um Nährstoffmangel oder die Einwirkung von metabolischen Medikamenten zu überleben. Daher wäre es von großem Nutzen, neuartige Angriffspunkte zu identifizieren, die durch Autophagiedefekte bei Krebszellen entstehen. Solche Defekte könnten für eine medikamentöse Stoffwechseltherapie genutzt werden und somit ein wirksames und selektives therapeutisches Fenster öffnen. In dieser Studie haben wir zwei Arten von Defekten im Autophagie-Stoffwechselweg analysiert und getestet, ob und wie sie sich auf die Resistenz gegen Stoffwechselmedikamente wie Dichloracetat und 2-Desoxy-D-Glucose auswirken. Zunächst untersuchten wir ein Modell der Chemoresistenz, in welchem die Induktion von mTOR dazu führt, dass die Resistenz von Tumorzellen gegen das Chemotherapeutikum Cisplatin gefördert wird. Gleichzeitig wurde aber die Autophagie unterdrückt und die Zellen wurden empfindlicher gegenüber Stoffwechselhemmern, welche starken energetischen Stress verursachten. Weiterhin untersuchten wir die Auswirkungen von somatischen Kopiezahlvarianten auf die Autophagie. Autophagie-verwandte Gene (ATGs) sind bei Krebs selten von Punktmutationen betroffen, werden jedoch häufig durch somatische Kopiezahlverluste beeinträchtigt. Es wurde postuliert, dass die Anhäufung mehrerer nicht-homozygoter ATG-Deletionen den autophagischen Fluss reduzieren und eine metabolische Anfälligkeit verursachen könnte, aber ein formaler Beweis stand noch aus. Wir haben CRISPR-Cas9 verwendet, um Deletionen von Schlüssel-ATGs zu induzieren und Zelllinien zu etablieren, die mehrere nicht-homozygote ATG-Deletionen tragen. Während der vollständige Knockout eines einzelnen ATG-Gens die Zellen stark für metabolische Medikamente sensibilisierte, blieben Zellen mit einer Anhäufung von nicht-homozygoten Deletionen mehrerer ATGs weitestgehend unbeeinflusst, was die Widerstandsfähigkeit des Autophagie-Stoffwechselweges gegenüber dieser Art von Veränderung zeigt.