KIP-Veröffentlichungen

Im letzen Jahr erkrankten 70.340 Frauen und 610 Männer in Deutschland an Brustkrebs, einer Krankheit, für deren Bekämpfung neue Therapien erforscht werden müssen, die im Idealfall individuell auf den Patienten angepasst werden können. In Verbindung mit dieser Krebsart stellen die Rezeptoren der Her-Familie einen sehr wichtigen Angriffspunkt der aktuellen Forschung dar, denn Her2-positiver Brustkrebs ist die am häufigsten diagnostizierte Brustkrebsart. Ein vielversprechendes Ziel ist dahingehend die Untersuchung der Mechanismen des Her3-Rezeptors, der gemeinsam mit dem Her2-Rezeptor das mitogenste Dimerisierungspaar bildet. Mittels Antikörpertherapie soll die Signalweiterleitung dieses Rezeptorpaars blockiert werden, da diese in Prozesse wie die Proliferation und die Regelung der Apoptose auf Proteinebene eingreift.
Hochauflösende Lichtmikroskopie ermöglicht es, kleinste Veränderungen in der Rezeptorkonformation des Her3-Rezeptors auf der Zellmembran zu untersuchen und zu analysieren. In dieser Arbeit wurden die Zelllinien SKBr3 und MCF7 untersucht, wobei sowohl unstimulierte Zellen als auch mit dem Bindungsliganden des Her3-Rezeptors (NRG1) stimulierte Zellen zur Kontrolle verwendet wurden, um Aussagen über die Wirksamkeit der Behandlung der Zellen mit den Antikörpern Herceptin und Pertuzumab, die gegen den Her2-Rezeptor gerichtet sind, machen zu können. Mittels Weitfeldmikroskopie konnte eine Anordnung dieser Rezeptoren in Clustern auf der Zellmembran beobachtet werden, hochauflösende Lokalisationsmikroskopie bestätigte dieses Verhalten und ermöglichte es, sogar Umorganisationen der Rezeptoren sehr präzise zu untersuchen und deren Mechanismen besser zu verstehen.
In weiteren Experimenten wurde unter Verwendung eines konventionellen Kits das Bindungsverhalten des Her2-Rezeptors mit dem Her3-Rezeptor auf diesen beiden Zelllinien mittels automatisierter Weitfeldmikroskopie untersucht. Zur Auswertung wurden mit KNIME Zellflächen segmentiert, mit einem dafür ausgearbeiteten Workflow konnte die Anzahl der sich auf diesen Flächen befindenen Dimerisierungsstellen bestimmt werden. Auf den SKBr3-Zelllinie war nach der Stimulation des Her3-Rezeptors mit NRG1 ein Anstieg der Dimerisierungen um etwa 15% im Vergleich zu unstimulierten Zellen zu beobachten.
Wurden die Zellen zusätzlich mit dem therapeutischen Antikörper Herceptin behandelt, so reduziert sich die Anzahl der Bindungen um 40%, mit Pertuzumab sogar um etwa 70% im Vergleich zu unstimulierten Zellen. Diesen Ergebnissen zufolge blockieren die verwendeten therapeutischen Antikörper Dimerisierungsstellen dieser Rezeptoren und damit Fehlregulationen auf Genebene. Auch im Fall der MCF7-Zellen konnten Tendenzen im Bindungsverhalten der beiden Rezeptoren je nach Art der Behandlung (unstimuliert, mit NRG1 stimuliert, mit Herceptin behandelt, mit Pertuzumab behandelt) beobachtet werden.
Mit zukünftigen Experimenten kann, unter Verwendung dieses Kits in Kombination mit hochauflösender Lokalisationsmikroskopie, ein noch tieferer Einblick in Prozesse erreicht werden, welche die Auslöser für diese gemessenen Umorganisationen der Rezeptoren sind. Mit dieser Technik ist eine verfeinerte und individuellere Therapie möglich, die es erlaubt, sowohl den Rezeptorstatus als auch den Dimerisierungsstatus präzise und schnell zu bestimmen.

Last year, 70.340 women and 610 men in Germany were affected with breast cancer, a disease that to be cured successfully requires the development of new therapies which can be adapted to patients' individual needs. With respect to this type of cancer, the receptors of the Her family represent a very important target in current research, because Her2 positive breast cancer is the most commonly diagnosed type of breast cancer. A promising subject is the study of mechanisms of the Her3 receptor, which forms the most mitogen dimerisation pair in combination with the Her2 receptor. Antibody therapy aims to block the signal transduction of this receptor pair, because the latter regulates processes such as proliferation and apoptosis at the protein level.
High-resolution light microscopy makes it possible to study and to analyse minute changes in the conformation of the Her3 receptor on the cell membrane. In this work two cell lines SKBr3 and MCF7 were examined, using both unstimulated cells as well as cells, that were stimulated with the binding ligand of the Her3 receptor (NRG1), to make comparative statements about the effectiveness of a treatment of the cells with therapeutic antibodies Herceptin and Pertuzumab, which are directed against the Her2 receptor.
Using wide-field microscopy, an arrangement of these receptors in clusters could be observed on the cell membrane, while high-resolution localisation microscopy confirmed this behaviour and made it possible to precisely investigate even small-scale reorganisation of the receptors in order to achieve a better understanding of their mechanisms.
In further experiments, the binding behaviour of the HER2 receptor with the Her3 receptor within these two cell lines was examined with a conventional dimerisation kit under an automated wide-field microscope. In the evaluation KNIME was used to segment cell surfaces, so that a specially developed workflow could determine the number of dimerisation spots on these surfaces. On SKBr3 cells, after stimulation of the Her3 receptor with NRG1, an increase of about 15% in dimerisation frequency was detected in comparison to unstimulated cells. When the cells were additionally treated with the therapeutic antibody Herceptin, the number of bonds was reduced by 40%, with Pertuzumab even by about 70% compared to unstimulated cells. These results suggest that therapeutic antibodies lead to the blocking of the dimerisation processes of these receptors and thereby to a decrease of faulty regulation at the gene level. In the case of MCF7 cells small tendencies in the binding behavior of the two receptors were detected that depended on the type of treatment (unstimulated, stimulated with NRG1, treated with Herceptin, treated with Pertuzumab).
In future experiments, which could use this kit in combination with high-resolution localisation microscopy, an even deeper insight can be gained into processes that trigger the observed reorganisation of the receptors. With this technique, a refined and individualised therapy should be possible, which allows to determine both the receptor status and the dimerisation status accurately and fast.