Email: wolfgang.mikulits
Telefon: +43-1-4277 65250
ab Mitte März 2012: +43-1-40160-57527
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ab Mitte März 2012: +43-1-40160-957519
Team:
Wer macht was?
Sara Doppler: 3D Zellkulturen, EMT, Wnt/ß-catenin, genetische und pharmakologische Intervention
Markus Grubinger: Regeneration der Leber, fibroproliferative Wundheilung, RNA Interferenz
Christine Haider: EMT, 3D Zellkulturen, RTK Signalwege, genetische and pharmakologische Intervention
Heidemarie Huber: Genexpression, RNA, Expressions Profile
Georg Machat: EMT, hepatische Tumor-Stammzellen, STAT Signalwege
Michaela Petz: IRES-abhängige Kontrolle der Laminin B1 Translation, EMT, Karzinomprogression
Patrick Reichl: Tumor-Stroma Interaktion, EMT, 3D Zellkulturen, RTK Signalwege, genetische and pharmakologische Intervention
Alexandra Sousek: Wnt/ß-catenin während der EMT und der Karzinomprogression
Nicole Them: Regulation der Translation während der EMT
Wir danken unseren früheren MitarbeiterInnen:
Alexandra Fischer
Eva Fuchs
Melanie Gschaider
Josef Gotzmann
Sylvia Gruber
Mara Hau
Rebeca Höller
Christop Kornauth
Christian Lahsnig
Sabine Mall
Mario Mikula
Verena Proell
Daniela Schaferl
Doris Schneller
Tanja Siwiec
Franziska van Zijl
Markus Zojer
Gudrun Zulehner
Forschungsgebiete
Mechanismen der epithelialen zu mesenchymalen Transition (EMT) während der Karzinomprogression
Tumor-fördernde Funktionen von TGF-ß
Tumor-Stroma Interaktion und Metastasierung
Wundheilung und Fibrose
Selektive Kontrolle der Translation während der Karzinomprogression und Metastasierung
Ziele
Wir untersuchen die molekularen und zellulären Mechanismen, die der Tumorinvasion und Metastasierung von hepatozellulären Karzinomen (Leberkrebs, HCC) zugrunde liegen. Das primäre Ziel ist die Identifikation von Markern und therapeutischen Angriffspunkten in der fortschreitenden Leberkrebsentwicklung. Aus diesen Erkenntnissen sollen weiterführend neue Konzepte zur wirkungsvolleren Bekämpfung des Leberkarzinoms erarbeitet werden und im Rahmen präklinischer Studien getestet werden.
Die „epitheliale zu mesenchymale Transition” (EMT) von Hepatozyten: Die Kooperation von Ras und TGF-ß reguliert die Progression des hepatozellulären Karzinoms (HCC)
Die „epitheliale zu mesenchymale Transition” (EMT) und dessen Umkehrprozess (MET) werden zunehmend als Schlüsselereignisse im Fortschreiten der Karzinombildung und der Metastasierung erkannt. Unsere Forschungsgruppe konnte erstmals die EMT von malignen Hepatozyten durch die Kooperation von onkogenem Ras und „Transforming Growth Factor“ (TGF)-ß nachweisen, die eine dramatische Zunahme der Malignität bewirkt. Bei dieser hepatozellulären EMT kommt es zur Auflösung der Zell-Zell Kontakte, zur Umgestaltung des Zytoskellets und der Entstehung eines invasiven Phänotyps (Abbildung 1). Die Kooperation von onkogenem Ras and TGF-ß verursacht die verstärkte Expression des „Platelet-Derived Growth Factor“ (PDGF) Rezeptors, der für die Akkumulation des ß-catenin im Zellkern verantwortlich ist. Gegenwärtige Projekte konzentrieren sich (i) auf die molekularen Mechanismen der von Ras/TGF-ß stromabwärts gelegenen Wnt/ß-catenin Aktivierung sowie (ii) auf die pathophysiologischen Konsequenzen der nuklearen ß-catenin Akkumulation während der HCC Progression.
Abbildung 1: Die Kooperation von Ras plus TGF-ß verursacht die EMT von Hepatozyten. Epitheliale, Ras-exprimierende Hepatozyten (MIM-Ras) wandeln sich in Gegenwart von TGF-ß zu einem fibroblastoiden Phänotyp um (oberes Feld). Die konfokale Immunfluoreszenz Mikroskopie zeigt die Expression des „Tight Junction“ Markers ZO-1 und des Zytoskelettproteins Aktin an den Zellgrenzen der epithelialen MIM-Ras Hepatozyten. Nach der EMT lokalisiert ZO-1 im Zytoplasma und Aktin bildet Stressfibern (mittleres Feld). In 3-dimensionalen (3-D) Kollagengelen bilden maligne Hepatozyten nach der EMT ungeordnete, faden-ähnliche Strukturen (unteres Feld).
Untersuchungen zu Leberkrebs-Stammzellen
Wir untersuchen das neoplastische Differenzierungspotenzial und das Vorhandensein von Leberkrebs-Stammzellen mittels etablierter, p19ARF defizienter Hepatozyten. Diese immortalisierten p19ARF defizienten Hepatozyten tragen (i) nach orthotoper Transplantation zur Regeneration der geschädigten Leber durch Ausbildung bi-potenter, hepatischer Progenitoren bei, und (ii) nehmen durch den Synergismus von Ras und TGF-ß einen metastatischen Phänotyp an. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die maligne Progression mit (i) TGF-ß abhänginger Aktivierung von PDGF and ß-catenin sowie (ii) mit der Expression von Stammzellmarkern assoziiert ist. Diese epitheliale Plastizität der neoplastischen Hepatozyten deutet auf eine Verknüpfung eines vorhandenen Stammzellpotenzials mit den Kennzeichen des HCC hin. In einem Transplantationsmodell zur Lebertumor-Progression wollen wir die Unterschiede der Differenzierungsmuster von malignen Hepatozyten im Zentrum des Tumors mit jenen an der Tumor-Stroma Grenze und den malignen Hepatozyten in der distalen Metastasierung untersuchen (Abbildung 2). Serielle Analysen von Tumor-Rekultivierungen und orthotopen Retransplantationen erlauben uns, zwischen nicht-metastatischen und jenen metastatischen Hepatozyten zu unterscheiden, die als Leberkrebs-Stammzellen angesehen werden. Durch diese Studien soll das hepatische Tumor-Stammzellpotenzial mit den damit verbundenen molekularen Mechanismen ermittelt werden, um neue und wirkungsvollere Therapien gegen das Leberkarzinom entwickeln zu können.
Abbildung 2: Heterogenität der Karzinomzellen im HCC. Maligne Hepatozyten sind im Zentrum des Tumors als Epithelzellen differenziert. Im Gegensatz dazu geht dieser epitheliale Phänotyp der Hepatozyten an der Peripherie des Tumors und in Angrenzung an das Tumor-Stroma, das von aktivierten hepatischen Myofibroblasten (MFBs) gebildet wird, verloren. MFBs sezernieren TGF-ß, das die EMT (rot) der neoplastischen Hepatozyten induziert (blau). Nach der EMT sezernieren Hepatozyten TGF-ß und PDGF, und akkumulieren ß-catenin im Zellkern (magenta).
STAT3 Aktivierung in der Leberfibrose und in späten Stadien des Lebertumors
In diesem Projekt untersuchen wir die funktionelle Rolle des „Signal Transducer and Activator of Transcription“ (STAT)3 in der hepatischen Fibrose und HCC Progression. Dabei fokussieren wir auf STAT3 als molekulare Verknüpfung zwischen Fibrose und HCC. Im Besonderen verwenden wir die in vitro Aktivierung von hepatischen Stellatzellen zu Myofibroblasten als Modell für die Fibrose, und setzen die EMT der Hepatozyten als in vitro Modell für die HCC Progression und Metastasierung ein. Weiters analysieren wir die Bedeutung der molekularen Interaktion von TGF-ß und PDGF für die Aktivierung von STAT3. Genauere Informationen zu diesem Netzwerkprojekt erhalten Sie auf folgender Website: http://www.jak-stat.at
Der Einfluss der Tumor-Stroma Interaktion auf die Entwicklung des Leberkarzinoms
Die Entwicklung des HCC ist häufig mit der intra- und peritumoralen Ansammlung von Bindegewebe assoziiert, das aus aktivierten hepatischen Stellatzellen (HSCs) entsteht. Sowohl für die Tumorigenese wie auch die hepatische Fibrogenese nimmt TGF-ß eine Schlüsselrolle ein und wird demnach als Kennzeichen dieser pathologischen Ereignisse angesehen. Wir konnten durch Ko-transplantation von Zellen in vivo zeigen, dass die Interaktion von neoplastischen Hepatozyten mit dem Tumor-Stroma, das entweder aktivierte HSCs oder MFBs enthält, ein Fortschreiten in der Malignität der Tumorzellen bewirkt. Unsere Ergebnisse zeigen weiters, dass der TGF-ß/Smad Signalweg die PDGF Signalkaskade aktiviert, wodurch unter anderem die Akkumulation des ß-catenin im Zellkern verursacht wird. Zukünftige Projekte nützen genetische und pharmakologische Ansätze zur Untersuchung der Rolle des PDGF in der hepatozellulären Tumorigenese, die vom Tumor-Stroma abhängig ist. Im Besonderen werden Ko-Kulturen von genetisch-modifizierten Hepatozyten und MFBs in 3-dimensionalen Kollagen-Matrizen sowie Ko-transplantationen in immundefizienten Mäusen untersucht. Nach Behandlung mit löslichen Hemmstoffen wollen wir klären, ob das Eingreifen auf die (i) parakrine TGF-ß and PDGF Regulation von HSCs und MFBs auf Hepatozyten oder die (ii) autokrine Kontrolle der Hepatozyten ausreichend ist, um die Akkumulation von ß-catenin im Zellkern zu verhinde
Regulation der Translation: Funktionelle Analyse des Laminin B1 IRES während der Tumor-Progression
Die Kontrolle der Translation ist ein entscheidendes Ereignis in der Genexpression während vieler zellulärer Prozesse. Die Einleitung der Translation durch zelluläre “Internal Ribosome Entry Sites (IRESs) ist ein Mechanismus, der eine spezifische mRNA Translation durch einzigartige RNA Sequenzen und Sekundärstrukturen in deren untranslatierten Regionen (UTRs) erlaubt. Interessanterweise sind IRESs von besonderer Bedeutung für die Tumorigenese, da die Expression von (Onko)proteinen wie c-myc durch IRES Elemente gesteuert werden. Wir haben kürzlich die IRES-Sequenz identifiziert, die für die Translation von Laminin B1 (LamB1) während der Tumorprogression verantwortlich ist. Mit diesen Daten konnte gezeigt werden, dass die verstärkte Expression des extrazellulären Matrix Proteins LamB1 von einem IRES Element im 5’-UTR der mRNA von LamB1 abhängt (Abbildung 3A). In zukünftigen Projekten werden wir die Sequenz-Motive des LamB1 IRES durch genetische Analyse sowie die physikalische Interaktion der „trans-agierenden Faktoren“ mit dem LamB1 IRES untersuchen (Abbildung 3B). In einem weiteren Schritt ist eine Untersuchung der Signalkaskaden geplant, die die Funktion des LamB1 IRES während der Tumorprogression regulieren. Das Verständnis der molekularen Mechanismen der IRES-abhängigen LamB1 Translation ist für neue Antikrebskonzepte von besonderer Relevanz.
Abbildung 3: (A) LamB1 mRNA wird nach Proteolyse des eIF4G während zellulärem Stress, Hitzeschock oder Tumorprogression effizient translatiert. Diese Ereignisse weisen auf eine Cap-unabhängige Translation hin, die durch ein IRES Element im 5’-UTR von LamB1 vermittelt wird. (B) Die cis-agierende Sequenz des LamB1 IRES wie auch die “IRES trans-acting factors” (ITAFs) sind Gegenstand weiterer Untersuchungen.
Etablierung immortalisierter Hepatozyten und hepatischer Stellatzellen
Die Leber ist ein mitotisch ruhendes Organ mit einem geringen zellulären Umsatz. Nach Schädigung der Leber haben Hepatozyten jedoch eine außergewöhnliche Kapazität zur Proliferation, die eine vollständige Regeneration der geschädigten Leber bewirkt. In der Zellkultur zeigen primäre Hepatozyten keine Zellteilungsaktivität und können auch nicht zur Proliferation stimuliert werden. Diese Tatsache macht die Kultivierung von Hepatozyten kompliziert. In diesem Projekt wollen wir immortalisierte Zelllinien von Hepatozyten und fett-speichernden Stellatzellen aus genetisch-modifizierten Mäusen etablieren. Resultierende Zellpopulationen werden hinsichtlich ihres leber-spezifischen Expressionsprofils sowie nach orthotoper Transplantation und genetischer Manipulation auf deren Fähigkeit zur Leberregeneration und zur Zelldifferenzierung untersucht. Diese Studien sollen wichtige Fragen der epithelialen Zellplastizität und des Differenzierungspotenzials von Hepatozyten beantworten.
Finanzierung:
Fonds zur Förderung der Wissenschaftlichen Forschung (FWF)
FWF, SFB Jak-Stat Signalling; siehe: www.jak-stat.at
European Union, FP7 Health Research, siehe: http://resolve.punkt-international.eu/
Herzfelder'sche Familienstiftung
Jubiläumsfonds der Österreichischen Nationalbank
Hochschuljubiläumsstiftung der Stadt Wien
Österreichischer Auswertiger Dienst (ÖAD)
Lehre:
Lehrunterlagen sind verfügbar unter http://www.meduniwien.ac.at/user/wolfgang.mikulits/ (Passwort notwendig)
Vorlesung "Zellbiologie tierischer Zellen", Institut für Mikrobiologie und Genetik (Sommer)
Übung "Molekulare Genetik und Pathologie (Zellbiologie)", Institut für Mikrobiologie und Genetik (Winter)
Seminar "Seminar in Zellbiologie", Institut für Mikrobiologie und Genetik (Winter)
"Selbstorganisiertes Lernen", Medizinische Universität Wien (Winter)
"Problemorientiertes Lernen", Medizinische Universität Wien (Winter und Sommer)
Seminar und Übung "Vom Molekül zur Zelle", Medizinische Universität Wien (Winter)
Seminar und Übung "Genetik, molekulare und zelluläre Kommunikation", Medizinische Universität Wien (Sommer)
Journal Club "Mechanisms of Cell Invasion, Tumor Progression and Metastasis", Medizinische Universität Wien (Winter und Sommer)
Vorlesung "Die Molekularbiologie der Leber", Medizinische Universität Wien (Winter und Sommer)
Vorlesungen in "Universitätslehrgang Toxikologie", Medizinische Universität Wien
Seminar mit Praktikum „SSM-3 Projektstudie“, Medizinische Universität Wien
PhD Programm "Tumorbiologie - Onkologie": Doktoratsstudium zur Erlangung des "PhD" und des „Applied Medical Sciences“
Publikationen: (letzten 3 Jahre)
1. Petz, M., Them, N., Huber, H., Beug, H., and Mikulits, W. (2011) La activates IRES-mediated translation of Laminin B1 during malignant epithelial to mesenchymal transition. Nucleic Acids Res., revision pending.
2. van Zijl, F., Krupitza, G. and Mikulits, W. (2011). Initial steps of metastasis: Cell invasion and endothelial transmigration. Mut. Res., [Epub ahead of print].
3. Schneller, D., Machat, G., Sousek, A., Proell, V., van Zijl, F., Zulehner, G., Huber, H., Mair, M., Muellner, M.K., Nijman, S.M.B., Eferl, R., Moriggl, R. and Mikulits, W. (2011) p19ARF/p14ARF controls oncogenic functions of Stat3 in hepatocellular carcinoma. Hepatology, [Epub ahead of print].
4. van Zijl, F., Mall, S., Machat, G., Pirker, C., Zeillinger, R., Weinhaeusel, A., Bilban. M., Berger, W., and Mikulits, W. (2011) A Human Model of Epithelial to Mesenchymal Transition to Monitor Drug Efficacy in Hepatocellular Carcinoma Progression. Mol Cancer Ther, 10, 850-860.
5. Lagger, S., Meunier, D., Mikula, M., Brunmeir, R., Schlederer, M., Artaker, M., Pusch, O., Egger, G., Hagelkruys, A., Mikulits, W., Weitzer, G., Muellner, E.W., Susani, M., Kenner, L., and Seiser, C. (2010) Crucial function of histone deacetylase 1 for differentiation of teratomas in mice and humans. EMBO J., 29, 3992-4007.
6. Grusch, M., Petz, M., Metzner, T., Öztürk, D., Schneller, D., and Mikulits, W. (2010) The Crosstalk of RAS with the TGF-β Family during Carcinoma Progression and its Implications for Targeted Cancer Therapy. Curr. Cancer Drug Targets, 10, 849-857.
7. Tentes, I.K., Schmidt, W.M., Krupitza, G., Steger, G.G., Mikulits, W., Kortsaris, A., and Mader R.M. (2010) Long-term persistence of acquired resistance to 5-fluorouracil in the colon cancer cell line SW620. Exp. Cell. Res., 316, 3172-3181.
8. Madlener, S., Saiko, P., Vonach, C., Stark, N., Popescu, R., Gridling, M., Vo, NT-P., Herbacek, I., Davidovits, A., Venkateswarlu, S., Geleff, S., Jäger, W., Grusch, M., Kerjaschki, D., Mikulits, W., Trimurtulu G., Fritzer-Szekeres, M., Szekeres, T., and Krupitza, G. (2010) Multifactorial anti-cancer effects of di-galloyl resveratrol encompass apoptosis, cell cycle arrest, and inhibition of lymphendothelial gap formation in vitro. Br. J. Cancer, 102, 1361-1370.
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10. Mair, M., Zollner, G., Schneller, D., Fickert, P., Gumhold, J., Fuchsbichler, A., Musteanu, M., Esterbauer, H., Kenner, L., Poli, V., Blaas, L., Kornfeld, J.W., Casanova, E., Mikulits, W., Trauner, M., and Eferl, R. (2010) STAT3 protects from bile acid-induced liver fibrosis. Gastroenterology, 138, 2499-2508.
11. Pils, D., Wittinger, M., Petz, M., Gugerell, A., Gregor, W., Alfanz, A., Horvat, R., Braicu, E.I., Sehouli, J., Zeillinger, R., Mikulits, W., and Krainer, M. (2010) BAMBI is overexpressed in ovarian cancer and co-translocates with Smads into the nucleus upon TGF-beta treatment. Gynecol. Oncol., 117, 189-197.
12. El-Gazzar, A., Wittinger, M., Perco, P., Anees, M., Horvat, R., Mikulits, W., Grunt, T.W., Mayer, B., and Krainer, M. (2010) The role of c-FLIP(L) in ovarian cancer: Chaperoning tumor cells from immunosurveillance and increasing their invasive potential. Gynecol. Oncol., 117, 451-459.
13. Khan, M., Giessrigl, B., Vonach, C., Madlener, S., Prinz, S., Herbaceck, I., Hölzl, C., Bauer, S., Viola, K., Mikulits, W., Quereshi, R.A., Knasmüller, S., Grusch, M., Kopp, B., Krupitza, G. (2010) Berberine and a Berberis lycium extract inactivate Cdc25A and induce alpha-tubulin acetylation that correlate with HL-60 cell cycle inhibition and apoptosis. Mutat. Res. 683, 123-130.
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18. van Zijl, F., Mair, M., Csiszar, A., Schneller, D., Zulehner, G., Huber, H., Eferl, R., Beug, H., Dolznig, H., and Mikulits, W. (2009) Hepatic Tumor-Stroma Crosstalk Guides Epithelial to Mesenchymal Transition at the Tumor Edge. Oncogene, 28, 4022-4033.
19. Macheiner, D., Gauglhofer, C., Rodgarkia-Dara, C., Grusch, M., Brachner, A., Bichler, C., Kandioler, D., Sutterlüty, H., Mikulits, W., Schulte-Hermann, R., and Grasl-Kraupp, B. (2009) NORE1B is a putative tumor suppressor in hepatocarcinogenesis and may act via RASSF1A. Cancer Res., 69, 235-242.
20. Lahsnig, C., Mikula, M., Petz, M., Zulehner, G., Schneller, D., van Zijl, F., Huber, H., Csiszar, A., Beug, H., and Mikulits, W. (2009) ILEI requires oncogenic Ras for the epithelial to mesenchymal transition of hepatocytes and liver carcinoma progression, Oncogene, 28, 638-650.
21. Probst, O.C., Puxbaum, V., Svoboda, B., Leksa, V., Stockinger, H., Mikula, M., Mikulits W., and Mach L. (2009) The mannose 6-phosphate/insulin-like growth factor II receptor restricts the tumourigenicity and invasiveness of squamous cell carcinoma cells. Int. J. Cancer, 124, 2559-2567.
22. Winter, H.K., Ehrlich, V.A., Grusch, M., Lackner, A., Schulte-Hermann, R., Grasl-Kraupp, B., Mikulits, W., and Knasmüller, S. (2008) Use of four new human-derived liver-cell lines for the detection of genotoxic compounds in the single-cell gel electrophoresis (SCGE) assay. Mutat. Res., 657, 133-139.
23. Sagmeister, S,, Eisenbauer, M., Pirker, C., Mohr, T., Holzmann, K., Zwickl, H., Bichler, C., Kandioler, D., Wrba, F., Mikulits, W., Gerner, C., Shehata, M., Majdic, O., Streubel, B., Berger, W., Micksche, M., Zatloukal, K., Schulte-Hermann, R., and Grasl-Kraupp, B. (2008) New cellular tools reveal complex epithelial-mesenchymal interactions in hepatocarcinogenesis. Br. J. Cancer, 99, 151-159.
24. Knasmüller, S., Nersesyan, A., Misík, M., Gerner, C., Mikulits, W., Ehrlich, V., Hoelzl, C., Szakmary, A., and Wagner, K.H. (2008) Use of conventional and –OMICS based methods for health claims of dietary antioxidants: a critical overview. British J. Nutrition, E Suppl 1:ES3-52.
