Inhaltszusammenfassung:
Gegenstand des Disputationsvortrages ist die Aufklärung der onkogenen und metabolischen Rolle des Ca2+-aktivierten K+-Kanals mit mittlerer Leitfähigkeit (IK) im Mammakarzinom. Dieser Zusammenhang wurde sowohl in einer in vivo Mausstudie, als auch in vitro durch primärzellbasierte Experimente untersucht. Verglichen wurden globale IK-profiziente mit defizienten Mäusen und die zugehörigen Primärzellkulturen, welche in vorangegangenen Studien bereits etabliert wurden.
Die genetische Depletion und/oder pharmakologische Inhibition des IK-Kanals verhindert den Efflux von K+ aus dem Cytosol der MMTV-PyMT Brusttumorzellen. Daraus resultiert eine Hyperpolarisation des Membranpotentials und ein verminderter Ca2+-Einstrom in die Zelle (über bspw. TRPs). Neben einer reduzierten [Ca2+]cyto unter IK-Depletion, zeigt der Kanal auch einen Einfluss auf den SOCE, was ebenfalls auf eine veränderte [Ca2+] im Endoplasmatischen Retikulum ([Ca2+]ER) hindeutet. Erste Befunde dieser Arbeit untermauerten die Vermutung einer reduzierten Ca2+-Homöostase im IK KO. Mit Hilfe von FURA-2- und FRET-basiertem Echtzeitmessungen konnte entsprechend eine Reduktion der [Ca2+]cyto und der [Ca2+]ER in IK-depletierten Zellen bestätigt werden. Folglich ist auch der Transport von Ca2+ aus dem Cytosol oder ER in die Matrix der Mitochondrien verringert ([Ca2+]mito). Wenngleich noch nicht mechanistisch aufgeklärt, zeigte sich in dieser Arbeit eine direkte Korrelation des [Ca2+]mito und des mitochondriellen Membranpotentials, sowie der OxPhos. Das positivere Mito-Membranpotentials und die geringere OxPhos-Aktivität im KO resultieren in einer reduzierten ATP-Produktion des Mitochondriums ([ATP]mito).
Parallel zur OxPhos reduzierte der IK KO die Energie-Homöstase der MMTV-PyMT Zellen auch durch eine verminderte glykolytische Aktivität. Ursache der eingeschränkten Glykolyse war die stark reduzierte Glukose-Aufnahme in IK-depletierten Zellen. Als Folge des somit verminderten Warburg Effekts, der die aerobe Glykolyse in stark proliferierenden Tumoren beschreibt, sowie der Wechselwirkungen von Glykolyse mit der OxPhos durch die Verstoffwechselung von Pyruvat, würde dies die geringere [ATP]mito erklären. Interessanterweise resultierte der eingeschränkte Metabolismus im IK KO nicht in einer verminderten, sondern im Gegenteil, erhöhten [ATP]cyto.
Als Folge dieser energetischen Imbalance im IK KO wurde eine erhöhte (AMP+ADP)/ATP-Ratio vermutet, welche über die AMPK die Energiehomöostase aufrecht erhält. Die AMPK zählt als cytosolischer Energiesensor der (Tumor-)Zellen. Dessen Aktivität war, wie vermutet, in IK-depletierten MMTV-PyMT Brustkrebszellen signifikant erhöht. Die Befunde einer modulierten AMPK-
Der Dekan
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Aktivität im MMTV-PyMT Modell durch die Inhibition der Glykolyse und FOF1-ATP Synthase passen gut zu den Erkenntnissen, dass die AMPK direkt abhängig von der Energie-Homöostase ist. Als Folge der inhibierten Energieproduktion (via Glykolyse und OxPhos) im IK KO, reguliert die AMPK energiesparende Prozesse, wie die Autophagie hoch, um die energetische Imbalance auszugleichen. Die Quantifizierung der gängigen Marker LC3B II, p62 und ULK1 belegt eine beschleunigte Autophagie, wenn der IK-Kanal genetisch oder pharmakologisch durch TRAM-34 inhibiert wird. Diese kompensatorische Gegenregulation des KOs erklärt wiederum die zunächst unerwartet hohe [ATP]cyto. Das in MMTV-PyMT IK KO-Zellen reduzierte und energieverbrauchende Proliferations- und Migrationspotential resultiert mutmaßlich aus dieser Energieimbalance. Es ist anzunehmen, dass den autophagischen Prozess und das hierüber erhöhte [ATP]cyto, die zuvor benannten energieverbrauchenden Zelleigenschaften noch stärker eingeschränkt werden.
Zusammenfassend zeigt die vorliegende Doktorarbeit, dass der IK-Kanal eine essenzielle Rolle im Mammakarzinom und dessen Metabolismus spielt. Die Depletion des Kanals resultiert dabei in einer Energieimbalance, welche maßgeblich über die veränderte Ca2+-Homöostase, die Glykolyse und die OxPhos induziert wurde. Die AMPK versucht die KO-bedingte energetische Imbalance durch die Induktion der Autophagie zwar teilweise zu kompensieren, kann eine Beeinträchtigung der Proliferation, Migration und des Überlebens allerdings nicht verhindern.
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