Kurzfassung

Primary liver cancers (PLCs) are among the most rapidly evolving malignant tumors worldwide. An underlying chronic inflammatory liver disease precedes liver cancer development for several decades and creates a pro-oncogenic microenvironment that renders the liver susceptible for malignant transformation. Depending on the primary cellular targets, a diverse range of different morphological and molecular phenotypes is observed in PLCs that frequently impairs therapeutic progress. In this...Primary liver cancers (PLCs) are among the most rapidly evolving malignant tumors worldwide. An underlying chronic inflammatory liver disease precedes liver cancer development for several decades and creates a pro-oncogenic microenvironment that renders the liver susceptible for malignant transformation. Depending on the primary cellular targets, a diverse range of different morphological and molecular phenotypes is observed in PLCs that frequently impairs therapeutic progress. In this context, the cancer stem cell (CSC) hypothesis provides a plausible explanation for the resulting tumor heterogeneity and implies a rationale for therapeutic strategies beyond the currently used anti-proliferative agents. Thus, eradication of tumors that follow the hierarchic model would require novel therapeutic strategies that specifically target the CSCs. Therefore, a detailed understanding of key molecular features that drive CSC characteristics is imperative to improve the dismal outcome of PLC patients.
In the here presented project, we will focus on different key aspects of CSC-biology in PLCs, including intra-tumoral CSC-heterogeneity, prospective isolation of CSCs as well as therapeutic targeting of stemness features. First, we will develop and evaluate a novel robust and reproducible in vitro model of PLC that closely resembles individual phenotypic and molecular characteristics of individual patients. We will then prospectively isolate purified CSCs from human PLCs and apply next-generation whole transcriptome sequencing to define common molecular features and prognostic implications of PLC-CSCs. Subsequently, we will evaluate the therapeutic potential of targeting the identified signaling pathways for CSC-directed therapeutic approaches by using small molecules as well as RNAi. After successful evaluation of the most promising candidates for molecular targeting we will test the applicability of the obtained results for other solid tumors as well as liver metastasis from different primary cancers. Finally, we will directly test the importance of the tumor microenvironment for the heterogeneity of CSCs in PLC by comparing the molecular profiles of CSCs isolated from different intra-tumoral, peri-tumoral and non-tumorous regions. By the end of these investigations we aim at providing a detailed description of the molecular features of PLC-CSCs and delineate the potential of targeting stemness features to complement the existing therapeutic strategies in PLC.        
 
 
 
Analyse der Heterogenität von Tumor-initiierenden Zellen in Hepato-biliären Tumoren - Molekulare Charakterisierung und therapeutisches Abzielen auf (Krebs-)Stammzell-Eigenschaften
 
Primäre Lebertumore (PLCs) gehören zu den bösartigsten Tumoren weltweit und zeigen eine steigende Inzidenz in der westlichen Welt. In der überwiegenden Mehrzahl der Fälle besteht eine chronisch-entzündliche Lebererkrankung, die ein pro-onkogenes Mikromilieu in der Leber erzeugt und somit die Entwicklung von Leberkrebs prädisponiert. In Abhängigkeit von dem zellulären Ursprung der malignen Transformation entwickelt sich ein breites Spektrum an verschiedenen morphologischen und molekularen Phänotypen, welches generelle therapeutische Strategien für PLCs beeinträchtigt. In diesem Zusammenhang stellt die sog. Krebsstammzell-Hypothese ein plausibles Erklärungsmodell für die beobachtete Tumor-Heterogenität dar. Entsprechend der Hypothese ist ein Abzielen auf molekulare Krebsstammzell-Mechanismen für die definitive Eradikation von PLCs notwendig und erfordert ein detailliertes Verständnis der molekularen Schlüsselcharakteristika von Leberkrebsstammzellen.
In dem hier vorgestellten Projekt werden wir uns auf verschiedene Aspekte der Krebsstammzell-Biologie in PLCs konzentrieren. Neben der intra-tumoralen Krebsstammzell-Heterogenität, sollen die prospektive Isolierung, sowie das therapeutische Abzielen auf Krebsstammzellen im Vordergrund stehen. Zunächst werden wir ein robustes und reproduzierbares in vitro-Modell für PLCs entwickeln, welches die individuellen phänotypischen und molekularen Eigenschaften von PLCs wiederspiegeln. Anschließend werden wir dann prospektiv aufgereinigte Krebsstammzellen aus humanen PLCs isolieren und mittels Next-Generation Transkriptom-Sequenzierung analysieren, um übergeordnete molekulare Merkmale der Krebsstammzellen zu identifizieren sowie deren prognostische Bedeutung zu beschreiben. Anschließend werden wir das therapeutische Potenzial der identifizierten Signalwege für krebsstammzell-gerichtete Therapieansätze mittels zielgerichteter Therapie und RNAi bewerten. Nach erfolgreicher Selektion der aussichtsreichsten Ziele werden wir die Anwendbarkeit dieses Ansatzes für andere solide Tumoren sowie Lebermetastasen von verschiedenen Primärtumoren testen. Abschließend werden wir den Einfluss des Tumor-Mikromilieus für die Heterogenität der von Krebsstammzellen in PLCs analysieren. Hierfür sollen die molekularen Profile von isolierten Krebsstammzellen aus verschiedenen intra-tumoralen, peri-tumoralen und nicht-tumorösen Regionen vergleichen. Ziel dieser Untersuchungen ist es detaillierte Erkenntnisse über die molekularen Eigenschaften von Krebsstammzellen in PLCs zu gewinnen und das Potenzial von Krebsstammzell-gerichteten Therapieansätzen als Ergänzung für bestehende Therapien in PLCs zu beschreiben.

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