Hautkrebs: Wie sich Zellen verändern, um sich effizienter auszubreiten

Hautkrebszellen stellen ihr internes Energiesystem radikal um, damit sie sich in andere Teile des Körpers ausbreiten können, wie eine neue Studie zeigt. Im Zentrum dieses Prozesses steht die AMP-aktivierte Proteinkinase (AMPK).

Hautkrebs gehört zu den sich am schnellsten ausbreitenden Krebsarten und ist ein Schwerpunkt der Forschung von Prof. Victoria Sanz-Moreno, Hauptautorin der Studie. Sanz-Moreno: „In unserem Labor wollen wir verstehen: Was sind die Merkmale von Zellen, die metastasieren können? Was sind ihre Schwachstellen? Und wie können wir sie angreifen?“

In der neuen Studie, die in „Nature Communications“ veröffentlicht wurde, untersuchte das Team, wie metastasierende Zellen ihr Energiesystem umstellen, um sich auf ihrer Reise in andere Teile des Körpers schnell und effizient zu bewegen. Dazu beobachteten die Forschenden wandernde Tumorzellen in einem Modellsystem, das die Bewegung in drei Dimensionen ermöglicht – eine Abkehr von herkömmlichen Systemen, bei denen die Zellen auf einer flachen Oberfläche platziert werden, die nicht genau wiedergibt, wie sich Zellen durch lebendes Gewebe bewegen.

Sie fanden heraus, dass metastasierende Tumorzellen eine Bewegungsform annehmen, bei der die Zellen eine lockere Verbindung zu ihrer Umgebung aufrechterhalten, die es ihnen ermöglicht, durch das Gewebe zu gleiten („rounded-amoeboid migration“). Dies erfordert weitaus weniger Energie als die übliche Art der Zellbewegung, bei der sich die Zellen fest an ihre Umgebung klammern und sich selbst durch ihre Umgebung ziehen („mesenchymal migration“).

Die Arbeitsgruppe erkannte, dass die invasiven Tumorzellen ihre Mitochondrien so umgestalten, dass sie zu dieser effizienten Art der Bewegung passen, indem sie viele kleine, fragmentierte Mitochondrien haben, die im Energiesparmodus arbeiten. Im Gegensatz dazu verfügen weniger invasive Zellen über große, verzweigte Mitochondriennetze, die im Hochleistungsmodus arbeiten.

„Diese metastasenbildenden Zellen stellen sich selbst um, um sehr effizient zu sein“, erklärt Dr. Eva Crosas-Molist, Erstautorin der Studie. „Sie benötigen nur wenig Energie, um sich fortzubewegen, was ihnen hilft, in den potenziell stressigen Umgebungen zu überleben, in die sie wandern und in denen Nährstoff- oder Sauerstoffmangel herrschen kann.“

Außerdem fand das Team heraus, dass die Zellen ihr invasives Verhalten verlieren, wenn sie die Form der Mitochondrien in ihren metastasierenden Tumorzellen manipulieren und sie zwingen, sich stärker zu verbinden. Wenn sie die Mitochondrien in nicht invasiven Zellen trennen, verhalten sich diese Zellen wie metastasierende Tumorzellen. Die Forschenden entdeckten, dass ein Molekül namens AMPK im Zentrum dieser Prozesse steht. Es misst den Energiebedarf der Zelle und steuert auch das Zytoskelett, das bestimmt, wie sich die Zelle bewegt und verhält.

„Das war für uns wirklich überraschend – wir hätten uns nicht vorstellen können, dass eine Veränderung der Mitochondrien das Zytoskelett beeinflussen könnte und umgekehrt,“ erklärt Sanz-Moreno. Indem man diese kleinen Mitochondrien verändere, bewirke man eine globale Veränderung, die das Aussehen der Zelle und ihr gesamtes Verhalten verändere.

Prof. Ketan Patel, leitender Wissenschaftler bei Cancer Research UK, ergänzt: „Patienten, deren Krebs gestreut hat, sind oft mit intensiveren Behandlungen und geringeren Überlebenschancen konfrontiert. Die Erkenntnisse darüber, wie sich Krebszellen im Körper fortbewegen, könnten unglaublich wertvoll sein, um Maßnahmen zu entwickeln, die dies in Zukunft verhindern. Je mehr wir darüber wissen, was im Körper von Menschen mit Krebs vor sich geht, desto besser können wir ihn bekämpfen.“