Team Boukamp: UV-induzierte Hautkrebsentwicklung und Hautalterung
Teamleiterin:
Prof. Dr. rer. nat. Petra Boukamp 
Postdoc:
Dr. Elizabeth Pavez Loriè
Doktoranden:
Katharina Janke
Masterstudentin:
Andrea Ximena Riscanevo Gonzalez
Forschungsprofil
Das
Team von Prof. Petra Boukamp untersucht die Prozesse der Carcinogenese
(Krebsentwicklung) und des Alterns in der Haut. Dazu werden eigens dafür
entwickelte Langzeit-Hautmodelle eingesetzt. Bevor das Team 2015 an das
IUF kam, hat Petra Boukamp in ihrer Abteilung am Deutschen
Krebsforschungszentrum (DKFZ) in Heidelberg mehrere Jahrzehnte auf den
Gebieten der Hautbiologie und Hautkrebsentwicklung gearbeitet.
Forschungsschwerpunkt
des Teams ist es, die zugrundeliegende Mechanismen zu verstehen, die
aufgrund genetischer und umweltinduzierter Veränderungen zu Störungen in
Regeneration und Homöostase der Haut beitragen und speziell solche zu
identifizieren, die zur Hautkrebsentstehung führen. Ein Fokus dabei
waren chromosomale Veränderungen und deren Entstehungsmodus
(UV-induzierte Telomerverkürzung bzw. Induktion von Telomeraggregaten),
sowie die Rolle spezifischer Mutationen. Ein weiterer Fokus, der auch
weiterhin im Vordergrund steht, liegt auf der Entwicklung entsprechender
in vitro Modelle im Bereich „Bioengineering“. Die ersten 3D
organotypischen Kulturmodelle wurden mit dem Ziel entwickelt, die
Struktur und Regulationsmechanismen der menschlichen Haut zu
untersuchen, insbesondere im Hinblick auf die Epidermis und die
menschliche epidermale Stammzelle als Garanten für die lebenslange
Regenerationsfähigkeit. Die frühen Modelle basierten auf
deepidermalisierter Dermis und Hydrogelen. Diese wiesen jedoch aufgrund
selbstinduzierter Destruktion nur eine begrenzte Lebensdauer auf.
Mittlerweile hat das Team eine neue Generation an 3D organotypischen
Kulturmodellen (OTCs) entwickelt. Sie basieren auf Scaffold bzw.
Cell-derived Matrix-basierten dermalen Äquivalenten und basieren darauf,
dass in jedem Fall eine authentische dermale Matrix, also eine
natürliche Umgebung gebildet wird. Diese Modelle sind reproduzierbar,
kommen den Verhältnissen in humaner Haut sehr nahe und haben eine
Lebenszeit von bis zu 6 Monaten. Somit sind sie exzellente Modelle zur
Erforschung von Fragen zur Rolle von epidermalen Stammzellen während der
normalen Regeneration, in der Wundheilung und für die Hautalterung.
Zudem wurde ein OTK Skin Cancer Modell entwickelt, das als einen
essentiellen Schritt der Tumorentstehung die Tumorzell-spezifische
Invasion durch die Basalmembran in das darunterliegende Stroma erlaubt.
Dieses Modell wird als Ergänzung zum HaCaT in vitro Modell für Fragen
der Hautkrebsentwicklung herangezogen. Das nächste Ziel des Teams ist
es, diese in vitro Hautmodelle dahingehend weiterzuentwickeln, dass sie
nicht nur bei grundlegenden biologischen und medizinischen
Fragestellungen, sondern auch im Bereich Umweltdermatologie eingesetzt
werden können.
Projekte
Das KAUVIR Projekt
Seit
geraumer Zeit beschäftigt sich das Team Boukamp speziell auch mit der
Rolle von UV-Strahlung in Tumorentstehung und Hautalterung. In einem
ersten vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
geförderten Konsortiumsprojekt wurde spezifisch die Rolle von UVA
untersucht. Hierbei zeigten aber bereits vergleichende
Kontrolluntersuchungen, dass UVA kombiniert mit UVB oder IRA, verglichen
zu reiner UVA-Bestrahlung, zu abweichenden „Schädigungsprofilen“
führten. Deshalb wird jetzt in dem BMBF Nachfolgeprojekt KAUVIR
(Kombination statt Addition: UV- bis IR-Strahlung in der Krebsentstehung
und Alterung) untersucht, welche Auswirkungen eine
Kombinationsstrahlung von UV, sichtbarem Licht und IRA hat. Hierfür
wurde von dem Konsortium speziell eine Lampe konstruiert, die weitgehend
das natürliche Sonnenlicht nachempfindet. Dies ist essentiell für das
Verständnis der schädigenden Wirkung für den Menschen und für eine
daraus resultierende realistische Risikoabschätzung. Das Team Boukamp
ermittelt in diesem Rahmen, welche Auswirkungen die
Kombinationsbestrahlung auf die Hautzellen im Gewebeverband hat
(Schädigung, Regulation). Ein wichtiger Aspekt in diesem Kontext ist der
Einfluss von Cyclosporin A (CsA) Dieses Medikament wird häufig als
Immunsuppressivum bei Transplantatempfängern verwendet. Mit der
Immunsuppression verbunden ist aber auch ein stark erhöhtes
Hautkrebsrisiko („carcinomatous catastrophe“). Es ist daher von großem
Interesse, mechanistische Verbindungen zwischen CsA-Behandlung und
UV-Bestrahlung aufzuzeigen. Zudem tritt der UV-induzierte Hautkrebs
vorwiegend in älteren Patienten auf und dieser dritte Aspekt wird mit
Hilfe eines neuen OTK-basierten „Alterungsmodells“ untersucht werden.
Prof.
Boukamp leitet das KAUVIR Projekt des BMBF. Kooperationspartner sind
Prof. Jean Krutmann vom IUF, Dr. Rüdiger Greinert und Dr. Beate Volkmer
von den Elbekliniken Buxtehude und Dr. Alexander Rapp von der
Technischen Universität Darmstadt.
Inflammatorische Zellantwort in der Haut
Inflammatorischen
Zellen wird eine wesentliche Rolle bei Hautalterung und
Hautkrebsentwicklung zugeschrieben. Um ihre Rolle in UV-abhängiger
Hautkrebsentwicklung und beim Altern genauer zu untersuchen, sollen als
neuer Forschungsschwerpunkt Hautmodelle mit inflammatorischen Zellen
vervollständigt bzw. etabliert werden. Dies ist ein
Forschungsfeldübergreifendes Projekt, das in enger Zusammenarbeit mit
der AG Esser durchgeführt wird.
Ausgewählte Publikationen
Nöske K, Stark
HJ, Nevaril L, Berning M, Langbein L, Goyal A, Diederichs S, Boukamp P:
Mitotic diversity in homeostatic human interfollicular epidermis. Int J
Mol Sci 17(2), 2016. doi: 10.3390/ijms17020167
Sobel K, Tham M,
Stark HJ, Stammer H, Prätzel-Wunder S, Bickenbach JR, Boukamp P:
Wnt-3a-activated human fibroblasts promote human keratinocyte
proliferation and matrix destruction. Int J Cancer 136(12): 2786-2798,
2015. doi: 10.1002/ijc.29336
Berning M, Prätzel-Wunder S,
Bickenbach JR, Boukamp P: Three-dimensional in vitro skin and skin
cancer models based on human fibroblast-derived matrix. Tissue Eng Part C
Methods 21(9): 958-970, 2015. doi: 10.1089/ten.TEC.2014.0698
Kooperationen
IUF-intern:
AG Krutmann
AG Esser
National:
Dr. Rüdiger Greinert und Dr. Beate Volkmer, Elbeklinik Buxtehude
Dr. Alexander Rapp, University Darmstadt
Prof. Cornelia Mauch, Dermatologie Köln
Prof. Hanno Glimm, DKFZ Heidelberg
Dr. Jörg Galle, IZBI Leipzig
Prof. Jürgen Becker, DKTK Essen
International:
Prof. Sabine Werner, ETH Zürich, Schweiz
Prof. Irene Leigh, School of Medicine, Dundee, UK
Prof. Pritinder Kaur, School of Biomedical Sciences, Bentley Campus, Australien
