Forschungsteam Prokesch und Krstic

TIMO ist ein Doktoratsprogramm (PhD), das klinisches und präklinisches Know-how, Methoden und die Betreuung an unserer Universität vereint. Weitere Details zum Konsortium und den 15 vom österreichischen Wissenschaftsfonds (FWF) und der Medizinischen Universität Graz geförderten Promotionsprojekten finden Sie unter: https://www.medunigraz.at/doktoratsstudien/phd-program/timo

Was: In der unmittelbaren Umgebung eines Tumors (tumor microenvironment; TME) kann Chemotherapie patientenspezifische metabolische Umprogrammierungen auslösen. Zusätzlich können Anthracyclinezum immunogenen Zelltod führen, was potenziell die Anti-Tumor-Immunität formt. Wie diese metabolischen Anpassungen die Reaktion auf die Immuncheckpoint-Therapie (immune checkpoint inhibitor therapy; ICI) beeinflussen, ist unklar. Wir vermuten, dass die durch Anthracyclin induzierte metabolische Neuverdrahtung von Patient*in zu Patient*in unterschiedlich ist und TME-Merkmale moduliert, die die Reaktion auf ICI bestimmen. Unser Ziel ist es, patientenspezifische Reaktionen auf Chemotherapie/ICI-Kombinationen vorherzusagen, indem wir die metabolischen Veränderungen definieren, die die TME-Zusammensetzung und Immunaktivierung steuern.

Wie: Im Rahmen des Doktorandenprogramms TIMO werden wir patient*innen abgeleitete Brustkrebsorganoide etablieren, sie mit einem Anthracyclin behandeln und die metabolische Neuverdrahtung mittels energetischer Profilierung (Seahorse™), Metabolomik und RNA-Sequenzierung von metabolisch-relevanten Genen quantifizieren. Um die Reaktionsfähigkeit auf ICI zu bewerten, werden wir Co-Kulturen mit patient*innen-gematchten Immunzellen durchführen und die Migration und Aktivierung von T-Zellen analysieren. In komplementäre In-vivo-Studien werden wir ein syngenes Mausmodell verwenden, um durch Anthracyclin verursachte Veränderungen im TME und die anschließende Reaktion auf ICI zu messen.

Wer: Ein*e PhD Kandidat*in (Rekrutierungsprozess laufend) wird von einem translationalen Team von PIs betreut. Die Finanzierung erfolgt durch das FWF doc.funds-Programm (J. Krstic als PI, A. Prokesch als TIMO-Sprecher).

Was: In der unmittelbaren Umgebung eines Tumors (tumor microenvironment; TME) kann Chemotherapie patientenspezifische metabolische Umprogrammierungen auslösen. Zusätzlich können Anthracyclinezum immunogenen Zelltod führen, was potenziell die Anti-Tumor-Immunität formt. Wie diese metabolischen Anpassungen die Reaktion auf die Immuncheckpoint-Therapie (immune checkpoint inhibitor therapy; ICI) beeinflussen, ist unklar. Wir vermuten, dass die durch Anthracyclin induzierte metabolische Neuverdrahtung von Patient*in zu Patient*in unterschiedlich ist und TME-Merkmale moduliert, die die Reaktion auf ICI bestimmen. Unser Ziel ist es, patientenspezifische Reaktionen auf Chemotherapie/ICI-Kombinationen vorherzusagen, indem wir die metabolischen Veränderungen definieren, die die TME-Zusammensetzung und Immunaktivierung steuern.

Wie: Im Rahmen des Doktorandenprogramms TIMO werden wir patient*innen abgeleitete Brustkrebsorganoide etablieren, sie mit einem Anthracyclin behandeln und die metabolische Neuverdrahtung mittels energetischer Profilierung (Seahorse™), Metabolomik und RNA-Sequenzierung von metabolisch-relevanten Genen quantifizieren. Um die Reaktionsfähigkeit auf ICI zu bewerten, werden wir Co-Kulturen mit patient*innen-gematchten Immunzellen durchführen und die Migration und Aktivierung von T-Zellen analysieren. In komplementäre In-vivo-Studien werden wir ein syngenes Mausmodell verwenden, um durch Anthracyclin verursachte Veränderungen im TME und die anschließende Reaktion auf ICI zu messen.

Wer: Ein*e PhD Kandidat*in (Rekrutierungsprozess laufend) wird von einem translationalen Team von PIs betreut. Die Finanzierung erfolgt durch das FWF doc.funds-Programm (J. Krstic als PI, A. Prokesch als TIMO-Sprecher).

Was: Nährstoffmangel (nutrient deprivation; ND) kann Teilgruppen von Krebszellen für Standardtherapien (standard of care; SOC) sensibilisieren und das Tumorwachstum in vivo reduzieren, aber seine Vorteile sind nicht universell auf alle Typen und Subtypen von Krebs übertragbar. Wir vermuten, dass ND pleiotrop wirkt, indem es extrinsische Signale einschränkt und intrinsische Stoffwechselwege anvisiert. Wir wollen "Metabotypen" definieren, die Responder (R) von Nicht-Respondern (NR) hinsichtlich ND-SOC-Therapien unterscheiden und diese Signaturen für die prädiktive Patientenstratifizierung nutzen. 

Wie: Um die Einstellungen für ND-Studien in vitro zu verbessern, entwickelten wir zunächst ein Zellkulturmedium, das die Zusammensetzung menschlichen Plasmas bei längerem Fasten nachahmt. Als Nächstes werden wir ein High-throughputViabilitätsscreening an 20 Brustkrebszelllinien durchführen, die über 20 SOC-Wirkstoffen in Kontroll- und Fastenmedien ausgesetzt waren, um R und NR zu klassifizieren. Metabotypen in aufeinander abgestimmten R/NR-Paaren werden durch untargeted Massenspektrometrie erfasst und stratifiziert, während bioenergetische Zustände durch Messungen der oxidativen Phosphorylierung und Glykolyse quantifiziert werden. Ausgewählte Zelllinien werden in orthotopen Xenograft-Modellen getestet, um in vivo Antworten auf adjunkte ND zu bewerten. Die Rolle systemischer Faktoren wird sowohl in situ als auch in vitro untersucht, um zirkulierende Faktoren, zellulären Stoffwechsel und therapeutische Ergebnisse zu verknüpfen.

Wer: Dieses Projekt wird von Theresia Weiermair geleitet, einer Doktorandin, die durch ein Stipendium der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW Doc-Stipendium) unterstützt wird. Das Projekt wird von FWF (PI: J. Krstic) finanziert.

Was: Aufgrund mangelnden Verständnisses darüber, wie Immuncheckpoints während der Entwicklung von Lymphomen reguliert werden, ist die Effizienz von Checkpoint-Therapie bei Patienten mit aggressivem Lymphom eingeschränkt (10–20 %). Wir beobachteten eine signifikante Reduktion der NR4A1- und p53 Expression sowie eine reziproke Regulierung von Checkpoint-Komponenten in Tiermodellen und Patienten mit diffusen Großzell-Lymphomen (DLBCL). Wie diese Transkriptionsfaktoren und Tumorsuppressoren die Immunumgehung und die Antwort auf Checkpoint-Therapie regulieren, wird im Konsortiums Projekt LYMPHOCHECK untersucht.

Wie: In unserem Projektteil untersuchen wir die regulatorische Landschaft von NR4A1 und p53 in DLBCL mithilfe neuartiger in-vivo Modelle mit B-zell-spezifischer, induzierbarer Deletion von NR4A1 und/oder p53 in Kombination mit Next-Generation Sequenzierungsmethoden (PRO-seq und ChIP-seq).

Wer: Unser Projektteil wird von Helene Michenthaler (PostDoc) und Lilian Lamprecht (PreDoc) geleitet. Finanzierung durch das FWF-Forschungsgruppenprogramm (A. Prokesch, Programmleiter: Alexander Deutsch).

Was: Dieses Projekt untersucht die Mechanismen des Zelltodes im hepatozellulären Karzinom (HCC), um die therapeutischen Ergebnisse durch den Einsatz innovativer präklinischer Modelle und Methoden zu verbessern. Durch die Kombination von HCC-abgeleiteten Zelllinien und  Organoiden aus Patient*innen wollen wir aufklären, wie p53-Status und metabolische Bedingungen die Zellen  während der Behandlung beeinflussen. Die Studie integriert dynamische, Echtzeit-Viabilitätsüberwachung mit molekularer Stratifizierung, um Zelltodwege, einschließlich Apoptose und Ferroptose, zu charakterisieren. 

Wie: Im Zentrum des Projekts steht das Konzept des Zelltod-Primings, das die Anfälligkeit von Krebszellen für Nährstoffmangel (ND) als ergänzende Therapie bewertet. Neue Tests für apoptotisches und ferroptotisches Priming werden entwickelt, um die Auswirkungen von Behandlungen und NR auf zelluläre Reaktionen zu bewerten. 

Wer: Lilian Lamprecht (PreDoc) arbeitet an der Entwicklung und Charakterisierung von patientenabgeleiteten Organoiden und eine Masterstudentin (die noch zu rekrutieren ist) wird ihre Schritte fortsetzen. Das Projekt wird von MEFOgraz finanziert. PI: J. Krstic.

Was: LAMs sind ein kürzlich entdeckter, zentraler Zelltyp bei Stoffwechselerkrankungen und in der Tumor-Mikroumgebung. Unsere früheren Arbeiten haben eine entscheidende Rolle für Adipozyten p53 beim Auftreten von LAMs im Fettgewebe während des intermittierenden Fastens festgestellt (Reinisch I et al., Nature Communications, 2024). In diesem Projekt untersuchen wir, wie der p53 Status in Hepatozyten die LAM-Infiltration und Polarisation in Modellen der Steatohepatitis beeinflusst. 

Wie: Wir entwickeln in-vitro Modelle, die es uns ermöglichen, Signalwege und die transkriptionelle Regulation in der Differenzierung von Monozyten zu LAM zu untersuchen. Diese werden verwendet, um Mechanismen der Zell-zu-Zell-Kommunikation zwischen Hepatozyten und Monozyten/Makrophagen zu entschlüsseln. Darüber hinaus werden in Mäusen Hepatozyten-spezifische p53-Knockout- und Überexpressionsmodelle auf Einzelzellebene mittels Multiplex-Immunfluoreszenz und Einzel-Kern-RNA-Sequenzierung (snRNA-seq) in Zusammenarbeit mit Charlie Scott an der Universität Gent untersucht.

Wer: Unsere Doktorandin Ruonan Xu treibt das Projekt voran; finanziert durch die PhD Faculty MolMed der Medizinischen Universität Graz und EMBO (travel fellowship). PI: A. Prokesch.

Was: Unsere vorherige Arbeit (Reinisch I et al., Nature Communications, 2024) hat eine entscheidende Rolle für p53 in Adipozyten in der Regulation von LAMs bei Gewichtsschwankungen etabliert. In einer kleinen klinischen Kohorte stellten wir fest, dass ein häufig vorkommender p53 Polymorphismus (P72R) mit metabolischen Parametern bei der Gewichtszunahme nach Gewichtsverlust assoziiert ist. Die genauen p53-getriebenen Mechanismen und die Dynamik der LAM-Rekrutierung/-Differenzierung bei Gewichtsschwankungen bleiben jedoch ungeklärt.

Wie: In diesem Projekt adaptieren wir Zman-seq (Kirschenbaum D et al., Cell, 2024), um die Monozyteninfiltration und die LAM-Differenzierung direkt im Fettgewebe zeitlich aufzulösen. Rekrutierungsmechanismen werden mit Ko-Kultur-/Transwell-Assays in Zusammenarbeit mit Sander Kersten (Cornell) aufgedeckt. In Kollaboration mit Matthias Blüher (Universität Leipzig) analysieren wir Biopsien in einer großen Kohorte und stratifizieren die zelluläre, molekulare Zusammensetzung des Fettgewebes (unter Verwendung von snRNA-seq) mit dem P72R-p53-Polymorphismus.

Wer: Zwei Sarahs (Sarah Enzenhofer, Sarah Rimser) sind für verschiedene Aspekte des Projekts verantwortlich. Die Finanzierung erfolgt durch die FWF (A. Prokesch) und die Österreichische Akademie der Wissenschaften (ÖAW Doc-Stipendium: S. Enzenhofer).

Was: In unserer ersten Finanzierungsrunde haben wir herausgefunden, wie p53 als Schlüsselakteur bei Fasten- und Ernährungsübergängen im Fettgewebe, der Leber und der Skelettmuskulatur wirkt. Unser neues Projekt zielt darauf ab, seine Wechselwirkung mit einem weiteren wichtigen metabolischen Regulator, FOXO1, zu untersuchen. Das ursprüngliche Konsortium, bestehend aus unserem Labor an der Medizinischen Universität Graz sowie den Laboren von Micheal Schupp (Charite Berlin) und Tim J. Schulz (DiFE Potsdam), wird nun durch den Strukturbiologen Tobias Madl (Medizinische Universität Graz) erweitert. Gemeinsam wollen wir regulatorische Feinheiten der p53/FOXO1-Achse entschlüsseln, um Innovationen in der Behandlung von Stoffwechselerkrankungen voranzutreiben.

Wie: Um spezifische Modi und Folgen der p53/FOXO1-Interaktion zu entschlüsseln, kombinieren wir Strukturbiologische Ansätze mit verschiedenen NGS-Methoden in zellfreien Systemen, Zellmodellsystemen und transgenen gewebespezifischen Tiermodellen.

Wer: Neben zwei Doktoranden in den deutschen Laboren wird ein Doktorand im Madl-Labor und ein*e PhD Kandidat*in in unserem Labor (Rekrutierung läuft, betreut von A. Prokesch) die Projektteile an der Medizinischen Universität Graz übernehmen. Finanzierung durch die FWF und DFG über das Weave-Programm (Leitung: A. Prokesch).

Was: Fettleibige Diäten und körperliche Inaktivität stehen im Zusammenhang mit einem beeinträchtigten NAD+-Stoffwechsel, der sich als häufiger Treiber für Herz-Kreislauf- und Stoffwechselerkrankungen etabliert hat. Obwohl Bewegung oder NAD+ Supplementierung die Fettleibigkeit reduzieren und das metabolische Syndrom verbessern können, bleiben die zugrundeliegenden Mechanismen unbekannt. Zu diesem Zweck führt das INTERACD+-Konsortium ein mechanistisch orientiertes translationales Forschungsprogramm durch, um zu testen, ob NAD+-Supplementierung die positiven Effekte des Ausdauertrainings verbessert.

Wie: Innerhalb unseres BioTechMed-Flagship Konsortiums (bestehend aus Teams der Medizinischen Universität Graz und der Universität Graz) konzentriert sich unser Labor auf die Organkommunikation über extrazelluläre Vesikel (EVs). Wir verwenden ein Rattenmodell mit metabolischen Syndrom, welches ein Ausdauertrainingsprotokoll durchläuft, mit und ohne NAD+-Vorläufer-Supplementierung. Darüber hinaus testen wir die klinische Relevanz unserer experimentellen Ergebnisse in einer Pilot-Machbarkeitsstudie mit kardiovaskulären Patienten.

Wer: Der EV-bezogene Teil und die Rattenexperimente werden von der Doktorandin Zina Riahi unter der Betreuung von A. Prokesch geleitet. Die Finanzierung erfolgt durch BioTechMed Graz (Leiung: Simon Sedej)

Was: Während des Fastens arbeiten mehrere periphere Organe zusammen, um die systemische metabolische Homöostase aufrechtzuerhalten. Obwohl zahlreiche Studien die gesundheitlichen Vorteile des Fastens belegen, sind die gewebespezifischen, zeitlich-aufgelösten, molekularen Mechanismen noch wenig erforscht. In diesem Projekt liefern wir neue Einblicke in die TCL- und transkriptionelle regulatorische Dynamik einer Zelle während des Fastenverlaufs bei Mäusen.

Wie: Mit innovativen NGS-basierten Methoden (PRO-seq, Einzelkern ATAC-seq) entschlüsseln wir frühe transkriptionelle Effekte und Enhancer-Dynamiken in Proben von Mäusen im Fettgewebe und der Leber. Damit decken wir Mechanismen auf, die helfen, die positiven Auswirkungen des Fastens auf die Gesundheitsspanne und die Verbesserung von Krankheiten wie Stoffwechselstörungen und Krebs zu verstehen.

Wer: Mehrere Labormitglieder haben zu diesem Projekt beigetragen. Derzeit treibt Helene Michenthaler (Postdoc) das Projekt mittels internen Kollaboration mit einem Bioinformatikinnen-Team (Anna Shchetsova, PhD in der Gruppe von Julia Feichtinger) voran. Finanzierung durch die FWF (A. Prokesch) und die Medizinische Universität Graz.

• Andreas Prokesch
• Jelena Krstic
• Helene Michenthaler
• Zina Riahi
• Ruonan Xu
• Theresia Weiermair
• Sarah Enzenhofer
• Sarah Rimser
• Elisabeth Moyschewitz
• Victoria Zopf
• Lilian Lamprecht