Darmkrebszellen und T-Zellen regulieren ihren zentralen Kohlenstoffmetabolismus um
ihren anabolen Bedarf zu erfüllen. Tumorzellen mit einer KRAS- oder BRAF-Mutation
zeigen ein schnelles Wachstum, welches eine Umprogrammierung des Metabolismus vor
aussetzt. Der mitochondriale T-Zellen-Aktivierungsinhibitor (TCAIM) ist bekannt dafür
die mitochondriale Zellstruktur zu beeinflussen. Der Einfluss auf den Metabolismus nicht
klar.
In dieser Arbeit präsentiere ich erstmalig ein mathematische Model des zentralen Kohlen
stoffmetabolismus in Darmkrebszellen und T-Zellen. Mithilfe dieses Modells analysiere
ich, wie sich die Regulation in ähnlichen Zelllinien unterscheidet. In Bezug auf die Darm
krebszellen vergleiche ich BRAF-(CaCO2-BRAFV600E), KRAS-(CaCO2-KRASG12V) mu
tierte Zelllinien mit einer Basiszelllinie (CaCO2-control) und zeige, dass der Kohlenstoff
metabolismus in BRAF-mutierten Zellen im Vergleich zu den beiden übrigen Zelllinien
herabreguliert ist. Das Modell bestätigt außerdem, dass der Monocarboxylattransporter
(MCT) in den Darmkrebszellen eine wichtige Rolle, insbesondere in den KRAS mu
tierten Zellen, spielt. In T-Zellen zeigt der Vergleich von Wildtypzellen (CD8 T-Zellen)
mit TCAIM homozygoten Zellen (TCAIM homozygote CD8 T-Zellen), dass der Kohlen
stoffmetabolismus in zweiteren überwiegend herabreguliert und weniger aktiv ist. Diesen
Effekt konnte ich durch die Analyse von RNASeq-Daten der jeweiligen Zelltypen bestä-
tigen. Des Weiteren stelle ich fest, dass sich der Tricarbonsäurezyklus umkehrt, wenn
durch die Glykolyse nicht ausreichend Laktat exportiert und die Biomasseproduktion
unterstützt werden kann.
Meine Arbeit stellt damit insgesamt einen neuartigen Ansatz zur Integration von Meta
bolomik und RNAseq Daten dar, um die Regulation des zentralen Kohlenstoffmetabo
lismus zu verstehen. / Colon cancer cells and T cells regulate central carbon metabolism to meet their anabolic
needs. In KRAS and BRAF tumors, metabolic reprogramming is a premise to support
rapid proliferation. In T cells, the mitochondrial T cell activation inhibitor (TCAIM)
is known to affect mitochondrial morphology but its effect on cellular metabolism is
not well understood. Via mathematical modelling, I investigate the differential regulation of closely related cell lines. I present the first mathematical model for colon cancer and T cell metabolism, unraveling differential regulation between related cell lines.
The model shows that CaCO2-BRAFV600Ecells are mostly downregulated compared to
CaCO2-KRASG12Vand CaCO2-control. Additionally, it demonstrates the critical role
of monocarboxylate transporter (MCT), especially for CaCO2-KRASG12V. Concerning T cells, I compare wild-type T cells to homozygous TCAIM T cells. This unveils
that TCAIM homozygous cells have a mostly downregulated TCA cycle, validated by
RNASeq data, and are less metabolically active than wild-type T cells. Furthermore,
if the glycolytic flux is not sufficient to support lactate export and biomass production,
the model reveals that the TCA cycle is reversed as it requires less regulation. Taken
together, this work presents a novel approach to integrate data referring to metabolic
and genetic regulation of metabolism. On this basis, we can now better discriminate the
metabolic capacity of CaCO2-control, CaCO2-BRAFV600E, CaCO2-KRASG12V, wildtype CD8 T cells, and homozygous TCAIM CD8 T cells.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:HUMBOLT/oai:edoc.hu-berlin.de:18452/22802 |
| Date | 23 November 2020 |
| Creators | Rainer, Roman Josef |
| Contributors | Klipp, Edda, Sawitzki, Birgit, Banga, Julio R. |
| Publisher | Humboldt-Universität zu Berlin |
| Source Sets | Humboldt University of Berlin |
| Language | English |
| Detected Language | Unknown |
| Type | doctoralThesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | (CC BY-NC-SA 4.0) Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International, https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/ |
| Relation | 10.1038/s41598-018-27394-1 |
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