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Ribosomem-Hemmer als neue Tumor-Medikamente

Stellt man sich eine Zelle wie eine Fabrik vor, dann sind Ribosomen jene „Maschinen“, die die Proteine herstellen. Die Bildung von neuen Ribosomen ist für sich schnell teilende Zellen besonders wichtig. „Normale“ Zellen können mit den vorhandenen Ribosomen länger haushalten. Schnellteilende Zellen – wie es etwa Krebszellen sind – brauchen aber permanent Nachschub: „Wenn wir hier die Neubildung von Ribosomen hemmen, könnte das ein vielversprechender Ansatzpunkt für die Entwicklung effektiver Medikamente zur Tumorbehandlung sein“, erklärt Helmut Bergler von der Universität Graz.

Wie der Hemmstoff Diazaborin die Bildung neuer Ribosomen komplett zum Erliegen bringen kann, hat das interdisziplinäre Forschungsteam in Kooperation mit dem Forschungsinstitut für Molekulare Pathologie (IMP) und dem Institute of Science and Technology (IST) jetzt gezeigt. Die WissenschafterInnen haben sich dabei das Protein „Drg1“, das zu einer weit verbreiteten Enzym-Familie gehört, genauer angesehen. Es dient dazu, einen wichtigen Faktor von einer Ribosomen-Vorstufe abzulösen und zu recyclen, so dass dessen Reifung voranschreiten kann. „Die Hemmung von Drg1 durch Diazaborin erfolgt dabei durch einen neuartigen Mechanismus und blockiert effizient die Entstehung neuer Ribosomen“, unterstreicht Erstautor Michael Prattes das Ergebnis ihrer Untersuchungen. 

In der Studie konnte das Forschungsteam erstmals auch die Struktur von Drg1 im Zusammenhang mit Diazaborin mittels cryo-Elektronenmikroskopie bestimmen. Dabei zeigte sich, dass Diazaborin – im Gegensatz zu anderen Hemmstoffen – eine direkte Bindung zum Nukleotid Co-Faktor eingeht.
Das Wissen um die Wirkung des Hemmstoffs könnte nun einen wichtigen Beitrag für die weitere Entwicklung von neuartigen Wirkstoffen in der Behandlung von Tumoren leisten.

Referenz:
Universität Graz, IMP, IST
Structural basis for inhibition of the AAA-ATPase Drg1 by diazaborine, Nature Comm 2021,  https://www.nature.com/articles/s41467-021-23854-x

#tumor #krebs #ribosomen #zellteilung #proteine #hemmwirkung #enzym #medizin #medimpressions

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Tumore, die sich selbst aus dem Weg räumen

Eine neue Technologie ermöglicht dem Körper, therapeutische Wirkstoffe auf Abruf an genau der Stelle herzustellen, an der sie benötigt werden. Die Innovation könnte die Nebenwirkungen einer Krebstherapie reduzieren und dabei helfen, Covid-Behandlungen besser in die Lunge zu verabreichen.

Forschende der Universität Zürich haben ein weit verbreitetes Atemwegsvirus, genannt Adenovirus, so modifiziert, dass es wie ein trojanisches Pferd funktioniert und Gene für therapeutische Wirkstoffe direkt in Tumorzellen transportiert. Im Gegensatz zur Chemo- oder Strahlentherapie schadet dieser Ansatz den normalen, gesunden Zellen nicht, denn sie verbleiben exakt an der Stelle im Körper, an der sie gebraucht werden, anstatt sich im Blutkreislauf zu verteilen, wo sie gesunde Organe und Gewebe schädigen können. In den Tumorzellen angekommen, dienen die gelieferten Gene als Vorlage für therapeutische Antikörper, Zytokine und andere Botenstoffe, die von den Krebszellen selbst produziert werden und den Tumor von innen heraus eliminieren.

Dank des als SHREAD bezeichneten Systems (Shielded, Retargeted Adenovirus) brachten die WissenschaftlerInnen den Tumor in der Brust einer Maus dazu, einen zur Behandlung von Brustkrebs klinisch zugelassenen Antikörper namens Trastuzumab (Herceptin) zu produzieren. Mithilfe eines hochauflösenden 3D-Bildgebungsverfahren und transparent gemachtem Gewebe konnten sie dann zeigen, wie der im Körper produzierte therapeutische Antikörper Poren in Blutgefäßen im Tumor erzeugt, dort Zellen zerstört und ihn so von innen heraus behandelt. Die Technologie wäre für die Verabreichung einer breiten Palette von  Substanzen in verschiedenen Organen und bei verschiedenen Erkrankungen anwendbar.

Referenz:
Universität Zürich
The SHREAD gene therapy platform for paracrine delivery improves tumor localization and intratumoral effects of a clinical antibody as shown by PACT, PNAS 2021, https://www.pnas.org/content/118/21/e2017925118/tab-article-info

#krebs #krebstherapie #tumor #brustkrebs #gentaxi #gentransfer #herceptin #medizin #medimpressions

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Elektrospray gegen Tumore

Lungenkrebs zählt zu den häufigsten Krebsarten und lässt sich trotz der inzwischen vielen zur Verfügung stehenden Therapieformen nur schwer behandeln. Behandlungen erweisen sich als nicht ausreichend wirksam und sind zudem mit einigen Risiken verbunden.

Das Problem einer systemisch verabreichten Chemotherapie ist die beschränkte Wirksamkeit am Ziel und die sehr hohe Belastung der PatientInnen durch mögliche Nebenwirkungen. Ein Forschungsprojekt untersuchte nun eine relativ neue Verabreichungsform, um wirksame Medikamente direkt in den Tumor zu schleusen – ein Elektrospraygerät. Bei diesem Verfahren wird der Wirkstoff unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes in Richtung des Tumors beschleunigt und kann so besser eindringen.
Getestet wurde das in der Krebsbehandlung häufig verwendete Chemotherapeutikum Cisplatin. Dieses wurde direkt unter der Haut mittels Elektrospraygerät auf den Tumor aufgetragen. Im Mausmodell konnte damit nach nur zwei Behandlungen nach sieben Tagen eine Reduktion der Tumoren um 81.2% beobachtet werden. Die nicht behandelten Tumoren hatten sich dagegen in dieser Zeit um 200% vergrößert.

Der überragende Erfolg der Behandlung überraschte sogar die Forscher. Denn die Reduktion der Tumorgröße um über 80% in dieser Gruppe überstieg sogar die Reduktion von 15% in der Gruppe, die ebenfalls Cisplatin, jedoch ohne Elektrospray, erhielt, um ein Vielfaches. Der Einsatz des Elektrosprays führte offenbar zu einer erheblichen Steigerung der Aufnahme des Medikaments aus den Zwischenzellräumen, wie zumindest in vitro- Untersuchungen nahelegen. Aufgrund der vielversprechenden präklinischen Befunde sollen nun relativ rasch klinische Untersuchungen der neuen Methode folgen.

Referenz:
Universität Bern, Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW)
Electrospray Mediated Localized and Targeted Chemotherapy in a Mouse Model of Lung Cancer, Front. Pharmacol April 2021; https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphar.2021.643492/full

#krebs #lunge #chemotherapie #elektrospray #cisplatin #tumorbehandlung #krebstherapie #medizin #medimpressions

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Diagnostik Epigenetik Genetik Molekulare Medizin Onkologie Wissenschaft

Deep Learning identifiziert 165 neue Krebsgene

Wenn Krebszellen außer Kontrolle geraten, sind in aller Regel DNA-Veränderungen in Krebsgenen daran schuld. Doch einige Krebsarten entstehen bereits bei nur sehr wenigen mutierten Genen. In diesen Fällen führen andere, wenig verstandene Ursachen zur Erkrankung.

Ein Forschungsteam vom Max-Planck-Institut für molekulare Genetik in Berlin und das Institut für Computational Biology des Helmholtz Zentrums München hat nun einen neuen Algorithmus entwickelt, der mit Hilfe von maschinellem Lernen 165 zuvor unbekannte Krebsgene identifizierte. Von diesen Genen sind längst nicht alle mutiert – die neu entdeckten Gene stehen jedoch alle in engem Austausch mit bereits bekannten Krebsgenen. Überdies sind sie überlebenswichtig für Tumorzellen, wie sich im Zellkulturexperiment herausstellte.

Das auf den Namen „EMOGI“ getaufte Programm kann auch erklären, welche zellulären Zusammenhänge jedes der identifizierten Gene zu einem Krebsgen machen. Dazu kombiniert das Programm zehntausende Datensätze aus Patientenproben. Diese enthalten neben Sequenzdaten mit Mutationen auch Informationen über DNA-Methylierungen, die Aktivität einzelner Gene und Interaktionen von Proteinen, die an zellulären Signalwegen beteiligt sind. Ein Deep-Learning-Algorithmus erkennt in diesen Daten die Muster und molekularen Gesetzmäßigkeiten, die zu Krebs führen. So wurden z. B. Gene identifiziert, deren Sequenz bei Krebs meist unverändert bleibt, die jedoch trotzdem für den Tumor unverzichtbar sind, weil sie beispielsweise die Energiezufuhr regulieren.
In der Klinik helfen diese Daten für Erkrankte die jeweils beste Therapie zu finden – also die wirksamste Behandlung mit den wenigsten Nebenwirkungen. Zudem lässt sich anhand der molekularen Eigenschaften eine Krebserkrankung schon frühzeitig erkennen.

Referenz:
MPIMG Berlin, Helmholtz Zentrum München
Integration of Multi-Omics Data with Graph Convolutional Networks to Identify New Cancer Genes and their Associated Molecular Mechanisms, Nature Mach Intell 2021;

https://www.nature.com/articles/s42256-021-00325-y

#krebs #krebsgene #deeplearning #tumor #methylierung #mutation #multiomics #medizin #medimpressions

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Immunologie Nephrologie Onkologie Personalisierte Medizin Wissenschaft

Leberkrebs: Bei wem wirkt die Immuntherapie?

Weltweit ist Leberkrebs die vierthäufigste Krebstodesursache. Bei fortgeschrittener Erkrankung stehen zwar verschiedene Therapien zur Verfügung, die das Tumorwachstum aber meist nur vorübergehend aufhalten können. Immuntherapien (Checkpoint-Inhibitoren) schlagen bei etwa einem Viertel der Fälle mit Erfolg an. Bei welchen Patienten diese Behandlung anspricht, war bislang unklar.

Wissenschaftler fanden nun heraus, dass Leberkrebs, der durch chronisch-entzündliche Fettlebererkrankung ausgelöst wurde, nicht auf diese Therapie anspricht. Zu viele Kalorien, zu wenig Bewegung und ein zu hohes Körpergewicht führen zu einer Fettleber. Die wiederum kann eine nicht-alkoholbedingte Leberentzündung (NASH) zur Folge haben – eine Brutstätte für Leberkrebs.
Dies lässt sich auch in Mäusen beobachten. Bei übergewichtigen Tieren fanden Forscher eine außergewöhnlich hohe Anzahl bestimmter T-Zellen. Diese schützten die Tiere jedoch nicht, wie erwartet, vor der Entwicklung von Leberkrebs, sondern verschlimmerten die Entzündung und förderten die Krebsentstehung. Noch weiter stieg die Zahl der schädlichen Zellen an, wenn NASH-Mäuse mit einem Checkpoint-Inhibitor behandelt wurden.

Dass die Befunde nicht nur für fettleibige Mäuse relevant sind, zeigte eine Analyse von verschiedenen Patientenkohorten. In den erkrankten Lebern fanden die Forscher T-Zellen, die in ihrem Profil mit den autoaggressiven T-Zellen der NASH-Mäuse übereinstimmten. Plus, in der Gruppe der virusbedingten Tumoren verbesserten die Checkpoint-Inhibitoren das Krebsüberleben. Patienten, die an NASH-bedingtem Leberkrebs erkrankt waren, profitierten nicht. Im Gegenteil, ihre Überlebenszeit blieb deutlich hinter der von identisch behandelten Patienten mit virusinduziertem Leberkrebs zurück.

Referenz:
DKFZ Heidelberg
NASH precludes anti-tumor surveillance in immunotherapy-treated hepatocellular carcinoma, Nature 2021, DOI: 10.1038/s41586-021-03362-0
Auto-aggressive CXCR6+ 1 CD8 T cells cause liver 2 immune pathology in NASH, Nature 2021; DOI: 10.1038/s41586-021-03362-0

#krebs #leberkrebs #immuntherapie #nash #fettleber #immunologie #krebsbehandlung #medizin #medimpressions

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Biotechnologie Immunologie Onkologie Personalisierte Medizin Wissenschaft

Mit zwei Virusarten gegen Tumore

Eine internationale Forschungsgruppe unter Leitung der Universität Basel hat eine vielversprechende Strategie für therapeutische Krebsimpfungen entwickelt. Der Ansatz das Immunsystem als Verbündeten einzusetzen, ist nicht neu. Im Prinzip werden Bestandteile des Tumors als Erkennungsmerkmal für das Immunsystem eingesetzt. Patienten erhalten diese in Form einer Impfung. Als Vehikel für Tumormoleküle dienen unschädlich gemachte Viren, die auch für eine starke Tumorantwort sorgen. Allerdings scheiterten bisher viele Versuche für eine solche Krebstherapie an einer zu wenig effizienten Immunantwort.

Eine Hürde besteht darin, dass der Tumor aus körpereigenen Zellen besteht und das Immunsystem Sicherheitsvorkehrungen trifft, um diese nicht anzugreifen. Zudem richten sich die Immunzellen oft mehr gegen das körperfremde Virusvehikel als gegen seine „Tumorfracht“.

Die Forschungsgruppe um Daniel Pinschewer, Universität Basel, hat bereits in früheren Studien entdeckt, dass sich Viren aus der Familie der Arenaviren gut eignen, um eine starke Immunantwort auszulösen. Nun berichten sie, dass die Kombination aus zwei verschiedenen Arenaviren im Tierversuch vielversprechende Resultate liefern. Pinschewer: „Indem wir (für die Impfung) nacheinander zwei verschiedene Viren verwenden, fokussieren wir die ausgelöste Immunantwort auf das, worauf es ankommt, nämlich das Tumormolekül.“
Bei etwa 20 bis 40 Prozent der Tiere – je nach Art ihrer Krebserkrankung – verschwand der Tumor, während sich bei weiteren das Tumorwachstum zumindest temporär verlangsamte.
Über die Wirksamkeit dieser neuen Therapieform beim Menschen gibt es noch keine Erkenntnisse. Laufende Studien mit einer Krebstherapie, die auf nur einem einzelnen Arenavirus basiert, weisen aber bereits erste ermutigende Ergebnisse aus.

Referenz:
Universität Basel
Heterologous arenavirus vector prime-boost overrules self-tolerance for efficient tumor-specific CD8 T cell attack; Cell Reports Medicine 2021, https://www.cell.com/cell-reports-medicine/fulltext/S2666-3791(21)00020-3

#krebs #tumor #krebsimpfung #vakzination #onkologie #krebsforschung #immunsystem #medizin #medimpressions

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Diagnostik Epigenetik Hämatologie Onkologie Wissenschaft

Neuer Faktor der Leukämieentstehung identifiziert

Trotz der jüngsten Fortschritte bei den Therapieoptionen ist die Gesamtprognose für die meisten PatientInnen, die an akuter myeloischer Leukämie (AML) erkranken, schlecht. Daher besteht ein dringender Bedarf an einem besseren Verständnis der molekularen Mechanismen der Leukämie-Entstehung und -Erhaltung, um neuartige Therapien zu entwickeln. WissenschaftlerInnen des Instituts für Medizinische Biochemie der Vetmeduni Vienna lieferten nun neue potenzielle Ansatzpunkte zur Behandlung dieser Krebserkrankung.
In ihren Untersuchungen erwies sich das RNA-bindende Protein MUSASHI-2 (MSI2) als eines der Proteine, die zur Entstehung von Leukämizellen beitragen.

10 bis 15 % aller an AML erkrankten PatientInnen weisen Mutationen in einem bestimmten Gen (CEBPA-Gen) auf, wovon die häufigsten Veränderungen zu einer verkürzten Isoform (p30) dieses Gens führen. Das Wissenschaftsteam wies nun nach, dass genau diese p30-induzierten Veränderungen an 33 weiteren Genen beeinflussen, die in Folge an der Entstehung von Leukämien mitwirken. Als kritisches Zielgen von p30 identifizierten sie das RNA-bindende Protein MUSASHI-2 (MSI2).

„AML-PatientInnen mit CEBPA-Mutationen exprimierten hohe MSI2-Spiegel, und MSI2 war für das Überleben von murinen (Zellen der Maus) und humanen AML-Zellen mit CEBPA-Mutationen erforderlich“, so Studienerstautorin Elizabeth Heyes vom Institut für Medizinische Biochemie der Vetmeduni Vienna. Wird das Protein jedoch ausgeschalten (MSI2-Knockdown), verzögert das die Entstehung einer akuten myeloischen Leukämie. MSI2 könnte daher ein potenzielles neues Behandlungsziel bei PatientInnen mit CEBPA-mutierter AML darstellen.

Referenz:
VetMedUni Wien
Identification of gene targets of mutant C/EBPα reveals a critical role for MSI2 in CEBPA-mutated AML, Leukemia 2021; 
https://www.nature.com/articles/s41375-021-01169-6

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Individuelle Krebstherapien gegen Chemokinrezeptoren

CXCR4 ist ein wichtiger Oberflächenrezeptor auf Immun- und Krebszellen. Wenn dieser Chemokinrezeptor in großer Zahl auf Krebszellen zu finden ist, sorgt er unter anderem dafür, dass diese wandern und Metastasen bilden können. Auch bei jeder Entzündung ist CXCR4 mit von der Partie. Der Entzündungsherd setzt Botenstoffe aus der Klasse der Chemokine frei. Diese sorgen in den Lymphknoten dafür, dass Immunzellen sehr viele CXCR4-Antennen ausbilden, sodass Immunzellen den Entzündungsherd finden und dahin wandern können.

Der molekulare Rezeptor hat in den vergangenen Jahren für eine hitzige Debatte unter Experten gesorgt, weil sein Beziehungsstatus Rätsel aufgab. Tritt er als Single auf oder doch als Paar? Die Antwort liefern Untersuchungen des Forscherteams um Ali Isbilir des Max-Delbrück-Centrums für Molekulare Medizin. Der Rezeptor liebt es nämlich unverbindlich: er liegt mal als Single (Monomer), mal als Paar (Dimer) vor.

Wichtig ist diese Erkenntnis nicht nur für die Grundlagenforschung, sondern auch für die Pharmabranche. So konnten die Forscher zeigen, dass bestimmte Arzneien, die als CXCR4-Blocker wirken, eine Paarbildung unterdrücken können. Man nimmt an, dass die CXCR4-Paare schlecht für die Gesundheit sind. Dank einer neu entwickelten Fluoreszenzmethode können nun lebende Krebszellen direkt untersucht werden, so dass CXCR4-Blocker für Paare und Singles eingesetzt und geprüft werden kann, welche wirksamer gegen Tumore sind. So könnten etwa spezifischere Krebsmedikamente mit weniger Nebenwirkungen entwickelt und Krebstherapien individuell und so wirksam als möglich zusammengestellt werden.

Referenz:
MDC Berlin; Helmholtz Gemeinschaft

Advanced fluorescence microscopy reveals disruption of dynamic CXCR4 dimerization by subpocket-specific inverse agonists, PNAS 2021, https://www.pnas.org/content/117/46/29144
Determination of G-protein-coupled receptor oligomerization by molecular brightness analyses in single cells; Nature Protocols 2021, https://www.nature.com/articles/s41596-020-00458-1

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Mit „Hemibodies“ gegen das Multiple Myelom

Eine der Hürden bei der Therapie des Multiplen Myeloms, einer bösartigen Erkrankung des Knochenmarks, ist die Unterscheidung zwischen den Tumor- und den gesunden Zellen des Körpers. Diese „Unschärfe“ kann bei der Behandlung von Patienten, die an dieser Krebserkrankung leiden, drastische Folgen haben: Es kann zu teils schweren, mitunter lebensbedrohlichen Nebenwirkungen kommen. Zur Lösung dieser Misere wurden Hemibodies entwickelt.

Diese Antigen-Fragmente sind sehr spezifisch und binden an bestimmten Oberflächenfragmenten von Tumorzellen. Das besondere Prinzip dieser neuen Immuntherapie besteht darin, dass sich ihre Wirkung erst dann entfaltet, wenn zwei Hemibodies auf der Oberfläche von Tumorzellen zu einer funktionalen Einheit zusammenfinden. In der Behandlung des multiplen Myeloms wurden zwei bestimmte Antigene (SLAMF7, CD38) als Zielmoleküle für die Hemibodies ausgewählt. Diese kommen beide häufig auf der Oberfläche von Myelom-Zellen vor. Jedes dieser „Targets“ für sich alleine genommen ist allerdings nicht sonderlich spezifisch, sie finden sich auf vielen Zellen des Körpers. In Kombination sind sie jedoch hochspezifisch für die Tumorzellen. Werden beide Antikörper-Fragmente injiziert, binden sie sich getrennt ans Zielmolekül, finden aber durch die räumliche Nachbarschaft zusammen. Erst dann sind sie in der Lage, T-Zellen festzuhalten und zu aktivieren, so dass Krebszellen gezielt zerstört werden können.

Sowohl im Reagenzglas als auch im Tiermodell zeigt sich, dass durch die neue Methode schwere Nebenwirkungen zuverlässig vermieden werden können, sagt Untersuchungsleiterin Maria Geis, Universität Würzburg. Mitautor Thomas Bumm ergänzt: „Unter dem Strich ist damit der Weg frei, Hemibodies zu einer effektiven und hochspezifischen Immuntherapie des Multiplen Myeloms weiterzuentwickeln.“

Referenzen:
Universität Würzburg
Combinatorial targeting of multiple myeloma by complementing T cell engaging antibody fragments. Commun Biol 2021; 4:44;  https://www.nature.com/articles/s42003-020-01558-0

#multiplesmyelom #lymphom #hemibodies #antikörper #immuntherapie #krebs #medizin #medimpressions

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Neuer Ansatz zur Therapie von Dickdarmkrebs

Die Entstehung der Krebserkrankung ist komplex: Neben klassischen genetischen Faktoren, die unter bestimmten Bedingungen gesunde Zellen zu Tumorzellen transformieren, stehen auch andere molekulare Faktoren damit im Zusammenhang. Martin Pichler von der MedUni Graz untersuchte insbesondere die sogenannte „dunkle Materie“ des menschlichen Genoms – jenen Großteil der Erbinformation DNA, der nicht-codierend ist, also keine Bauanleitungen für Proteine enthält. Diese sich wiederholende RNA-Abschnitte spielen offenbar eine wichtige Rolle bei der Metastasierung von Dickdarmkarzinom-Zellen.

Gemeinsam mit internationalen Kollegen hat er in Dickdarmkrebszellen eine lange neue Non-Coding RNA (lnc RNA) entdeckt. Diese nach dem Fundort als FLANC bezeichnete RNA, ist in Dickdarmkrebsgewebe signifikant angereichert und führt bei Patienten zu einem deutlich schlechteren Krankheitsverlauf. Das Forscherteam hat nun in Zellkultur und Mausmodellen gezeigt, dass FLANC durch Auslösen oder Verhindern des Zelltodes die Metastasierung der Tumorzellen regulieren kann. Demzufolge könnten Therapeutika, die auf solchen RNA-Abschnitten beruhen, die abgelesenen Informationen bereits auf RNA-Ebene löschen oder modifizieren.

„Zu unserer positiven Überraschung konnten wir einen dramatischen Rückgang der bereits messbaren Metastasen in der Leber nach einigen Behandlungen im Labormodell erkennen“, fasst Pichler die Ergebnisse der bisherigen Versuche zusammen. Die Behandlung im Mausmodell zeigt keine Nebenwirkungen in anderen Organen, wie sie bei RNA-gerichteten Therapeutika manchmal beobachtet werden. Auf Basis dieser Erkenntnisse sollen nun Medikamente gegen Dickdarmkarzinome und weitere Krebserkrankungen entwickelt werden.

Referenzen:
MedUni Graz; MD Anderson Cancer Center, Texas; Kyungpook National University, South Korea
Therapeutic potential of FLANC, a novel primate-specific long non-coding RNA in colorectal cancer, Gut l69:10; https://gut.bmj.com/content/69/10/1818

#dickdarm #krebs #karzinom #therapie #kolonkarzinome #RNA #nichtkodierendeRNA #medizin #medimpressions

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