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Leiter der Nachwuchsgruppe 'Metabolismus und Strahlenantwort'


Dr. rer. nat. Johann Matschke

Institut für Zellbiologie (Tumorforschung)

Virchowstraße 173

45122 Essen

 

Tel.: 0201 723 4234

Fax: 0201 723 5904

E-Mail: johann.matschke@uk-essen.de


Forschungsprogramm


Die intra- und intertumorale Heterogenität des Stoffwechsels von Krebszellen und die Fähigkeit von Krebszellen ihren Stoffwechsel an Stressbedingungen in ihrer Umgebung anzupassen werden zunehmend als wichtige Determinanten der Resistenz von Krebszellen gegenüber einer Chemotherapie oder einer Bestrahlung erkannt. Allerdings sind die zugrundeliegenden Mechanismen und regulatorischen Netzwerke bisher jedoch nur unzureichend verstanden.

Die Nachwuchsgruppe "Metabolismus und Strahlenantwort" untersucht die Ursachen der metabolischen Heterogenität und Plastizität von Tumorzellen und deren Bedeutung für die Strahlenresistenz von Krebszellen. Ziel dieser Arbeiten ist die Identifikation intrinsischer (genetisch bedingt), Mikromilieu- und Therapie-induzierter metabolischer Anpassungsreaktionen von Krebszellen mit Auswirkungen auf die Reparatur Therapie-induzierter DNA-Schäden und das Zellüberleben nach Bestrahlung. Diese sollen in der Folge auf ihre Eignung als therapeutische Zielstruktur zur Modulation der Strahlensensitivität bzw. als Marker der individuellen Strahlensensitivität überprüft werden.

Methodisch kommen neben molekularbiologischen, zellbiologischen und strahlenbiologischen Methoden insbesondere verschiedene spezifische in vitro-Methoden zur Detektion von Stoffwechselmetaboliten sowie die nicht invasive Untersuchung metabolischer Parameter von Tumor- und Normalgewebszellen in Echtzeit (Seahorse Bioanalyser) unter Normoxie und Hypoxie zum Einsatz.


Aktuelle Projekte:

1. DFG Projekt MA 8970/1-1
Metabolische Induktion von DNA-Reparaturdefekten zur Verbesserung der Effektivität einer Strahlentherapie.

Das Projekt zielt auf die Identifizierung metabolischer Engpässe ab, die die Reparatur strahleninduzierter letaler DNA-Läsionen in Krebszellen und damit das Überleben der Krebszellen limitieren und den Behandlungserfolg in Kombination mit einer Strahlentherapie verbessern.
Doktorand: Mikhail Kunin


in Kooperation mit

Prof. Tomer Shlomi, Department of Computer Science and Biology & Lokey Center for Life Science and Engineering, Technion, Haifa, Israel (Nahost-Kooperation)
Prof. Nicole Dünker, Institut für Anatomie II, Abt. Neuroanatomie, Univ. Klinikum Essen
Prof. Ken Hermann, Abteilung für Nuklearmedizin, Univ. Klinikum Essen

2. EU Horizon 2020 Marie Sklodowska Curie Innovative Training Network (ITN) THERADNET (Grant Agreement No.86024) "International Network for Training and Innovations in Therapeutic Radiation".
ESR11 Project "Targeting metabolic cancer cell plasticity to overcome escape from radiotherapy".


Das Projekt untersucht den Einfluss des genetischen Hintergrundes von Krebszellen auf Adaptationsprozesse im Tumormetabolismus unter Hypoxie und Nähstoffentzug, und die Bedeutung der metabolischen Adaptation für die Strahlensensitivität.
Doktorandin Safa Larafa (M. Sc.)


3. BMBF-Verbundprojekt 02NUK061B "Einfluss veränderter Stoffwechselwege auf die therapeutische Strahlenantwort von Tumoren"

Das BMBF-geförderten Verbundprojekt mit dem Akronym METABOLiST zielt auf die Identifizierung von Stoffwechselprozessen ab, die die zelluläre Strahlenantwort und das Therapieansprechen in Kopf-Hals Tumoren beeinflussen, und daher potentiell als prädiktive Marker der Strahlensensitivität oder therapeutische Zielstrukturen zur Modulation der Strahlensensitivität geeignet sind.
Das Teilprojekt in Essen fokussiert auf die Identifizierung therapeutische Zielstrukturen und Wirkstoffe zur Beeinflussung der Strahlenantwort durch Modulation von Stoffwechselvorgängen.
Doktorandin: Katharina Eul (M. Sc.)

4. Dr. Brigitte und Konstanze Wegener-Stiftung

Project zur Identifizierung metabolischer Abhängigkeiten im Kontext des molekularen Subtyps zur biologischen Individualisierung der Strahlentherapie bei Lungenkrebs. Förderdauer: 09.2021-08.2022

Intramurale Förderung:
1. WIR-Förderung der medizinischen Fakultät der Universität Duisburg-Essen: Translationales Projekt: "Validierung HIF-basierter Therapieansätze gegen die altersbedingte Makuladegeneration" in Kooperation mit Dr. Y. Henning (Essen), Dr. G.E. Görtz (Essen). Förderdauer: 09.2021-08.2022

2. Deutsches Konsortium für Translationale Krebsforschung (DKTK): Translationales Projekt "Oncometabolomics of therapy resistance in Ewing Sarcoma" in Kooperation mit Prof. U. Dirksen (Essen), Prof. M. Remke (Düsseldorf), Prof. S. Peña-Llopis (Essen), Förderdauer: 2019


Publikationen


  • Krysztofiak A, Szymonowicz K, Hlouschek J, Xiang K, Waterkamp K, Larafa S, Goetting I, Vega-Rubin-de-Celis S, Theiss C, Matschke V, Hoffmann D, Jendrossek V, Matschke J. Metabolism of Cancer Cells Commonly Responds to Irradiation by a Transient Early Mitochondrial Shutdown. Accepted in iScience. 2021. doi: 10.1016/j.isci.2021.103366.
  • Hansel C., Hlouschek J., Xiang, K., Melnikova M., Thomale J., Helleday T., Jendrossek V., Matschke J., Adaptation to Chronic-Cycling Hypoxia Renders Cancer Cells Resistant to MTH1-Inhibitor Treatment Which Can Be Counteracted by Glutathione Depletion. Cells. 2021 10(11), 3040;. doi: 10.3390/cells10113040.
  • Stein J, Walkenfort B, Cihankaya H, Hasenberg M, Bader V, Winklhofer KF, et al. Increased ROS-Dependent Fission of Mitochondria Causes Abnormal Morphology of the Cell Powerhouses in a Murine Model of Amyotrophic Lateral Sclerosis. Oxidative Medicine and Cellular Longevity. 2021;2021:6924251. doi: 10.1155/2021/6924251.
  • Matschke J, Larafa S, Jendrossek V. Metabolic reprograming of antioxidant defense: a precision medicine perspective for radiotherapy of lung cancer? Biochem Soc Trans. 2021 Jun 30;49(3):1265-1277. doi: 10.1042/BST20200866.
  • Xiang K, Jendrossek V, Matschke J. Oncometabolites and the response to radiotherapy. Radiat Oncol. 2020 Aug 14;15(1):197. doi: 10.1186/s13014-020-01638-9. PMID: 32799884; PMCID: PMC7429799.
  • Götting I, Jendrossek V, Matschke J. A New Twist in Protein Kinase B/Akt Signaling: Role of Altered Cancer Cell Metabolism in Akt-Mediated Therapy Resistance. Int J Mol Sci. 2020 Nov 13;21(22):8563. doi: 10.3390/ijms21228563. PMID: 33202866; PMCID: PMC7697684.
  • Szymonowicz K., Krysztofiak A., Linden JV., Kern A., Deycmar S., Oeck S., Squire A., Koska B., Hlouschek J., Vüllings M., Neander C., Siveke JT., Matschke J., Pruschy M., Timmermann B., Jendrossek V. Proton Irradiation Increases the Necessity for Homologous Recombination Repair Along with the Indispensability of Non-Homologous End Joining. Cells. 2020 Apr 5;9(4). pii: E889. doi: 10.3390/cells9040889.
  • Shannan B., Matschke J., Chauvistre H., Vogel F., Klein D., Meier F., Westphal D., Bruns J., Rauschenberg R., Utikal J., Forschner A., Berking C., Terheyden P., Dabrowski E., Gutzmer R., Rafei-Shamsabadi D., Meiss F., Zimmer L., Varaljai R., Hoewner A., Horn S., Schadendorf D., Jendrossek V., Roesch A., Sequence-dependent cross-resistance of combined radiotherapy plus BRAFV600E-inhibition in melanoma. Eur J Cancer. 2019 Mar;109:137-153. doi: 10.1016/j.ejca.2018.12.024. Epub 2019 Feb.
  • Matschke V, Theis C, Matschke J. Oxidative stress - the lowest common denominator of multiple diseases. Neural Regen Res. 2019 Feb;14(2):238-241. doi: 10.4103/1673-5374.244780 (Review).
  • Hlouschek J, Ritter V, Wirsdörfer F, Klein D, Jendrossek V, Matschke J. Targeting SLC25A10 alleviates improved antioxidant capacity and associated radioresistance of cancer cells induced by chronic-cycling hypoxia. Cancer Lett. 2018 Dec 28;439:24-38. doi: 10.1016/j.canlet.2018.09.002. Epub 2018 Sep 8.
  • Hlouschek J, Hansel C, Jendrossek V, Matschke J, The Mitochondrial Citrate Carrier (SLC25A1) Sustains Redox Homeostasis and Mitochondrial Metabolism Supporting Radioresistance of Cancer Cells with Tolerance to Cycling Severe Hypoxia. Front Oncol. 2018 May 25;8:170. doi: 10.3389/fonc.2018.00170. eCollection 2018.
  • Matschke V, Piccini I, Schubert J, Wrobel E, Lang F, Matschke J, Amedonu E, Meuth SG, Strünker T, Strutz-Seebohm N, Greber B, Scherkenbeck J, Seebohm G. The Natural Plant Product Rottlerin Activates Kv7.1/KCNE1 Channels. Cell Physiol Biochem. 2016;40(6):1549-1558. doi: 10.1159/000453205. Epub 2016 Dec 21.
  • Matschke J, Wiebeck E, Hurst S, Rudner J, Jendrossek V. Role of SGK1 for lipid metabolism in NCI-H460 lung cancer cells for adaption to chronic cycling hypoxia. Radiat Oncol. 2016 Jun 1;11:75. doi: 10.1186/s13014-016-0647-1.
  • Matschke J, Riffkin H, Klein D, Handrick R, Lüdemann L, Metzen E, Shlomi T, Stuschke M, Jendrossek V. Targeted inhibition of glutamine-dependent glutathione metabolism overcomes death resistance induced by chronic cycling hypoxia. Antioxid Redox Signal 2016; 10;25(2):89-107. doi: 10.1089/ars.2015.6589. Epub 2016 May 9.


Curriculum Vitae


Studium und Abschlüsse

2015
Promotion in Biologie (Dr. rer. nat.) am Universitätsklinikum Essen, Institut für Zellbiologie (Tumorforschung), AG I Molekulare Zellbiologie
Leitung: Prof. Dr. Verena Jendrossek

2012 - 2015
Promotionsstudium der Biologie an der Universität Duisburg-Essen Schwerpunkt: Strahlenbiologie / Tumorforschung
These: Identifizierung molekularer Mechanismen Hypoxie-vermittelter Strahlenresistenz und neue Strategien zu deren pharmakologischer Modulation.

2010 - 2012
Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Ruhr-Universität Bochum, Institut für Biomolekulare NMR-Spektroskopie; Leitung: Prof. Dr. Raphael Stoll

2008 - 2010
Master-Studium der Biochemie (M.Sc.) an der Ruhr-Universität Bochum Schwerpunkt: Molekulare Medizin

2005 - 2008
Bachelor-Studium der Biochemie (B.Sc.) an der Ruhr-Universität Bochum Schwerpunkt: Molekulare Medizin


Wissenschaftlicher Werdegang

Seit 2020
Leiter Nachwuchsgruppe "Metabolismus und Strahlenantwort" am Institut für Zellbiologie (Tumorforschung), Abteilung: Molekulare Zellbiologie (Leitung: Prof. Dr. Verena Jendrossek), Universitätsklinikum Essen

2016 - 2019
PostDoc am Institut für Zellbiologie (Tumorforschung), Abteilung: Molekulare Zellbiologie (Leitung: Prof. Dr. Verena Jendrossek), Universitätsklinikum Essen; Aufbau einer Nachwuchsgruppe

2016
Forschungsaufenthalt am Technion - Israel Institute of Technology (Prof. Tomer Shlomi); Umsetzung und Auswertung von Stoffwechselexperimenten (metabolic flux) in Tumorzellen

2015
Forschungsaufenthalt am Technion - Israel Institute of Technology (Prof. Tomer Shlomi); Durchführung und Auswertung massenspektrometrischer Analysen (LC-MS) von metabolischen Veränderungen in Tumorzellen (Metabolomics-Analysen)

2015 - 2016
PostDoc am Universitätsklinikum Essen (PostDoc-Stipendium GRK1739, "start-up funding")


Auszeichnungen

06/2021
"Top Young Science Best Paper Award" der medizinschen Fakultät der Universität Duisburg-Essen

12/2020
"Dieter Frankenberg Nachwuchspreis" der Deutschen Gesellschaft für Biologische Strahlenforschung (DeGBS)

Seit 2020
Mitglied in der "DKTK School of Oncology"

2019 - 2021
Mitglied der Global Young Faculty VI, Eliteförderung für den wissenschaftlichen Nachwuchs aus der Stiftung Mercator und dem Kulturwissenschaftlichen Institut Essen

2019
"Dr. Peggy Olive Memorial Award" für den besten Beitrag in der Translationalen Forschung (ICRR 2019, Manchester)

2015 - 2016
Gründungspreis des DFG-geförderten Graduiertenkollegs GRK1739

2015
Reisestipendium des GRK1739 für Laboraufenthalt in Technion, Haifa, Israel

2014
Reisestipendium der "European Association for Cancer Research" (EACR), (Konferenzbesuch)

2012 - 2015
Promotionsstudent des DFG-geförderten Graduiertenkollegs GRK1739

2011 - 2012
Stipendiat der Exzellenzinitiative Ruhr University Research School (SFB 642)

 

 

 

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