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Leiter der Nachwuchsgruppe 'Metabolismus und Strahlenantwort'


PD 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-Graduiertenkolleg GRK 2762: Heterogenität, Plastizität und Dynamik der Reaktionen von Krebszellen, Tumoren und normalem Gewebe auf die Strahlentherapie bei Krebs.

Projekt L2: Identifizierung von subtypspezifischen metabolischen Schwachstellen bei KRAS-getriebenem NSCLC.
Das vorgeschlagene Projekt zielt darauf ab, die Auswirkungen des molekularen Hintergrunds, der durch klinisch relevante, gleichzeitig auftretende somatische Mutationen definiert ist, auf die Fähigkeit von KRAS-gesteuerten Lungenkrebszellen zu definieren, ihre Transkriptionsprogramme und metabolischen Phänotypen dynamisch anzupassen, um die DSB-Reparatur und das Überleben zu unterstützen, wenn sie ionisierender Strahlung (IR) ausgesetzt sind und durch unterschiedliche Umweltbedingungen gestört werden.
Doktorandin: Frau Sarah Etemadi Afshar (M. Sc.)

Projekt P1: Einfluss der KRAS-Gendosis und des molekularen Subtyps auf die Radiosensitivität bei PDAC.
Teilprojekt mit Prof. Dr. med. Jens Siveke und Prof. Dr. med. Beate Timmermann.
Das vorgeschlagene Projekt zielt darauf ab, ein Panel humaner PDAC-Zelllinien, die den klassischen und quasi-mesenchymalen (QM) Subtyp repräsentieren, auf ihre Reaktion auf Strahlentherapie (Photonen, Protonen) zu untersuchen, die dynamischen Veränderungen der Transkriptions- und Stoffwechselphänotypen nach der Strahlentherapie zu erfassen und zu untersuchen. Die computergestützte Modellierung der gewonnenen Daten soll es ermöglichen, subtypspezifische Biomarker und Ziele für die Modulation der Radiosensitivität zu ermitteln.
Doktorandin: Frau Julia Asche (M. Sc.)

2. 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: Herr 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

3. 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: Frau Safa Larafa (M. Sc.)


4. 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: Frau Katharina Eul (M. Sc.)

5. 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


  • Dellin M, Rohrbeck I, Asrani P, Schreiber J A, Ritter N, Glorius F, Wünsch B, Budde T, Temme L, Strünker T, Stallmeyer B, Tüttelmann F, Meuth S G., Spehr M, Matschke J, Steinbicker A, Gatsogiannis C, Stoll R, Strutz-Seebohm N and Seebohm G. The second PI(3,5)P2 binding site in the S0 helix of KCNQ1 stabilizes PIP2-at the primary PI1 site with potential consequences on intermediate-to-open state transition. Biological Chemistry, vol. 404, no. 4, 2023, pp. 241-254. doi: 10.1515/hsz-2022-0247.
  • Kebir S, Ullrich V, Berger P, Dobersalske C, Langer S, Rauschenbach L, Trageser D, Till A, Lorbeer FK, Wieland A, Wilhelm-Buchstab T, Ahmad A, Fröhlich H, Cima I, Prasad S, Matschke J, Jendrossek V, Remke M, Grüner BM, Roesch A, Siveke JT, Herold-Mende C, Blau T, Keyvani K, van Landeghem FKH, Pietsch T, Felsberg J, Reifenberger G, Weller M, Sure U, Brüstle O, Simon M, Glas M, Scheffler B. A sequential targeting strategy interrupts AKT-driven subclone-mediated progression in glioblastoma. Clin Cancer Res. 2022 Oct 14:CCR-22-0611. doi: 10.1158/1078-0432.CCR-22-0611
  • Junghaus M., John F., Cihankaya H., Schliebs D, Winklhofer KF, Bader V., Matschke J., Theiss C., Matschke V. ROS scavengers decrease γH2ax spots in motor neuronal nuclei of ALS model mice in vitro. Front. Cell. Neurosci. 2022 Aug 31. doi: 10.3389/fncel.2022.963169.
  • Henning Y., Blind U.S., Larafa S., Matschke J., Fandrey, J. Hypoxia aggravates ferroptosis in RPE cells by promoting the Fenton reaction. Cell Death Dis 13, 662 (2022). https://doi.org/10.1038/s41419-022-05121-z
  • Xiang K, Kalthoff C, Münch C, Jendrossek V, Matschke J. Accumulation of oncometabolite D-2-Hydroxyglutarate by SLC25A1 inhibition: A metabolic strategy for induction of HR-ness and radiosensitivity. Cell Death Dis. 2022 Jul 22;13(7):641. doi: 10.1038/s41419-022-05098-9.
  • Goetting I, Larafa S, Eul K, Kunin M, Jakob B, Matschke J, Jendrossek V. Targeting AKT-Dependent Regulation of Antioxidant Defense Sensitizes AKT-E17K Expressing Cancer Cells to Ionizing Radiation. Front Oncol. 2022 Jul 8;12:920017. doi: 10.3389/fonc.2022.920017.
  • 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. iScience. 2021. Oct 28;24(11):103366. 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)

 
Gremientätigkeiten

Seit 01/2021

Vorstandsmitglied der Deutschen Gesellschaft für Biologische Strahlenforschung (DeGBS)

Seit  01/2021
Ansprechperson (Focal point) der jDEGRO für den Standort Essen

Seit 12/2020
Vorsitzender und Sprecher der Jungen DeGBS

 

 

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