5 bemerkenswerte Krebsstudien aus dem Jahr 2021

2021 lernten Wissenschaftler vieles darüber, wie manche Tiere von Natur aus krebsresistent werden und wie Tumorzellen extrazelluläre DNA nutzen, um rasch Medikamentenresistenzen zu entwickeln. Schauen wir uns gemeinsam die Grundlagenstudien an, die mit diesen wertvollen Erkenntnissen zur Wissenschaft beigetragen haben.

Hunde, die Krebs erschnüffeln

Abbildung: Der zur Krebsdiagnose ausgebildete Hund Florin beschnüffelt eine Urinprobe.

Die Idee, den empfindlichen Geruchssinn von Hunden zur Krebsdiagnose zu nutzen, gibt es schon lange. Auf dieser Grundlage versuchten Wissenschaftler sogar, Geräte zu entwickeln, doch keines war so empfindlich wie die besten Freunde des Menschen. Statt mit der Evolution zu konkurrieren, beschlossen die Forscher, die Aufgabe den Experten zu überlassen. In einer Machbarkeitsstudie nutzten sie Hunde, um einen Algorithmus für maschinelles Lernen darauf zu trainieren, Prostatakrebs zu erkennen, die zweithäufigste Krebsart bei Männern (Einzelheiten der Studie finden Sie in unserem Artikel „Hunde, die Prostatakrebs erkennen“).

Laut Prof. Marc Aubreville von der Techische Hochshule Ingolstadt in Deutschland, der zu Bildverstehen und medizinischen Anwendungen künstlicher Intelligenz forscht und nicht an der Studie beteiligt war, umfasste diese nur wenige Proben von 50 Männern, von denen lediglich 12 einen positiven Biopsiebefund hatten. Deshalb erreichten die Hunde nicht die von anderen erzielte Sensitivität und Spezifität, doch es war ein vielversprechender Schritt. Aubreville sagte über die Studie: „Was sie gemacht haben, ist wirklich interdisziplinär und ziemlich cool. Ich finde, der Ansatz ist sinnvoll … allerdings würde ich wirklich gern mehr Beispiele und bessere Belege dafür sehen, dass dies mit maschinellem Lernen tatsächlich funktioniert.“

Ein neues Verständnis von Metastasen könnte zu besseren Behandlungen führen

Die Metastasierung, also die Wanderung von Krebszellen aus ihrem Ursprungsgewebe in andere Organe und Gewebe, ist weiterhin für 90% der krebsbedingten Todesfälle verantwortlich.

Die Krebsbiologin Adrienne Boire vom Memorial Sloan Kattering begegnete 2013 einem Patienten, der den Verlauf ihrer Karriere prägen sollte. Es gab grundlegende Fragen, die Boire nicht beantworten konnte: Wie und warum hatte sich der Krebs des Patienten in die Rückenmarksflüssigkeit ausgebreitet? Wie hatten die Krebszellen bei diesem als „Metastasierung von Krebszellen“ bezeichneten Prozess neue Gewebe tatsächlich besiedeln und sich dort vermehren können?

Durch diesen Patienten lernten Boire und andere Wissenschaftler, dass Metastasierung ein komplexer Prozess ist, der viel früher beginnen kann und nicht erst ein spätes Krebsstadium darstellt. Außerdem stellte sich heraus, dass Krebszellen vor ihrem Erwachen manchmal jahrelang ruhen können. Diese Erkenntnisse haben neue Wege zur Überwachung und Behandlung metastasierter Krebserkrankungen eröffnet. Boire sagt, Forscher würden Methoden entwickeln, um die Metastasierung vollständig zu verringern.

Krebszellen können sich zum Überleben wie Parasiten verhalten

Tumorzellen sind für ihre eindrucksvolle Heterogenität (gemischte Zusammensetzung) bekannt; jede Zelle kann sich etwas von ihrer Nachbar- oder Schwesterzelle unterscheiden, was eine große Herausforderung für Krebsbehandlungen darstellt. In manchen Fällen kann der Verlust bestimmter Gene oder Proteine die Zellen zu einer neuen Lebensweise veranlassen. Forscher der University of Minnesota fanden heraus, dass Krebszellen ohne einen DNA-Reparaturproteinkomplex namens Ku-Komplex zu Parasiten wurden und benachbarte Tumorzellen angriffen, um an deren zytoplasmatisches Material zu gelangen.

Darüber hinaus wurde festgestellt, dass sich parasitär verhaltende Krebszellen manchmal in andere Zellen begaben und dort unversehrt blieben, bevor sie wieder austraten. Die an der Studie beteiligte Molekularbiologin der University of Minnesota, Nurten Saydam, erklärt, dies könne Krebszellen ermöglichen, sich genetischen Belastungen in der Mikroumgebung der Krebszellen anzupassen und schließlich zu metastasieren. „Die Parasiten dringen in die Zelle ein. Sie verstecken sich dort und können dann, wenn alles vorbei ist, wieder hervortreten und viel besser wachsen.“

Video: Eine kolorektale Krebszelle mit Ku70-Mangel (grüne Zelle, durch einen gelben Pfeil markiert) verlässt eine Zelle und dringt anschließend nacheinander in zwei andere Zellen ein.

Krebs kann durch DNA außerhalb der Chromosomen gesteuert werden

2012 war Paul Mischel überrascht, als er sah, wie sich die Tumoren von Patienten mit Glioblastom (GBM) auf eine Weise entwickelten, die der Genetik zu widersprechen schien. Trotz aggressiver Behandlungen mit Medikamenten gegen ein wachstumsförderndes Onkogen entwickelten die Tumoren bei beiden Patienten eine Resistenz. Mischel und sein Team entdeckten, dass die dafür verantwortliche DNA nicht in den Chromosomen der Patienten lag, sondern in der extrachromosomalen DNA (ecDNA), die sich im Kern jeder Zelle befindet.

Abbildung: Extrachromosomale DNA in einer rasterelektronenmikroskopischen Aufnahme aufgebrochener Darmkrebszellen. (Die großen Punkte sind unversehrte Zellkerne aus anderen Zellen.) (Aufnahme von Kristen Turner von Boundless Bio)

Inzwischen wurde festgestellt, dass diese zuvor übersehene ecDNA die Onkogentranskription (Vermehrung krebsauslösender Gene) in sehr hohem Ausmaß fördert und sogar völlig neue genregulatorische Wechselwirkungen schafft. All dies trägt gemeinsam dazu bei, Krebserkrankungen widerstandsfähiger zu machen.

Diese neue Entdeckung führte außerdem dazu, dass Mischel und sein Team ein Unternehmen namens Boundless Bio gründeten, und eröffnete neue therapeutische Möglichkeiten, um neue Wege zur Behandlung ecDNA-basierter Krebserkrankungen zu identifizieren und zu entwickeln.

Mischel sagt: „Es ist spannend, das wachsende Interesse talentierter Forscher zu sehen, die grundlegende Aspekte der ecDNA-Biologie entschlüsseln wollen.“ „Wir freuen uns auf die Entwicklung neuer Werkzeuge, neuer Kooperationen und neuer Behandlungen für Patienten.“

Blinde Maulwurfsratten nutzen Junk-DNA (Müll-DNA), um Krebs zu bekämpfen

Abbildung: Eine blinde Maulwurfsratte (University of Rochester)

Nicht nur das Aussehen blinder Maulwurfsratten, sondern auch ihre Genetik ist ungewöhnlich. Diese augenlosen Nagetiere leben außerordentlich lange und sind von Natur aus krebsresistent, weil sie verstärkt das entzündliche Zytokin Interferon beta (INF-β) produzieren, das den Tod von Krebsvorstufen auslöst. Forscher konnten diese einzigartige Fähigkeit zur Krebsbekämpfung kürzlich auf DNA-Sequenzen im Genom der Maulwurfsratten zurückführen, die sich selbst kopieren und durch erneute Einlagerung an einer anderen Stelle bewegen können. Diese „springenden Gene“ kommen im gesamten Stammbaum des Lebens einschließlich des Menschen vor, werden aber normalerweise durch Methylierung stillgelegt.

Die Forscher entdeckten jedoch, dass Maulwurfsratten niedrigere Spiegel DNA-methylierender Enzyme aufwiesen, während Retrotransposon-RNAs und INF-β in schnell proliferierenden Zellen reichlicher vorhanden waren, und dass sie dies in menschlichen Zellen künstlich nachbilden konnten.

Der nicht an der Studie beteiligte Krebsbiologe Stephen Baylin von der Johns Hopkins School of Medicine sagte über die Arbeit: „Dieser Bericht beschreibt ein wichtiges neues mechanistisches Verständnis darüber, wie entzündliche Signale in Krebszellen ausgelöst werden können, um sie direkt abzutöten oder für krebsabtötende Behandlungen anfällig zu machen. Die Bedeutung ist wirklich sehr tiefgreifend.“