Der wichtigste Meilenstein für künftige Krebstherapien: ein MUTATIONSKATALOG

Ganzgenomanalyse von Krebs oder krebsübergreifende Analyse vollständiger Genome (Pan-Cancer Analysis of Whole Genomes, PCAWG): Die Wissenschaftler dieses Projekts veröffentlichten beispiellose Daten aus mehr als 2600 Krebsgenomen, deren Mutations- ereignisse sie analysierten. Für 38 Haupttumorarten katalogisierten und vereinten sie ein umfassendes Bild krebsrelevanter Veränderungen in kodierenden und nichtkodierenden Regionen und identifizierten damit beteiligte biologische Signalwege.

Was ist ein Genom?

Das Genom umfasst sämtliche Anweisungen in der DNA. Jeder Zellkern enthält 2 DNA-Kopien, eine mütterliche und eine väterliche. Gefaltet und verpackt bildet DNA Chromosomen. Unsere Zellen besitzen 46 solche Pakete, 23 von der Mutter und 23 vom Vater.

Zusammenfassung des PCAWG-Projekts:

• Pro Krebsgenom wurden etwa fünf Treibermutationen gefunden; % 5 hatten keine.
• Die meisten Treibermutationen lagen in kodierenden Regionen.
• Eine „molekulare Uhr“ kann frühe Mutationen der Krebsentwicklung bestimmen.
• Mutationsmuster können die Krebsart erkennen helfen, auch bei unbekanntem Primärtumor.

Die Zusammenarbeit von 37 Ländern mit mehr als 1300 Forschern und Ärzten führte in Nature und verbundenen Zeitschriften gleichzeitig 23 Artikel.

Der Datensatz ist Krebsforschern weltweit zugänglich. Seine Verfügbarkeit und Qualität werden nahezu sicher eine Welle biologischer Einsichten und methodischer Fortschritte auslösen.

Beispielsweise untersucht die Arbeit darüber, ob Mutationen früher oder später entstanden sind, anhand molekularer Uhren mögliche künftige Anwendungen für frühe Krebsdiagnose oder Präventionsstrategien.

Die Ergebnisse zeigen insgesamt, dass bereits Jahre vor der Diagnose entstandene Treibermutationen für Früherkennung und Biomarker- Entwicklung bedeutsam sein könnten. Für die Krebsentstehung entscheidende Treibermutationen können Jahre vor der Diagnose auftreten und damit früh erkannt werden.

Solche schlussfolgernden Ganzgenomanalysen vermitteln zwar tieferes Verständnis, sind aber gewöhnlich auch mit höherer Komplexität verbunden.

PCAWG – kodierende und nichtkodierende DNA-Regionen

Die Erkenntnisse aus der Ganzgenomanalyse (PCAWG) unterscheiden sich von der klassischen Ganzexomsequenzierung in ihrem Umfang.

Hinweis: Das Exomumfasst die proteinkodierenden DNA-Regionen namens Exons und macht nur %1 der DNA aus, entsprechend 20 Tausend proteinkodierenden Genen. Die Ganzexomanalyse untersucht somit Mutationen in nur %2 der DNA. Introns sind nichtproteinkodierende Bereiche und wurden bis vor Kurzem sogar Junk-DNA, also vermeintlich nutzlose DNA, genannt.

Alle bisher eingesetzten zielgerichteten Krebsmedikamentewurden anhand von DNA-Sequenzen aus der Ganzexomsequenzierung entwickelt, die nur %1 des Genoms umfasst. Durch Einbeziehung nichtkodierender Regionen steigt die Abdeckung nun auf %100.

Rohdaten, verarbeitete und interpretierte Daten sind für weitere Forschung über kommende Jahre auf der PCAWG-Website online verfügbar.

Krebsübergreifende Analyse

Verwendet wurden vollständige Sequenzen von 2605 Primärtumoren und 173 Metastasen oder lokalen Rezidiven sowie jeweils passendem Normalgewebe. Analysiert wurden 3 Hauptgruppen von Mutationen : somatische Einzelnukleotidvarianten SNV, kleine Insertionen und Deletionen, Indels, sowie Kopienzahländerungen und strukturelle Varianten SV, also Umlagerungen größerer DNA-Abschnitte.

Der Katalog enthielt > 43 Millionen SNV, > 400.000 somatische Mehrnukleotidvarianten, > 2.4 Millionen somatische Indels, fast 290.000 somatische SV, > 19.000 somatische Retrotranspositionsereignisse und > 8000 neue mitochondriale DNA-Mutationen. Die somatische Mutationslast war zwischen Tumorarten und Patienten erheblich heterogen.

Die Katalogisierung und das Verständnis von Treibermutationen waren in den letzten zwanzig Jahren zentrale Forschungsziele. Trotz begrenzter Treiberzahl existieren Tausende bis Zehntausende Kombinationen.

% 91 der Krebsfälle hatten mindestens eine erkennbare Treibermutation, durchschnittlich 4.6 pro Tumor. Bei etwa % 5 wurde keine berichtet.

Strukturelle Treibervarianten waren bei Brust- und Eierstockadenokarzinomen häufiger. Treiberpunktmutationen spielten in kolorektalen Adenokarzinomen und reifen B-Zell-Lymphomen eine wichtige Rolle. Mit Tumorsuppressorgenen verbundene Treiber wirkten häufig beidseitig inaktivierend: Bei TP53waren in % 77 der Mutationen beide Allele betroffen.

Bei chromophobem Nierenzellkarzinom und pankreatischen neuroendokrinen Tumoren mit erheblicher chromosomaler Aneuploidie wurden keine krebstreibenden Mutationen gefunden. Die PCAWG- Forscher erklärten: „Bestimmte Kombinationen ganzer Chromosomengewinne und -verluste könnten ohne gezieltere Treibermutationen zur Krebsentstehung ausreichen.“ So beschrieben sie die Beobachtung.

Genetische Tumorunterschiede erklären, weshalb zwei Patienten mit gleicher Diagnose völlig unterschiedlich ansprechen.

Die Gründe stehen im Tumorgenom. Auffällig ist der große Unterschied zwischen Personen: Tausende mögliche Mutationskombinationen und über 80 unterschiedliche krebsverursachende Prozesse...

Etwa % 5 aller Krebsfälle werden als Krebs mit unbekanntem Primärtumor diagnostiziert. Mutationsmuster und betroffene Gene können die zugrunde liegende Krebsart eingrenzen.

Nichtkodierende Mutationen genauer betrachtet

Die Analyse somatischer nichtkodierender Treiber hinterfragt bekannte Kandidaten wie die langen nichtkodierenden NEAT1- und MALAT1- RNAswerden als bereits berichtete nichtkodierende Treiber hinterfragt, während zugleich neue Treiber entdeckt werden.

PCAWG Die Forscher fanden einzelne Mutationshotspots im TERT-Promotor, verbunden mit höherer TERT-Expression (Promotorbezeichnet einen DNA-Abschnitt, der die Transkription eines Gens startet).

TOB1 zeigte Bedeutung für Magen- und Brustkrebs.

Bei berichteten TP53-Promotormutationen fehlten zusätzliche kodierende Mutationen. Dies legt erstmals eine starke TP53-Inaktivierung durch nichtkodierende Veränderungen nahe.

Neue Kandidaten struktureller Treibervarianten umfassten Umlagerungen mit AKR1C-Genen und BRD4.

Nichtkodierende Treibermutationen waren jedoch selten. Größere Datensätze und technische Fortschritte dürften weitere entdecken, wenn auch viel seltener als proteinkodierende Treiber.

Molekulare Uhren

Die Forscher prüften außerdem frühe und späte Mutationen in der Krebsentwicklung. Das Konzept molekularer Uhrenwurde anhand klonaler Mutationen in allen Krebszellklonen, subklonaler in einem Teil sowie der Reihenfolge klonaler und subklonaler Ereignisse untersucht.

Unter 2583 Proben mit 47 Millionen Punktmutationen waren % 22 früh klonal, % 7 spät klonal, % 53 zeitlich unbestimmt klonal und % 17 unbestimmt subklonal. In einem Panel von 453 Krebstreibergenen fanden sich % 29 früh klonale, % 5 spät klonale, % 56 unbestimmte klonale und % 8 subklonale Ereignisse unter 5913 onkogenen Punktmutationen.

Treibermutationen in KRAS , TP53 und PIK3CA sowie der nichtkodierende Treiber TERT gelten als frühe Ereignisse. Die Forscher erklärten, dass sich die Mutationssignatur bei % 40 der Tumoren mit der Zeit veränderteals Ergebnis.

Wie sollte ein Arzt diesen Wissensschatz nutzen?

„Das Projekt bietet einen Fahrplan für das Sammeln und Analysieren von Genomen. Wir entwickelten hochwertige standardisierte Prozesse für Analyse und zusammengeführte Darstellung“, sagte Projektleiter Dr. Lincoln D. Stein bei einer Pressekonferenz. „Wir fanden dieselben Wege wie durch Exomsequenzierung und zusätzlich viele Möglichkeiten, diese weiterzuentwickeln“, fügte er hinzu.

Mit besserem Verständnis, welche Signal- und Wachstumswege und Gene verändert sind, erkennen wir Veränderungen im individuellen Tumor genauer. So können wir gezieltere Therapien einsetzen.

Bei alleiniger Exomsequenzierung würden wir bei etwa einem Drittel unserer Patienten über das Tumorgenom im Dunkeln bleiben. Für Präzisionsonkologie hätten wir keine ausreichenden Informationen.

Eine wesentliche Einschränkung ist jedoch das Fehlen klinischer Daten mit Bezug zu den Behandlungen.

Das laufende ICGC-ARGO-Projekt soll genau diese Lücke schließen. Zusätzlich zu PCAWG werden klinische und genomische Daten von 100.000 Krebspatienten gesammelt.

Wenn genügend Daten Genomik mit klinischen Ergebnissen verbinden, sollen Systeme entstehen, die dem Arzt anhand molekularer und genomischer Patienteninformationen bessere Therapieoptionen aufzeigen, mittels maschinelles Lernen und entsprechender Entscheidungssysteme.

Ganzgenomtests werden dennoch nicht sofort in jeder Klinik verfügbar. Anders als heutige Multigenpanels müssen Laborprozesse und Standards der Ganzgenomsequenzierung erst an genetische Testzentren übertragen werden.

Auch Durchführung und Datenanalyse kosten Geld. Derzeit ist es teuer, langfristig sinken die Kosten. Diese Technik kommt nicht schon morgen, könnte aber in einigen Jahren leichter verfügbar werden.

Verwandtes Thema:

- Was ist Next-Generation Sequencing (NGS)? Anwendung in der Onkologie