Millionen Jahre alte Virusreste – ein neuer Schlüssel zur Krebstherapie

Ein uraltes Virus, das unsere Vorfahren vor Millionen von Jahren infizierte, könnte heute zur Entstehung von Krebs beitragen. Eine am 17. Juli 2024 in Science Advances veröffentlichte Studie zeigt, dass diese Virusreste noch in unserer DNA vorhanden sind und den Weg zu wirksameren Krebstherapien mit weniger Nebenwirkungen eröffnen könnten.

Warum ist diese Studie wichtig?

Krebsübergreifende epigenomische Analysen und andere genetische Analysemethoden der neuen Generation helfen, die Wirkung alter retroviraler Sequenzen besser zu verstehen.

Früher galten „endogene Retroviren“ als biologisch funktionslos. Tatsächlich regulieren sie Gene und ermöglichen, dass bestimmte Gene an- oder abgeschaltet werden.

Forschungen der letzten Jahre deuten darauf hin, dass diese Virusreste bei Krankheiten wie Krebs eine Rolle spielen könnten.

Die Einzelheiten der Studie

Methoden und Ergebnisse

Der leitende Autor Edward Chuong, Genombiologe an der University of Colorado Boulder, erklärt, dass die meisten Studien untersuchen, ob endogene Retroviren Proteine kodieren. Diese alten Virussequenzen kodieren jedoch meist keine Proteine. Chuong und sein Team nutzten epigenomische Analysedaten, um herauszufinden, ob die Reste die Genregulation beeinflussen und Krebs begünstigen. The Cancer Genome Atlas hatte 21 Krebsarten kartiert. Bei deren Untersuchung identifizierte das Team 19 von Viren stammende DNA-Sequenzen, die Krebs verursachen könnten.

Epigenetik untersucht, wie die Genexpression, also das An- und Abschalten von Genen, ohne Änderung der DNA-Sequenz reguliert wird. Dies geschieht durch chemische Veränderungen wie DNA-Methylierung und Histonmodifikationen, die beeinflussen, wie genetische Informationen genutzt werden.

Epigenomische Analyse bezeichnet die systematische Untersuchung epigenetischer Veränderungen im gesamten Genom eines Organismus. Sie ermöglicht, epigenetische Markierungen mit Einfluss auf die Genexpression zu kartieren und ihre Funktionen zu verstehen.

LTR10 und Krebs

Eine auffällige DNA-Sequenz: LTR10

Die Forschenden untersuchten eine Sequenz namens LTR10, weil sie bei mehreren Krebsarten, darunter Lungen- und Darmkrebs, stark aktiv war. Dieser DNA-Abschnitt gelangte vor 30 Millionen Jahren in das Genom unserer Vorfahren und ist bei einem Drittel der Darmkrebserkrankungen aktiv. Mit der CRISPR-Geneditierungstechnologie schaltete Chuongs Team LTR10 stumm. Dadurch nahm die Aktivität benachbarter, vom Krebs geförderter Gene ab.

Behandlung und nächste Schritte

MAP-Kinase-Inhibitoren und zielgerichtete Therapie

Die Studie identifizierte zudem die mitogenaktivierte Proteinkinase (MAP-Kinase) als den Faktor, der LTR10 zur Krebsförderung antreibt. Sie ist bei etwa 40% der menschlichen Krebserkrankungen überaktiv. Einige verfügbare Krebsmedikamente zielen bereits auf die MAP-Kinase. Die neuen Erkenntnisse könnten helfen, gezieltere Therapien zu entwickeln oder bestehende Behandlungen zu optimieren.

Bevor sich die Ergebnisse bei Menschen mit Krebs anwenden lassen, sind jedoch weitere Laboruntersuchungen, Humanstudien und mehrere Jahre erforderlich. Da die CRISPR-Epigenomeditierung für die klinische Anwendung noch entwickelt wird, ist eine Behandlung, die diese Elemente direkt angreift, mindestens 5 Jahre entfernt.

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Weiterführende Lektüre: Bestandteile der menschlichen DNA

Die folgende Grafik zeigt prozentual, aus welchen Elementen unser Genom besteht.

• Gene (1-2%): Proteinkodierende DNA-Sequenzen. Das menschliche Genom enthält etwa 20 Tausend bis 25 Tausend Gene. Sie liegen zwischen den rund 6 Milliarden Nukleotidpaaren unseres Genoms und kodieren die verschiedenen Proteine unseres Körpers. Ein großer Teil des Genoms besteht aus Bereichen außerhalb der Gene, die an der Genregulation und anderen biologischen Funktionen beteiligt sind. 
• Transposons (45%): DNA-Sequenzen, die sich im Genom bewegen und vermehren. Dazu gehören Retrotransposons (8,3%), LINE (20,4%) und SINE (13,1%).
• Endogene Retroviren (ERV) (8%): DNA-Fragmente aus früheren Virusinfektionen, die die Genexpression beeinflussen können.
• Pseudogene (1,2%): Gene, die ihre Funktion verloren haben oder unvollständig sind.
• Wiederholungssequenzen (3%): Telomere und andere kurze, sich wiederholende DNA-Sequenzen.
• Sonstiges (40%): Introns, regulatorische Elemente und andere nichtkodierende DNA.