Was ist der Krebsgenomatlas? Geschichte und wichtige Meilensteine

Einer der wichtigsten Meilensteine der Menschheit und der Wissenschaft ist zweifellos das Humangenomprojekt! Dieses 1990 begonnene und 2003 abgeschlossene Projekt ist zugleich eine der größten Investitionen in die Menschheit. Nach dem Abschluss des Humangenomprojekts vervielfachte sich unser Wissen über viele Krankheiten wie Krebs; zugleich wurde jedoch deutlich, wie wenig wir über die Biologie und Genetik von Krebs wussten. Deshalb wurde 2005 das Projekt Krebsgenomatlas gestartet. Die heute verwendeten und künftig eingesetzten innovativen Therapien (die meisten zielgerichteten Krebsmedikamente) haben ihren Ursprung in diesem genetischen Projekt.

Bevor wir mit der ausführlichen Geschichte des TCGA beginnen, können Sie im Folgenden eine kurze Geschichte der genetischen Krebsforschung sehen:

Was ist der Krebsgenomatlas?

Der Krebsgenomatlas (The Cancer Genome Atlas= TCGA) ist ein genomisches Projekt, das mehr als 20 Tausend Tumoren aus 33 Krebsarten molekular charakterisiert und sie mit normalen Gewebeproben vergleicht.

Das Projekt wurde 2006 tatsächlich begonnen, indem das US-amerikanische National Cancer Institute (US-NCI) und das National Human Genome Research Institute (NHGRI) Forscher verschiedener Disziplinen zusammenbrachten.

In den folgenden Jahren erzeugte das TCGA-Projekt genomische, epigenomische, transkriptomische und proteomische Daten mit einem Umfang von mehr als 2,5 Petabyte. Diese Daten, die eine Weiterentwicklung unserer Möglichkeiten zur Krebsdiagnose, -behandlung und -prävention erlauben, stehen weiterhin allen Menschen offen, die damit forschen möchten.

TCGA-Zeitachse und Meilensteine

2005

Februar

Die Arbeitsgruppe für biomedizinische Technologie des US-amerikanischen National Cancer Advisory Board empfahl den Start eines „Human Cancer Genome Project“, um ein umfassendes Verständnis der genomischen Veränderungen zu erlangen, die allen wichtigen Krebsarten zugrunde liegen.

Was ist ein Genom?

Ein Genom umfasst sämtliche Anweisungen in der DNA. Im Zellkern jeder unserer Zellen liegen 2 DNA-Kopien vor, eine von der Mutter und eine vom Vater. Unsere DNA wird auf besondere Weise gefaltet / verpackt und bildet so Chromosomen. In unseren Zellen gibt es Chromosomen mit 46 verpackten DNA-Spiralen (23 von der Mutter und 23 vom Vater).

Juli

NCI und NHGRI veranstalteten einen Workshop mit dem Titel „Auf dem Weg zu einer umfassenden genomischen Analyse von Krebs“ zur Umsetzung der Pilotphase des Human Cancer Genome Project.

Dezember

Die NIH starteten mit einem Pilotbudget von 100 Millionen Dollar das 3-jährige Projekt „Krebsgenomatlas“.

2006

Mai

TCGA veranstaltete einen Workshop, um Richtlinien zur Datenveröffentlichung zu diskutieren, die Forschern einen einfachen Datenzugang ermöglichen und zugleich die Privatsphäre der Patienten schützen sollten.

September

Die NIH gaben bekannt, dass Lungen-, Gehirn- und Eierstockkrebs die von TCGA zuerst genomisch zu kartierenden Krebserkrankungen seien.

Oktober

Die NIH gaben die Komponenten Krebsgenom-Charakterisierungszentren und Datenkoordinierungszentrum des TCGA bekannt.

November

NHGRI gab die Finanzierung von 3 groß angelegten Genomsequenzierungszentren bekannt. 

2007

Juni

TCGA kündigte Fördermittel an, um die Entwicklung von Technologien zur genomischen Charakterisierung zu unterstützen.

Der erste Datenfluss von den Krebsgenom-Charakterisierungszentren zum Datenkoordinierungszentrum wurde hergestellt.

2008

Januar

Das Projektteam kam zusammen, um die erste Version des TCGA-Datenportals und der Datenanalysewerkzeuge zu diskutieren.

April

TCGA aktualisierte seine Richtlinien zur informierten Einwilligung.

September

Eine Zwischenanalyse zum Glioblastom wurde veröffentlicht, die 3 entscheidende Signalwege identifizierte.  

2009

Februar

Daten zum Eierstockkrebs wurden in das Datenkoordinierungszentrum hochgeladen.

März

Das Genomsequenzierungszentrum wechselte von der Sequenzierung von 601 Genen zu Hybrid-Capture-Techniken, die mehr als 6000 Gene und miRNA-Sequenzen erfassten.

Juni

Das Genomsequenzierungszentrum begann, die Sequenzierung der zweiten Generation zur Erzeugung vollständiger Exom- und Genomdaten zu nutzen.

September

Die NIH finanzierten 7 Genomdatenanalysezentren, um die großen Mengen verschiedener Datenarten aus den Charakterisierungszentren zu integrieren und zu analysieren.

2010

September

Mit Unterstützung des American Recovery and Reinvestment Act von 2009 erweiterten die NIH TCGA, um 20 Krebsarten zu kartieren.

Dezember

Die frei zugänglichen TCGA-Daten wurden erstmals über das Datenportal des International Cancer Genome Consortium bereitgestellt.

2011

Juli

TCGA veröffentlichte einen Artikel über Eierstockkrebs.

Oktober

TCGA übermittelte den Genom-Charakterisierungszentren den 5000. Meilenstein.

November

Das Genomsequenzierungszentrum unterstützte die TCGA-Sequenzierungsbemühungen durch eine erneute Finanzierung.

TCGA veranstaltete sein erstes jährliches wissenschaftliches Symposium.

2012

Januar

TCGA richtete den Cancer Genomics Hub (CGHub) als neue TCGA-Datenressource ein.

Juli

Ein Artikel über das kolorektale Karzinom wurde veröffentlicht, der Kolon- und Rektumtumoren als einen Subtyp von Krebs zeigte.

September

TCGA veröffentlichte einen Artikel über Plattenepithel-Lungenkrebs, der komplexe genomische Veränderungen und wiederkehrende Mutationen in Genen einschließlich TP53 zeigte.

Oktober

TCGA veröffentlichte einen Artikel über Brustkrebs, der molekulare Ähnlichkeiten mit Eierstockkrebs zeigte.

November

TCGA hielt sein zweites jährliches Symposium ab.

Dezember

Das NCI schloss einen Vertrag zur Entwicklung der TCGA Protected Data Cloud, damit Forscher große Mengen genomischer Daten in einer sicheren Cloud-Umgebung analysieren können.

2013

Mai

TCGA veröffentlichte einen Artikel über akute myeloische Leukämie und Endometriumkarzinome.

Juni

Ein Artikel über das klarzellige Nierenzellkarzinom wurde veröffentlicht.

Oktober

TCGA veröffentlichte eine erweiterte Studie zum Glioblastom, die neuere Next-Generation-Sequenzierungsdaten (NGS) verwendete.

Eine Pan-Krebs-Analyse-Arbeitsgruppe wurde eingerichtet, um Daten verschiedener Krebsarten zu sammeln und Untersuchungen durchzuführen.

Dezember

TCGA stellte eine Probensammlung mit mehr als 20.000 zusammengeführten Bioproben zusammen.

2014

Januar

TCGA veröffentlichte einen Artikel über Blasenkrebs.

Mai

TCGA veranstaltete sein drittes jährliches wissenschaftliches Symposium.

Juni

Die letzten Proben zur genomischen Charakterisierung wurden eingereicht.

Juli

TCGA veröffentlichte Artikel über Lungenadenokarzinome und Magenadenokarzinome.

August

TCGA veröffentlichte einen Artikel über das chromophobe Nierenzellkarzinom, eine seltene Form von Nierenkrebs.

Oktober

TCGA veröffentlichte einen Artikel über das papilläre Schilddrüsenkarzinom.

2015

Januar

TCGA veröffentlichte einen Artikel über Plattenepithelkarzinome im Kopf-Hals-Bereich.

Mai

TCGA veröffentlichte sein viertes jährliches wissenschaftliches Symposium.

Juni

TCGA veröffentlichte einen Artikel über niedriggradige Gliome und kutuamöse Melanome.

Oktober

TCGA veröffentlichte einen Artikel über das invasive lobuläre Karzinom, den häufigsten Subtyp des invasiven Brustkrebses.

Die TCGA-Leiter Jean C. Zenklusen und Carolyn Hutter gewannen 2015 den Publikumspreis der Samuel J. Heyman Service to America Medals (Sammies).

November

TCGA veröffentlichte einen Artikel über Prostatakrebs.

2016

Januar

TCGA veröffentlichte einen Artikel über das papilläre Nierenzellkarzinom.

Mai

TCGA veröffentlichte einen Artikel über das seltene adrenokortikale Karzinom sowie über einen Vergleich von Lungenkarzinomen und Plattenepithelkarzinomen.

Juni

Das NCI richtete die Genomdatenbank (Genomic Data Commons, GDC) ein, ein gemeinsames Datensystem, das genomische Daten aus TCGA und weiteren Programmen und Studien enthalten sollte.

Juli

Das TCGA-Datenportal und CGHub wurden geschlossen.

2017

Januar

TCGA veröffentlichte einen Artikel über Ösophaguskarzinome (Speiseröhrenkrebs) und Gebärmutterhalskrebs.

Februar

TCGA veröffentlichte einen Artikel über die seltenen neuroendokrinen Tumoren Phäochromozytome und Paragangliome.

März

TCGA veröffentlichte einen Artikel über uterine Karzinosarkome und Cholangiokarzinome.

Juni

TCGA veröffentlichte einen Artikel über das hepatozelluläre Karzinom (Leberkrebs).

August

TCGA veröffentlichte einen Artikel über duktale Adenokarzinome des Pankreas und uveale Melanome (Augenmelanome).

Oktober

TCGA veröffentlichte eine erweiterte Blasenkrebsstudie.

November

TCGA veröffentlichte einen Artikel über Weichteilsarkome.

2018

Februar

TCGA veröffentlichte einen Artikel über epitheliale Thymustumoren.

April

TCGA veröffentlichte eine Sammlung krebsübergreifender Analysen, die mit dem gesamten TCGA-Datensatz übergreifende krebsbezogene Themen eingehend untersuchen, unter dem Namen „Pan-Krebs-Atlas“.

Juni

TCGA veröffentlichte einen Artikel über testikuläre Keimzelltumoren.

TCGA veröffentlichte einen Artikel über Mesotheliome.

September

Ein Cell-Symposium über das TCGA-Erbe: Multi-Omik-Studien bei Krebs (TCGA Legacy: Multli-Omic Studies in Cancer) wurde veranstaltet. Das TCGA Analysis Network setzt die Datenauswertung fort, um neue aufschlussreiche Erkenntnisse zu gewinnen.

2020

Februar

Die Pan-Krebs-Analyse vollständiger Genome (Pan-Cancer Analysis of Whole Genomes, PCAWG) führte durch die Zusammenarbeit von mehr als 1300 Wissenschaftlern und Ärzten aus 37 Ländern zu einer Veröffentlichung in Nature und ihren verbundenen Zeitschriften mit 23 gleichzeitig erschienenen wissenschaftlichen Artikeln.

Diese Analyse ergab:

• In jedem Krebsgenom wurden etwa fünf Treibermutationen identifiziert (bei 5% gab es keine Treibermutation).
• Die meisten Treibermutationen befanden sich in der kodierenden Region des Genoms.
• Eine „molekulare Uhr“ kann bestimmen, welche Mutationen früh in der Krebsentwicklung auftraten.
• Genetische Mutationsmuster können helfen, den Krebstyp zu bestimmen (dies kann Ärzten helfen, eine Krebserkrankung mit unbekanntem Primärtumor / Ursprung zu identifizieren).

Ergebnisse und Auswirkungen des Krebsgenomatlas

Mit der Sammlung und Sequenzierung der letzten Proben sowie dem Hochladen der Daten wurde die Genomdatenbank (GDC) zugänglich gemacht, und TCGA endete 2018 offiziell. Als Produkt des TCGA wurde jedoch 2020 die Pan-Krebs-Analyse vollständiger Genome (PCAWG) veröffentlicht. Dieses groß angelegte Programm hat die Krebsforschung tiefgreifend beeinflusst. Durch die unterschiedliche Nutzung dieser Daten wirkt das Projekt zudem auch künftig weiter. TCGA trug dazu bei, die Bedeutung der Krebsgenomik aufzuzeigen, veränderte unser Verständnis von Krebs und begann auch die klinische Behandlung der Erkrankung zu verändern. Seine Auswirkungen reichen bis zu Gesundheits- und Wissenschaftstechnologien, zur computergestützten Biologie und zur Forschung in vielen weiteren Bereichen. Der enorme Datensatz, der mit Beiträgen von mehr als 20 Tausend Patienten entstand, wird außerdem offen zugänglich bereitgestellt. So haben sowohl Forscher des Programms als auch unabhängige Forscher, die diese Daten nutzen, viele wissenschaftliche Arbeiten verfasst.

Auswirkungen des Krebsgenomatlas:

• Vertiefung unseres Verständnisses von Krebs durch molekulare Klassifikation und Charakterisierung
• Schaffung reichhaltiger genomischer Datenressourcen für breite Forschungsgemeinschaften
• Unterstützung des Bereichs der computergestützten Biologie
• Unterstützung der Entwicklung von Gesundheits- und Wissenschaftstechnologien
• Veränderung der Behandlungswege für Krebspatienten in der Klinik

Die Genomdatenbank (GDC) enthält TCGA- und weitere Datensätze, auf die Wissenschaftler von überall zugreifen können. Sie bietet außerdem viele weiterentwickelte Funktionen, mit denen Forscher klinisch relevantere Fragen leichter beantworten können.