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Mit Epigenetik-Test zur Krebsfrüherkennung

Jedes Jahr erhalten in der EU 45.300 Frauen die Diagnose Eierstockkrebs, bei 330.000 wird Brustkrebs festgestellt. Die Sterberate liegt bei Eierstockkrebs bei etwa 64 %, bei Brustkrebs bei etwa 27 %*. Eine verbesserte Früherkennung und Prognose der Therapieergebnisse von Brust- und Eierstockkrebs soll durch das EU-geförderte Forschungsprojekt „EpiFemCare“ erreicht werden. Das Ziel ist die Entwicklung einer Serie von Bluttests, die basierend auf epigenetischen Modifikationen der DNA, genauer gesagt Methylierungen der Nukleinbase Cytosin, Tumoren erkennen. Für die Sequenzierung der isolierten DNA entwickelt die Konstanzer GATC Biotech AG eine neue Technologie, die die Methylierungen der DNA identifiziert.

Dr. Benjamin Wahl von der GATC Biotech AG arbeitet an der Entwicklung neuer Technologien zur Sequenzierung im Rahmen des EpiFemCare-Projekts. © Bettina Baumann/ BioLAGO

Brustkrebs ist in Europa die meist verbreitete Krebsart bei Frauen und führt von allen Krebsarten zur größten Zahl an Todesfällen unter Frauen. Eierstockkrebs tritt im Vergleich dazu zwar weniger häufig auf, doch ein deutlich größerer Anteil der Patientinnen stirbt an dieser Krebserkrankung. Eierstockkrebs wird meist erst in einem sehr fortgeschrittenen Stadium diagnostiziert, in dem sich der Krebs schon auf andere Regionen ausgebreitet hat. „Deshalb ist die Prognose sehr schlecht, und mehr als 60% aller Patientinnen sterben in den ersten 5 Jahren nach der Diagnose“, schildert Dr. Benjamin Wahl, Wissenschaftler im Entwicklungsteam der GATC Biotech AG.

Neben GATC Biotech beteiligen sich am europäischen Konsortium EpiFemCare (Epigenetics for female personalized cancer care) das University College (UCL) London, die Ludwig-Maximilians-Universität München, die Karls-Universität Prag, die Genedata AG aus Basel, und Euram Limited aus Nottingham. Geleitet wird das Projekt von Prof. Martin Widschwendter vom UCL London. Das EpiFemCare-Projekt hat sich der Aufgabe verschrieben, einen Bluttest für Brust- und Eierstockkrebs zu entwickeln. Dadurch soll eine frühere Diagnose und verbesserte Therapie für Patientinnen ermöglicht werden. Das Projekt ist auf 3,5 Jahre angelegt und in drei Etappen eingeteilt: In einem ersten Abschnitt sollen krebsspezifische Marker anhand der DNA aus Patientenproben identifiziert werden. Im nächsten Schritt ist die Entwicklung des eigentlichen Serum-basierten Tests geplant, bevor dieser dann in der letzten Phase des Projekts an tausenden Patientenproben validiert werden soll.

Tumor-Spuren im Blut

Die Grundlage für den neuen Test bilden epigenetische Modifikationen der DNA. „Sie gehören zum natürlichen Spektrum gesunder Zellen und spielen zum Beispiel eine entscheidende Rolle in der Embryonalentwicklung und in der Differenzierung“, erklärt Wahl. In den letzten Jahren wurde zunehmend deutlich, welche Rolle epigenetische Veränderungen gerade auch bei Krankheitsformen wie Krebs spielen. Bei diesen Veränderungen handelt es sich um Methylierungen des Cytosins, einer der vier Nukleinbasen, aus denen die DNA aufgebaut ist.

Das EpiFemCare-Projekt widmet sich dem daraus folgenden neuen Ansatz, charakteristische Methylierungsmuster von Tumor-DNA zu identifizieren und als Marker zur Krebsdiagnose zu nutzen. „Tumorgewebe stellt ein extrem verändertes Gewebe dar, in dem ständig Prozesse wie Wachstum, aber auch Zelltod durch Apoptose und Nekrose stattfinden“, erläutert Wahl. Dabei gelangt von sterbenden Tumorzellen auch DNA in die Blutbahn. Diese Tumor-DNA weist Veränderungen im Vergleich zu nicht-Tumor-DNA auf. Dabei handelt es sich einerseits um Mutationen, die die Basensequenz der DNA verändern, aber ebenso um besagte epigenetische Modifikationen, die Methylierungen. Sie unterscheiden sich zwischen verschiedenen Zelltypen, so dass Krebszellen ein anderes Muster aufweisen als gesunde Körperzellen.

Von Serumproben zu Krebsmarkern

Die Bearbeitung der Proben im ISO 17025 akkreditierten Genome & Diagnostic Centre entspricht den Kernkompetenzen von GATC Biotech. © Bettina Baumann/ BioLAGO

GATC Biotech bearbeitet und sequenziert die Proben und im Rahmen des Projekts.  Aus mehreren tausend Serum-Proben von Patienten, die die klinischen Partner zur Verfügung stellen, wird zunächst die zellfreie DNA isoliert. Eine besondere Schwierigkeit liegt dabei in der sehr geringen DNA-Menge, die im Blutserum im Gegensatz zu einer Gewebebiopsie vorhanden ist. Nur wenig DNA geht vom Tumor in den Blutstrom über und liegt dann als zellfreie DNA im Blutserum vor. „Bei einer normalen Anreicherung startet man üblicherweise mit DNA-Mengen im Mikrogramm-Bereich, uns stehen hier nur wenige Nanogramm zur Verfügung“, veranschaulicht Wahl die Dimensionen. Das Protokoll zur Aufbereitung und Sequenzierung der DNA ist daher sehr aufwändig und langwierig, doch einfachere Methoden oder kommerzielle Kits funktionieren in diesem Bereich nicht mehr.

Nach der Isolierung der zellfreien DNA können die Methylierungen mit der Technik des „Reduced Representation Bisulfite Sequencing“ (RRBS) aus der DNA-Sequenzierung ermittelt werden. Bei Eukaryoten treten diese Methylierungen nur an Cytosin-phosphatidyl-Guanin-Dinukleotiden (CpGs) auf, die in so genannten „CpG Inseln“, also CpG-reichen Regionen der DNA gehäuft vorkommen. Beim RRBS wird die DNA an den CpG-Inseln geschnitten, um gezielt nur die modifizierten Regionen anzureichern. „Nach der Anreicherung der modifizierten Regionen bleiben noch etwa 10 Prozent des Genoms, die dann mittels Next-Generation-Sequencing mit einer 1-Nukleotid-Auflösung sequenziert werden“, erläutert Wahl. Durch die zusätzliche Bisulfit-Behandlung werden die vorhandenen Methylierungen für die Sequenzierung „konserviert“, da sie bei einer normalen Amplifikation im Rahmen einer PCR, wie sie als Voraussetzung einer Hochdurchsatz-Sequenzierung nötig ist, verloren gehen würden.

Die Nadel im epigenetischen Heuhaufen

Für die anschließende Analyse der Daten ist die die Genedata AG in Basel zuständig, die die bioinformatischen Methoden entwickelt, um Tumor-DNA von Nicht-Tumor-DNA zu unterscheiden. „Das Problem ist dabei nicht, Auffälligkeiten beziehungsweise Modifikationen zu finden, sondern aus den vielen vorhandenen Modifikationen diejenigen herauszufiltern, die spezifisch nur bei Krebspatienten auftreten“, erklärt Wahl. Denn selbst unter den krebsspezifischen Modifikationen kann es noch deutliche Variabilität geben, da auch Brustkrebs keine einheitliche Kategorie von identischen Tumoren darstellt.

Neue Perspektiven für die Krebsdiagnostik

Durch den Einsatz der Bluttests im Rahmen von regelmäßigen Vorsorgeuntersuchungen könnte die Zahl der Todesfälle durch eine zu späte Diagnose deutlich verringert werden. Die hohe Auflösung bei der Sequenzierung der epigenetischen Modifikationen bringt außerdem eine sehr hohe Spezifität und Sensitivität des Tests mit sich. „Die Problematik der falsch-positiven Diagnosen und daraus folgenden unnötigen Operationen, wie sie vor allem bei der aktuellen Brustkrebsdiagnostik mittels Mammographie auftreten, könnte so fast vollständig ausgeschlossen werden“, schildert Wahl zuversichtlich.

Neben der Früherkennung von Brust- und Eierstockkrebs soll es auch möglich sein, die Therapie zu überprüfen, indem man nach einer Operation oder Chemotherapie testet, ob die Tumor-DNA und damit der Tumor komplett verschwunden ist. Ein Erfolg des EpiFemCare-Projekts würde vielversprechende Perspektiven für Krebsdiagnose und –therapie im Allgemeinen bedeuten. Denn, so betont Wahl, „das Testverfahren ist theoretisch für viele Krebs-Arten einsetzbar, es müssten nur jeweils spezifische Marker identifiziert werden.“

EpiFemCare 2012 - 2016
Das europäische EpiFemCare-Projekt (Epigenetics for female personalized cancer care) soll neue Methoden für Screening, Diagnose und personalisierte Therapie von Brust- und Eierstockkrebs entwickeln. Unter den kooperierenden Forschergruppen sind 3 klinische Partner, die unter anderem die Serumproben und gegebenenfalls Tumorbiopsien zur Identifizierung der Krebs-Marker liefern: das University College London, das mit Prof. Martin Widschwendter auch den Konsortiumsleiter des Projekts stellt, die Ludwig Maximilians Universität München und die Karls-Universität in Prag. Die Probenbearbeitung und Sequenzierung übernimmt GATC Biotech, für die Entwicklung und Anwendung der bioinformatischen Techniken zur Analyse der Daten ist die Firma Genedata in Basel zuständig. Zusätzlich zu den wissenschaftlichen Partnern ist Euram Limited für das administrative Management sämtlicher nicht-wissenschaftlicher/-technischer Aspekte des Projekts verantwortlich.

Die Forschungsarbeiten, die zu diesen Ergebnissen geführt haben, wurden gemäß der Finanzhilfevereinbarung Nr. 305428 im Zuge des Siebten Rahmenprogramms der Europäischen Union (RP7/2007-2013) gefördert.

Quellen: *www.epifemcare.eu

Seiten-Adresse: https://www.gesundheitsindustrie-bw.de/de/fachbeitrag/aktuell/mit-epigenetik-test-zur-krebsfrueherkennung/