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Wie können die phänotypischen Effekte einer Tumorsuppressor-Mutation zum Schweigen gebracht werden?

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Ich habe hier ein wenig über die "Two-Hit"-Hypothese für Tumorsuppressorgene gelesen, die erwähnt, dass einige Gene mit Haploinsuffizienz Ausnahmen von der Hypothese sind. Ich habe an anderer Stelle auf dieser Seite gelesen (nämlich die Antwort auf diese Frage), die auf Haplosufficienz als Mittel zum "Stummschalten" der Mutation des Tumorsuppressorgens hindeutet, so dass die Expression des Wildtyp-Allels das mutierte Allel kompensiert.

Gibt es noch andere Mechanismen, die zu einer unvollständigen Penetranz von Tumorsuppressormutationen beitragen?


Das ist eher ein Kommentar


Die Mutation im Tumorsuppressor ist ein rezessives Merkmal und es gibt kein aktives "Silencing" der Mutation. Wenn ein Tumorsuppressor ein TF ist, kann eine Mutation in der DNA-Bindungsdomäne keine Wirkung haben, wenn an seiner Bindungsstelle eine komplementäre Mutation vorliegt. Dies ist nur eine theoretische Möglichkeit und ich habe keine Beispiele als solche gehört. Ich glaube nicht, dass es andere Mechanismen gibt, um jegliche Funktionsverlustmutationen "zum Schweigen zu bringen".


Warum Tumorsuppressor-Gene bei Krebs wichtig sind

Tumorsuppressorgene stellen Proteine ​​her, die das Wachstum von Zellen regulieren, und sie spielen eine wichtige Rolle bei der Verhinderung der Entwicklung von Krebszellen.

Wenn Tumorsuppressorgene aufgrund einer Mutation (entweder bei der Geburt vorhanden oder im späteren Leben) verändert oder inaktiviert werden, erzeugen sie Proteine, die bei der Kontrolle des Zellwachstums und/oder der Reparatur weniger wirksam sind. Das Ergebnis ist ein unkontrolliertes Wachstum beschädigter oder abnormaler Zellen, was zu unkontrolliertem Wachstum und der Entwicklung von Krebstumoren führt.

Tumorsuppressorgene werden auch als Antikogene oder Funktionsverlustgene bezeichnet.


Auswirkungen von Spleißveränderungen auf den Beginn und die phänotypische Variabilität einer Familie mit subklinischer Manifestation des Peutz-Jeghers-Syndroms: bioinformatische und molekulare Evidenz

Das Peutz-Jeghers-Syndrom (PJS) ist eine autosomal-dominant vererbte Krebsvorstufe, die in 80-90% der Fälle durch Keimbahnmutationen im Tumorsuppressorgen verursacht wird STK11. Wir haben einen Gentest der STK11 Gen bei zwei italienischen jungen Schwestern mit Verdacht auf PJS, da sie ohne andere Symptome und Vertrautheit pathognomonische Milchkaffee-Flecken aufwiesen. Sequenzierung aller Exons von STK11 Gen und andere 8 Gene, von denen vermutet wird, dass sie an hamartomatösen Syndromen beteiligt sind, (PTEN, BMPR1A, SDHB, SDHD, SMAD4, AKT1, GER, PIK3CA) führte bei beiden Probanden zur Identifizierung einer neuartigen stillen Keimbahnmutation namens c.597 G>A, die das letzte Nukleotid von Exon 4 traf. Interessanterweise zeigten genetische Tests der Eltern der beiden Probanden, dass ihr nicht betroffener Vater Träger dieser Mutation war. Darüber hinaus trug er eine zweite intronische Substitution namens c.465-51 T>C (rs2075606), die nicht von seinen Töchtern geerbt wurde. Wir beobachteten auch, dass alle Familienmitglieder, die die c.597-G>A-Mutation trugen, eine abweichende Spleißvariante der STK11-mRNA ohne Exon 4 präsentierten. Darüber hinaus zeigte eine in silico-Analyse der c.465-51-T>C-Substitution, dass sie ein Enhancer-Spleißelement aktivieren kann. Schließlich zeigte die qRT-PCR-Analyse der STK11-Expressionsniveaus eine leichte Herunterregulation des Wildtyp-Allels beim Vater und eine 2-fache Herunterregulation bei den Probanden im Vergleich zur nicht betroffenen Mutter. Unsere Ergebnisse haben zu der Hypothese geführt, dass die intronische Variante c.465-51 T>C, die sich mit dem Wildtyp-Allel segregiert, die Spleißeffektivität des STK11-Wildtyp-Allels erhöhen und die Nebenwirkung der c.597 G>A-Spleißmutation kompensieren könnte. verantwortlich für die innerhalb dieser Familie beobachtete phänotypische Variabilität. Dieses Ergebnis unterstreicht die Bedeutung der RNA-Analyse bei Gentests und weist darauf hin, dass stille DNA-Varianten oft eine Spleißvariante sein können, die am Ausbruch und Fortschreiten der Krankheit beteiligt ist. Die Identifizierung dieser Varianten spielt eine entscheidende Rolle, um eine angemessene Nachsorge und Krebsprävention bei Risikopersonen sicherzustellen.

Schlüsselwörter: Enhancer Spleißelement Peutz-Jeghers-Syndrom (PJS) Café-au-lait-Spots Krebsprävention Präsymptomatische Diagnose Risikomanagement Spleißvarianten.

Interessenkonflikt-Erklärung

Die Autoren geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.

Figuren

Café-au-lait-Spots von Probanden. ( EIN ) Schleimhaut verstreute schwarze Flecken…

Molekulare Analyse des STK11/LKB1-Gens.…

Molekulare Analyse des STK11/LKB1-Gens. ( EIN ) Stammbaum des Peutz-Jeghers-Syndroms…

Identifizierung der veränderten Spleißung…

Identifizierung der veränderten Spleißisoform. ( EIN ) RT-PCR-Analyse der…


ERGEBNISSE

Co-Silencing von KLF17, CDH1, und LASS2 Expression korreliert mit eskalierter Tumor-Malignität

Um die Wirkung von Tumorsuppressorgenen auf die Überlebenszeit von Patienten bei verschiedenen Tumoren zu untersuchen, durchsuchten wir die Kaplan-Meier-Plotter-Datenbank (14) und verglichen die mit 51 Tumorsuppressorgenen in Brust-, Lungen- und Eierstockkrebs verbundene mediane Überlebenszeit durch hierarchische Clusteranalyse ( 1A ). Wir analysierten auch, welche Expression von häufigen Tumorsuppressorgenen mit einer relativ längeren medianen Überlebenszeit bei den drei Krebsarten verbunden war. Von diesen Genen, die möglicherweise die mediane Überlebenszeit beeinflussten, wurde beobachtet, dass fünf über die drei Krebsarten hinweg überlappten ( 1B ). Überlebenskurven gestreift nach dem Ausdruck von entweder KLF17, CDH1, oder LASS2 bei Brust-, Lungen- und Eierstockkrebs zeigte, dass eine hohe Expression eines dieser Tumorsuppressorgene mit einer längeren medianen Überlebenszeit verbunden ist (Abb. S1). Die Expression der drei Gene war bei Brustkrebs positiv korreliert (Abb. S2). Wir testeten weiter den Zusammenhang zwischen der Überlebenszeit und der Expression der drei Proteine ​​in hepatozellulären Karzinomgeweben und stellten fest, dass eine gleichzeitige niedrige Expression von KLF17, CDH1 und LASS2 mit einem kürzeren Gesamtüberleben bei Patienten mit hepatozellulärem Karzinom verbunden war ( 1C ). Darüber hinaus untersuchten wir die Korrelationen zwischen KLF17-, CDH1- und LASS2-Expression und dem klinischen Stadium bzw. dem pathologischen Grad bei hepatozellulären Karzinomfällen. Die Prozentsätze der klinischen Stadien I und II betrugen 50,8 bzw. 63,9% und die der Stadien III und IV 49,2 bzw. 36,1% in den Gruppen mit niedriger bzw. hoher Expression der drei Tumorsuppressorgene (P = 0,029). Die Prozentsätze des pathologischen Grades III betrugen 23,8 bzw. 7,4 % in der Gruppe mit niedriger und hoher Expression (P = 0,004) (Fig. 1D). Die Prozentsätze der Metastasierung betrugen 63,3 und 26,7 % (P = 0,002) (Fig. 1E) und die Prozentsätze von α-Fetoprotein (AFP) von mehr als 400 ng/ml betrugen 69,2 bzw. 58,8 % in der Gruppe mit niedriger und hoher Expression (P = 0,010) (Abb. 1F). Diese Ergebnisse zeigten, dass die gleichzeitige Stilllegung von KLF17, CDH1 und LASS2 beim hepatozellulären Karzinom stark mit schlechter Prognose, Tumorprogression, Metastasierung und Serum-AFP-Gehalt korreliert.

(EIN) Clusteranalyse basierend auf Unterschieden in der medianen Überlebenszeit von Patientinnen mit unterschiedlichen Expressionsniveaus von 51 Tumorsuppressorgenen zwischen Brust-, Lungen- und Eierstockkrebs im Kaplan-Meier-Plotter (14). (B) Identifizierung von fünf Tumorsuppressorgenen mit relativ großen Unterschieden in der medianen Überlebenszeit. (C) Überlebenszeit von Patienten mit hepatozellulärem Karzinom mit niedriger oder hoher Expression von KLF17, CDH1 und LASS2. (D) Prozentsatz des klinischen Stadiums, pathologischer Grad, (E) Metastasierung und (F) AFP in Gruppen von Patienten mit hepatozellulärem Karzinom mit niedriger (−) oder hoher (+) Expression von KLF17, CDH1 und LASS2.

MiR-9 trägt zu KLF17, CDH1, und LASS2 Co-Silencing und bösartige Tumorprogression

Wir untersuchten die Wirkung der Freisetzung des Co-Silencing von KLF17, CDH1 und LASS2 in Krebszellen, die diese Gene nach Transfektion überexprimieren ( 2A ). Die Überexpression der drei Gene hemmte die Zellproliferation ( 2B ), die Migration ( 2C ), die Invasion ( 2D ) und die Koloniebildung ( 2E ) und förderte die Zellapoptose ( 2F ). Der Effekt war deutlicher, wenn die drei Gene gleichzeitig überexprimiert wurden, als wenn jedes Gen einzeln überexprimiert wurde.

(EIN) Western-Blot-Analyse der KLF17-, CDH1- und LASS2-Expression in HeLa-Zellen, die mit pcDNA3.1-KLF17, pcDNA3.1-CDH1 bzw. pcDNA3.1-LASS2 transfiziert wurden. (B) Zellvermehrung, (C) Migration (Maßstabsbalken, 50 μm), (D) Invasion (Maßstabsbalken, 100 μm), (E) Koloniebildung (Maßstabsbalken, 2 mm) und (F) wurde die Apoptose von HeLa-Zellen, die mit pcDNA3.1-KLF17, pcDNA3.1-CDH1 und pcDNA3.1-LASS2 transfiziert waren, gemessen. FITC, Fluoresceinisothiocyanat. Alle Daten sind als Mittelwerte ± SEM gegenüber der Kontrollgruppe dargestellt. *P < 0,05, **P < 0,01, ***P < 0,001, ****P < 0,0001.

Unter Berücksichtigung der Effizienz der Hemmung von Tumorzellen mit überexprimierten KLF17, CDH1, und LASS2, haben wir miRNA-Datenbanken auf gängige karzinogene miRNAs gescreent, die auf die drei Gene abzielen, und die hemmende Wirkung dieser miRNAs auf die drei Zielgene durch quantitative Reverse-Transkriptions-Polymerase-Kettenreaktion (qRT-PCR) überprüft (Abb. S3A). Darüber hinaus fanden wir, dass 11 miRNA-Samensequenzen eine gewisse Sequenzähnlichkeit mit miR-9 hatten ( 3A ). Wir haben die durch diese miRNAs verursachte Proliferationshemmung in HeLa-Zellen nachgewiesen, und die inhibitorische Wirkung von miR-9 auf die Proliferation war am offensichtlichsten (Abb. S3B). Die Ergebnisse der TCGA-Datenbankabfrage (The Cancer Genome Atlas) stützen auch die Annahme, dass die miR-9-Expression in einer Vielzahl von Tumorgeweben höher ist als in normalen Geweben (Abb. S4). Bioinformatik-Analyse mit miRTarBase (15), TargetScan (16) oder miRanda (17) zeigte, dass miR-9 hochkonservierte Bindungsstellen auf den 3′-untranslatierten Regionen (3′UTRs) von . besitzt KLF17, CDH1, und LASS2 (Abb. S5A). Darüber hinaus fanden wir heraus, dass miR-9 KLF17, CDH1, und LASS2 3′UTR-Luciferase-Aktivität (Abb. S5B) und verringerte die Expression von KLF17, CDH1, und LASS2 (Abb. 3B). Somit kann die Expression dieser drei Gene durch Hemmung von miR-9 gesteigert werden.

(EIN) Motive von miRNAs-Targeting KLF17, CDH1, und LASS2 durch eine Datenbanksuche gefunden. (B) KLF17-, CDH1- und LASS2-Proteinspiegel, bestimmt durch Western-Blot-Analyse nach Transfektion mit miR-9 für 48 Stunden. (C) Mehrere miR-9-Schwämme (lineare RNA-9, circR-9, CSSD-9-s und CSSD-9) wurden entworfen. (D) Stabilität von manipulierten miRNA-Schwämmen nach Behandlung mit Exonuklease VII (Exo VII), T5 Exonuklease (T5 Exo), RNase R, Medium mit Serum oder Transfektionsreagenz. (E) Repräsentative rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen von Nanopartikeln. (F) qRT-PCR-Nachweis der miR-9-Expression in HeLa-Zellen nach Transfektion von Nanopartikeln mit verschiedenen miR-9-Schwämmen zu verschiedenen Zeitpunkten. Die miR-9-Expression wurde durch die Expression der kleinen nukleären RNA des Referenzgens U6 normalisiert. (g) Western-Blot-Analyse von KLF17-, CDH1- und LASS2-Proteinen in HeLa-Zellen, die mit Nanopartikeln mit verschiedenen miR-9-Schwämmen transfiziert wurden. (h) Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen phänotypischer Veränderungen, die 48 Stunden nach Transfektion von HeLa-Zellen mit CSSD-9-Nanopartikeln beobachtet wurden. Die roten Pfeile zeigen apoptotische Vesikel an. Maßstabsbalken, 10 μm (links) und 5 μm (rechts). (ich) Zellvermehrung, (J) Migration, (K) Invasion, (L) Koloniebildung und (m) Apoptose wurden in HeLa-Zellen nachgewiesen, die mit CSSD-9-Nanopartikeln in Dosen von 0,25, 0,5 und 1 μg pro 10 5 Zellen transfiziert waren. Alle Daten sind als Mittelwerte ± SEM dargestellt. *P < 0,05, **P < 0,01, **** P < 0,0001.

Die mit Nanopartikeln beladene CSSD-9 dient als miR-9-Schwamm, der die Expression des Tumorsuppressorgens erhöht und die Tumorbösartigkeit hemmt

Um den miR-9-Gehalt in Tumorzellen zu reduzieren, haben wir mehrere Inhibitoren entwickelt, die auf der Sequenz von reifem miR-9 basieren. Lineare RNA ist ein Oligonukleotid, das eine Kopie der miR-9-Bindungsstellen enthält, circR-9 und CSSD-9-s enthielten zwei Bindungsstellen, und CSSD-9 enthielt vier miR-9-Bindungsstellen ( 3C ). Angesichts der Tatsache, dass unvollkommene miRNA-bauchige Schwämme effektiver sind als Schwämme mit einer perfekten Antisense-Sequenz (10, 11, 18), umfasste jede miRNA-Bindungsstelle eine ausgebauchte Stelle. Als nächstes verwendeten wir Exonuklease VII, T5-Exonuklease, Ribonuklease (RNase) R, Medium mit Serum oder Transfektionsreagenz für den enzymatischen Verdau von konstruierten miRNA-Schwämmen. Im Vergleich zu circR-9 war CSSD-9 resistenter gegen enzymatischen Abbau und stabiler in Medium mit Serum oder Transfektionsreagenz (Fig. 3D).

Die Nanopartikelmorphologie wurde unter einem Rasterelektronenmikroskop beobachtet (Fig. 3E). CSSD-9 und andere von uns entwickelte miR-9-Inhibitoren wurden auf Nanopartikeln in Zellen übertragen. Die Wirkung von CSSD-9 auf die Verringerung des miR-9-Gehalts und die Erhöhung der KLF17-, CDH1- und LASS2-Proteinexpression war am offensichtlichsten ( 3 , F und G). Wir beobachteten den HeLa-Zell-Phänotyp nach CSSD-9-Behandlung unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops. Die Zellmorphologie wurde kugelförmig, ausgehend von der ursprünglichen spindelförmigen Zelloberflächen-Schiefer-Pseudopodien nahm die Zelloberfläche ab und es erschienen apoptotische Vesikel (Fig. 3H). Wir untersuchten auch die Fähigkeit von CSSD-9, die Malignität von Tumorzellen zu hemmen, und fanden heraus, dass CSSD-9 die Zellproliferation (Fig. 3I), die Migration (Fig. 3J), die Invasion (Fig. 3K) und die Koloniebildung (Fig. 3L) hemmte ) und förderte die Zellapoptose ( 3M ). Diese Wirkungen von CSSD-9 auf Zellproliferation, Migration, Invasion, Koloniebildung und Apoptose waren dosisabhängig (0, 0,25, 0,5 und 1 µg pro 10 5 Zellen), wobei bei höheren Dosen eine größere Wirkung erzielt wurde (Abb. 3).

Genexpressionschip-Analyse des gesamten Genoms zeigt wichtige biologische Funktionen, die von CSSD-9 beeinflusst werden

Um den Einfluss von CSSD-9 auf wichtige biologische Funktionen zu beurteilen, analysierten wir die Genexpression des gesamten Genoms in HeLa-Zellen, die mit CSSD-9 behandelt wurden. Genexpressionsprofile wurden durchgeführt, um die Auswirkungen von CSSD-9 auf Krebszellen zu beurteilen. Bulk-RNA wurde aus Zellen extrahiert, die mit CSSD-9 behandelt wurden, und die exprimierten Transkripte wurden mit einem Genexpressionschip für das gesamte Genom analysiert ( 4A ). Um die Expression von Chemokinen und Wachstumsfaktoren in den Daten des Genexpressionschips des gesamten Genoms zu analysieren, optimierten wir die Analysebedingungen und wählten Gene, die mehr als zweifach unterschiedlich exprimiert wurden, für die Genontologie (GO)-Analyse. Die Ergebnisse zeigten, dass nach der Behandlung mit CSSD-9 Apoptose, intrazelluläre pH-Regulation, Immunantwort, Entzündungsreaktion, Interleukin-18 (IL-18)- und IL-8-bezogene biologische Prozesse und die mit der CCR-Chemokinrezeptorbindung zusammenhängende molekulare Funktion alles hochreguliert. Im Gegensatz dazu wurden Zelladhäsion, Invasion, Migration, Angiogenese und positive Regulation von biologischen Prozessen im Zusammenhang mit der IL-4-Produktion und molekularer Funktion, die mit der Wachstumsfaktoraktivität zusammenhängen, herunterreguliert (Abb. 4B). Hochregulierte Gene wurden mit Entzündungsreaktion, Immunantwort, Apoptose, Chemokinen und Chemokinrezeptoren in Verbindung gebracht (Abb. 4C), während herunterregulierte Gene mit Migration, Invasion, Angiogenese, extrazellulärer Matrix, Chemokinen, Chemokinrezeptoren und Wachstum in Verbindung gebracht wurden Faktor (Fig. 4D). Darüber hinaus analysierten wir Protein-Protein-Interaktionen zwischen unterschiedlich exprimierten Genen (hoch- oder herunterreguliert) mithilfe der STRING-Datenbank (19). Gene, die nach CSSD-9-Behandlung hochreguliert wurden, waren an Protein-Protein-Interaktionen angereichert, die mit Zellapoptose und Entzündungsreaktion verbunden sind ( 4E ), während herunterregulierte Gene mit Zellinvasion, Metastasierung und Proliferation verbunden waren ( 4F ).

(EIN) Arbeitsablauf der Genexpressionschip-Analyse des gesamten Genoms von Zellen, die mit CSSD-9 behandelt wurden. (B) Hoch- und runterregulierte biologische Prozesse und molekulare Funktionen in HeLa-Zellen 48 Stunden nach CSSD-9-Behandlung. Hochregulierte biologische Prozesse, einschließlich Immun- und Entzündungsreaktion und apoptotischer Signalweg, sind grün dargestellt. Herunterregulierte biologische Prozesse wie Migration, Invasion, Proliferation, Angiogenese und Wachstumsfaktoren sind rot dargestellt. IκB, Inhibitor des nuklearen Faktors B NF-κB, nuklearer Faktor κB. (C) Hochregulierte Gene in HeLa-Zellen nach CSSD-9-Behandlung wurden mit Entzündungsreaktion, Immunreaktion, Apoptose und Chemokinen/Chemokinrezeptoren in Verbindung gebracht. (D) Herunterregulierte Gene in HeLa-Zellen nach CSSD-9-Behandlung wurden mit Migration, Invasion, Angiogenese, extrazellulärer Matrix, Wachstumsfaktoren und Chemokinen/Chemokinrezeptoren in Verbindung gebracht. (E) Abgeleitete hochregulierte Protein-Protein-Interaktionsnetzwerke basierend auf unterschiedlich exprimierten Genen nach CSSD-9-Behandlung wurden für Apoptose und Entzündungsreaktion angereichert. (F) Abgeleitete herunterregulierte Protein-Protein-Interaktionsnetzwerke basierend auf unterschiedlich exprimierten Genen nach CSSD-9-Behandlung wurden für Invasion, Migration und Proliferation angereichert.

CSSD-9 hemmt Tumore in Zellen, die miR-9 . exprimieren

Um die Sensitivität anderer Tumorzellen gegenüber CSSD-9 zu untersuchen, haben wir die miR-9-Expression (Abb. S6) und die mRNA-Expression von . gemessen KLF17, CDH1, und LASS2 (Abb. S7) in verschiedenen Tumorzelltypen mittels qRT-PCR. Wir wählten HeLa-, SiHa-, A549-, H1299- und HepG2-Zellen aus, um die inhibitorische Wirkung von CSSD-9 zu untersuchen, da diese Zellen die höchste relative Expression von miR-9 und die niedrigste relative Expression der Zieltumorsuppressorgene aller untersuchten Zellen aufwiesen Linien. CSSD-9 reduzierte die Zellproliferation in allen Zelllinien 48 Stunden nach der Transfektion (Fig. 5A). CSSD-9-Überexpression hemmte die Metastasen-fördernde Aktivität von Matrix-Metalloproteinase-2 (MMP2) und MMP9 in den Zellen, wie durch Gelatine-Zymographie bestimmt ( 5B ). Außerdem hemmte CSSD-9 die Zellinvasion (Fig. 5C) und die Migration (Fig. 5D) und förderte die Apoptose (Fig. 5E). Darüber hinaus war CSSD-9 für HEK293-, LO2-, HUVEC- oder HaCaT-Zellen nicht toxisch (Abb. S8).Wir haben auch andere CSSDs entwickelt, die auf krebserregende miRNAs abzielen, und ihre hemmende Wirkung in HeLa-Zellen validiert (Abb. S9).

(EIN) Die Proliferation von HeLa-, SiHa-, A549-, H1299- und HepG2-Zellen wurde 48 Stunden nach der Transfektion mit CSSD-9 gemessen. (B) Gelatine-Zymographie, die reprimierte MMP2- und MMP9-Aktivität in HeLa-, SiHa-, A549-, H1299- und HepG2-Zellen nach CSSD-9-Behandlung zeigt. (C) Die Zellinvasion wurde durch einen Matrigel-beschichteten Transwell-Assay bestimmt. Die Zellen, die den Matrigel-beschichteten Filter passierten, wurden fixiert, gefärbt und gezählt. (D) Die Migration von HeLa-, SiHa-, A549-, H1299- und HepG2-Zellen wurde 24 und 48 Stunden nach der Transfektion mit CSSD-9 nachgewiesen. Die Daten wurden auf 0 Stunden normalisiert. (E) Wirkung von CSSD-9 auf die Apoptose von Tumorzellen, analysiert durch Durchflusszytometrie. Geerntete Zellen wurden mit Annexin V und Propidiumiodid gefärbt, um den Prozentsatz an frühen und späten apoptotischen Zellen und lebensfähigen Zellen zu bestimmen. Alle Daten sind als Mittelwerte ± SEM dargestellt. **P < 0,01, ****P < 0,0001.

Um die hemmende Wirkung von CSSD-9 in vivo zu untersuchen, wurden ca. 1 × 10 6 HeLa-Zellen subkutan in den mittleren Rückenbereich von BALB/c-Nacktmäusen injiziert. Wenn das Tumorvolumen 100 bis 200 mm 3 erreichte, wurden Mäuse intratumoral (IT) mit gemischter CSSD-9 (10 μg) und Nanopartikeln (10 μl) oder gemischten CSSD-9 (20 μg) und Nanopartikeln (20 μl) behandelt intravenöse (IV) Injektion alle 3 Tage, um die Dosisabhängigkeit der Wirkung festzustellen (Fig. 6A). Im Vergleich zu einer Behandlung mit 10 µg CSSD-9 zeigte die Gabe von 20 µg CSSD-9 eine stärkere tumorhemmende Wirkung. Daher haben wir eine hohe Dosis (20 μg) der CSSD-9-Behandlung ausgewählt, um die Tumorerkennung in vivo zu hemmen. Eine Mischung aus 20 &mgr;g CSSD-9 und 20 &mgr;l Nanopartikeln wurde in SiHa-, A549- und HepG2-Tumor-tragende Mäuse i.v. injiziert. oder I. T. alle 3 Tage. CSSD-9 verringerte das Tumorwachstum in diesen drei Modellen, wobei die hemmende Wirkung bei I.T. Injektionsgruppen als bei i.v. Injektionsgruppen (Fig. 6B). Bei Mäusen, die mit CSSD-9 behandelt wurden (zweischwänziges ungepaartes T Test oder Mann-Whitney-Test, P < 0,05) (Fig. 6, C und D). Wir haben auch miR-9- und mRNA-Expression von . nachgewiesen KLF17, CDH1, und LASS2 in Tumorgewebe durch qRT-PCR. Die Ergebnisse zeigten, dass CSSD-9 die miR-9-Expression unterdrückte (Abb. 6E) und erhöhte KLF17, CDH1, und LASS2 Ausdruck (Fig. 6F). Die KLF17-, CDH1- und LASS2-Proteinexpression war auch in der CSSD-9-Behandlungsgruppe erhöht, wie durch Western-Blot-Analyse gezeigt (Fig. 6G). Die mRNA-Expression einiger Chemokine, Chemokinrezeptoren und Wachstumsfaktoren in Tumorgeweben wurde durch qRT-PCR in CSSD-9-Behandlungsgruppen nachgewiesen. Die mRNA-Expressionsvariation von CXCR5, IL33, CCL18, FGF11, und VEGFB in Geweben stimmte mit den Daten des Genexpressionschips für das gesamte Genom überein: Die Expression von CXCR5 erhöht, während IL33, CCL18, FGF11, und VEGFB in CSSD-9-behandelten Tumorgeweben verringert (Abb. S10).

(EIN) HeLa-Tumorvolumina nach CSSD-9-Behandlung in verschiedenen Dosierungen. Wenn die Tumore eine Größe von 100 bis 200 mm 3 erreichten, wurden Mäuse mit 10 und 20 μg CSSD-9 über I.T. oder I. V. Injektion. Die Tumorgrößen wurden alle 3 Tage gemessen und die Tumorvolumina wurden berechnet. (B) SiHa-, A549- und HepG2-Tumorbilder und Wachstumskurven nach CSSD-9-Behandlung durch I.V. und es. Injektion. (C) Sichtbare metastatische Knötchen auf der Lungenoberfläche der Kontroll- und CSSD-9-behandelten Mäuse (oben). Repräsentative Abbildungen der Hämatoxylin- und Eosin (H&E)-Färbung wurden an seriellen Schnitten von metastatischen Tumoren in der Lunge durchgeführt. Maßstabsbalken, 50 μm. (D) Die Anzahl der metastatischen Lungenknötchen wurde in den Kontroll- und CSSD-9-Behandlungsgruppen quantifiziert. (E) miR-9-Expression in der Kontroll- und CSSD-9-Gruppe wurde durch qRT-PCR nach Lyse von Tumorgewebe und RNA-Extraktion nachgewiesen. (F) mRNA-Expression von KLF17, CDH1, und LASS2 in Kontroll- und CSSD-9-Behandlungsgruppen wurde durch qRT-PCR nachgewiesen. (g) Die Expression von KLF17, CDH1 und LASS2 wurde durch Western-Blot-Analyse nach Lyse von Tumorgeweben bestätigt. (h) Links: In-vivo-Fluoreszenzbildgebung einer BALB/c-Nacktmaus, die I.V. Injektion von A549-GFP-Zellen und behandelt mit CSSD-9 durch I.V. Injektion. Rechts: CTCs wurden mittels Durchflusszytometrie nachgewiesen. (ich) Infiltration von CD8 + T-Zellen (CD3 + CD8 + ) und IFN-γ + Zellprozentsatz in die Tumorgewebe nach CSSD-9-Behandlung durch I.T. oder I. V. Injektion. (J) Prozentsätze von MDSCs in Tumorgewebe, Knochenmark (BM) und Milz nach CSSD-9-Behandlung. Alle Daten sind als Mittelwerte ± SEM dargestellt. *P < 0,05, **P < 0,01, ***P < 0,001, **** P < 0,0001.

Als nächstes untersuchten wir die Wirkung der mit CSSD-9 gelieferten Nanopartikel auf normale Zellen in den Tiermodellen. Wir untersuchten das komplette Blutbild, die Leberfunktion und die Nierenfunktion bei normalen Mäusen (normale Gruppe), tumortragenden Mäusen (Kontrollgruppe) und Mäusen, die mit unterschiedlichen Dosen von I.T. oder I. V. Injektion von CSSD-9 (d. h. I.T.-20 µg, I.T.-10 µg, I.V.-20 µg und I.V.-10 µg Gruppen). Im Vergleich zu normalen Mäusen erhöhte sich der Prozentsatz an Neutrophilen [Einweg-Varianzanalyse (ANOVA), P < 0,0001], aber es gab keinen signifikanten statistischen Unterschied zwischen Monozyten, Lymphozyten und Eosinophilen bei tumortragenden Mäusen und normalen Mäusen. Der Prozentsatz der Basophilen lag nahe 0. Nach der CSSD-9-Behandlung gab es keinen statistischen Unterschied bei Neutrophilen, Monozyten, Lymphozyten, Eosinophilen und Basophilen (Abb. S11, A und B). Wir führten auch Alaninaminotransferase (ALT), Aspartataminotransferase (AST), alkalische Phosphatase (ALP), Gesamtbilirubin (TBIL), Gesamtprotein (TP), Albumin (ALB), Kreatinin (CREA) und Harnstoff (UREA) durch, um Bewerten Sie die Wirkung von CSSD-9 auf die Leber- und Nierenfunktion. Im Vergleich zu normalen Mäusen nahmen die ALT-, ALP-, TP- und ALB-Konzentrationen bei tumortragenden Mäusen ab, während die AST- und TBIL-Konzentrationen anstiegen. Nach der CSSD-9-Behandlung kehrten diese Indizes auf nahezu normale Werte zurück, jedoch waren diese Veränderungen statistisch nicht signifikant. Darüber hinaus gab es in allen Gruppen keinen deutlichen Unterschied in den CREA- und UREA-Konzentrationen (Abb. S11, C und D). Die Ergebnisse zeigten, dass CSSD-9 bei Mäusen wenig Einfluss auf das Blutbild, die Leberfunktion und die Nierenfunktion hat.

Um die in-vivo-Wirkung von CSSD-9 auf die Metastasierung zu untersuchen, wurde ein experimenteller Metastasierungsassay verwendet, um Lungenmetastasen und zirkulierende Tumorzellen (CTCs) in Mäusen zu vergleichen, denen A549-Zellen injiziert wurden, die stabil mit grün fluoreszierendem Protein (GFP) markiert waren. Sechs Wochen nach der Injektion zeigten Mäuse in der Kontrollgruppe durch in vivo-Fluoreszenzbildgebung deutliche Lungenmetastasen. Die CTCs wurden durch Durchflusszytometrie analysiert und die Ergebnisse zeigten, dass die CTC in der Kontrollgruppe höher war als in der CSSD-9-Gruppe ( 6H ). Bei Mäusen, die mit CSSD-9 behandelt wurden (zweischwänziges ungepaartes T Prüfung, P < 0,05) (Abb. S12).

Darüber hinaus untersuchten wir die Entwicklung und Funktion von Immunzellen nach CSSD-9-Transfektion in vivo. Wir untersuchten die Infiltration von CD8 + T-Zellen und Interferon-γ-positiven (IFN-γ + ) Zellen in Tumorgewebe nach CSSD-9-Transfektion durch I.T. oder I. V. Injektion mittels Durchflusszytometrie. Die Prozentsätze der infiltrierenden CD8 + -T-Zellen und IFN-γ + -Zellen in den Tumorgeweben stiegen nach der CSSD-9-Behandlung an, und der Anstieg in der 20 &mgr;g-CSSD-9-Behandlungsgruppe war offensichtlicher ( 6I ). Um die Aufhebung der Immunsuppression und der Zielzellen neben Tumorzellen nachzuweisen, haben wir den Prozentsatz von Myeloid-derived Suppressor Cells (MDSCs) in Tumor, Knochenmark und Milz gemessen. Der Prozentsatz der MDSCs nahm nach der CSSD-9-Behandlung ab (Fig. 6J).

CSSD-9 hemmt spezifisch Tumore mit hoher miR-9-Expression in einem von Patienten abgeleiteten Tumor-Xenotransplantat-Modell

Wir erhielten 43 verschiedene Primärtumorfragmente (hepatozelluläres Karzinom, Lungenkrebs, Gebärmutterhalskrebs, Eierstockkrebs und Brustkrebs) von 61 Patienten und etablierten 43 patientenabgeleitete Tumor-Xenograft-(PDX)-Modelle, deren klinische und pathologische Merkmale in Abb. 7A. Ein Schema der Experimente einschließlich Behandlung von frischem chirurgischem Tumorgewebe, Passage in vivo und I.T. Die Injektion von CSSD-9 in das PDX-Modell ist in Fig. 7B gezeigt. Wir haben erkannt KLF17, CDH1, LASS2und miR-9-Expression in diesen Tumoren durch Immunhistochemie (IHC) und Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH) ( 7C ). Die statistische Analyse zeigte, dass der Ausdruck von KLF17, CDH1, und LASS2 war in diesen Tumorgeweben negativ mit miR-9 korreliert ( 7D ). Um die inhibitorische Aktivität von CSSD-9 auf das Wachstum von Patiententumoren zu untersuchen, wurden Mäusen verschiedene Tumorgewebe implantiert und in Kontroll- und CSSD-9-Gruppen eingeteilt. Wir analysierten die Beziehung zwischen der Tumorsuppressorrate von CSSD-9 und der Expression von miR-9 und KLF17, CDH1, und LASS2 bei Patiententumoren. Die Ergebnisse zeigten, dass die Tumorhemmungsrate positiv mit der miR-9-Expression korrelierte, aber negativ mit KLF17, CDH1, und LASS2 Ausdruck (Fig. 7E). Die Ergebnisse des PDX-Modells deuteten auf einen potentiellen klinischen therapeutischen Wert von CSSD-9 hin, der als präklinische Empfindlichkeitsbewertung vor der Anwendung einer ZSVA-Therapie angesehen werden kann.

(EIN) Informationen zu klinisch-pathologischen Merkmalen von Patienten mit verschiedenen Tumoren. (B) Schema der Primärtumorbehandlung und I.T. Injektion von CSSD-9 in das PDX-Modell. (C) Repräsentative Bilder von Positiv und Negativ KLF17, CDH1, und LASS2 Expression und miR-9-Expression in verschiedenen hepatozellulären Karzinomgeweben, nachgewiesen durch IHC und FISH. (D) Die lineare Regressionsanalyse zeigte eine signifikant negative Korrelation zwischen miR-9 und der Expression von KLF17, CDH1, und LASS2 in Tumorgeweben von Patienten. (E) Die Hemmungsrate des Tumorwachstums von CSSD-9 korrelierte positiv mit miR-9 und negativ mit der Expression von KLF17, CDH1, und LASS2.


Haplounzureichende Tumorsuppressorgene

Trotz der langen Geschichte der Haploinsuffizienz in der Genetik war die Übertragung dieses Konzepts auf Tumorsuppressorgene langsam. Die Verzögerung ist wahrscheinlich auf das Fehlen experimenteller Beweise sowie auf einen wahrgenommenen Konflikt zwischen Haploinsuffizienz (ein Allel ist nicht genug) und der ursprünglichen Definition eines Tumorsuppressorgens (zwei Treffer erforderlich) zurückzuführen. In der traditionellen Tumorsuppressorgenetik führt der vererbte Verlust eines Tumorsuppressorallels zu einer beschleunigten Tumorgenese, da nur ein verbleibendes Allel inaktiviert werden muss. Haploinsuffiziente Tumorsuppressorgene führen ebenfalls zu einer beschleunigten Tumorentstehung, jedoch ohne dass eine vererbte Mutation eines Allels erforderlich ist ( 1 ).

1998, Fero et al . (15) berichteten, dass der Cyclin-abhängige Kinase-Inhibitor p27 kip1 ist haploinsuffizient zur Tumorsuppression und Venkatachalam et al . ( 16 ) zeigten, dass p53 die Tumorentwicklung in einer von der Gendosis abhängigen Weise unterdrücken kann. Ebenso Tang et al . ( 17 ) berichteten, dass Tgfβ zur Tumorsuppression haploinsuffizient ist, obwohl sein Mechanismus der Haploinsuffizienz grundlegend anders ist, da Tgfβ ein sezerniertes Protein ist und somit auf nicht zellautonome Weise funktioniert.

1996 stellten drei Labore unabhängig voneinander p27-Knockout-Mäuse her und berichteten über ähnliche Phänotypen (18 – 20). p27 −/− Mäuse haben eine erhöhte Wachstumsrate und Erwachsene sind 20 bis 30 % größer als Wildtyp-Wurfgeschwister. Die vergrößerte Größe der p27 −/− Tiere war auf eine erhöhte Zellularität im Gegensatz zu einer erhöhten Zellgröße zurückzuführen, was auf eine Schlüsselrolle von p27 bei der Kontrolle des Wachstums in allen Gewebekompartimenten hinweist in vivo und liefert den ersten Hinweis auf seine Gendosierungsempfindlichkeit. Interessanterweise sind Taschentücher aus dem p27 +/- Mäuse exprimierten ungefähr 50% des normalen p27-Proteinspiegels und diese Mäuse zeigten eine mittlere Wachstumsrate. Der intermediäre Phänotyp der heterozygoten Tiere zeigte, dass die Kontrolle der Proliferation und sogar der Größe der erwachsenen Tiere äußerst empfindlich auf den Gehalt an p27-Protein reagiert. Darüber hinaus zeigten p27-defiziente Mäuse eine Hyperplasie des Hypophysen-Zwischenlappens und fast 100 % der p27 −/− Mäuse (mit einem genetischen Hintergrund von 129/Sv) starben schließlich an gutartigen Hypophysenadenomen (18). p27 −/− Mäuse haben keine erhöhte Anfälligkeit für spontane Tumorentwicklung in anderen Geweben gezeigt.

Es gibt jedoch eine Fülle von Beweisen aus menschlichen Krebsarten, die darauf hinweisen, dass ein reduziertes p27-Protein mit aggressiveren Tumoren und einem reduzierten Überleben der Patienten verbunden ist (überprüft in Lit. 21). Da Krebs ein mehrstufiger Prozess ist, der mehrere genetische Ereignisse erfordert, war das Fehlen einer spontanen Tumorprädisposition bei p27-defizienten Mäusen kein ausreichender Beweis, um eine tumorunterdrückende Rolle von p27 auszuschließen. Andere genetische Ereignisse könnten erforderlich sein, um latente tumorsupprimierende Wirkungen von p27 hervorzurufen. Wenn p27-defiziente Mäuse entweder mit dem Punktmutagen ENU oder der ionisierenden Strahlung des mutagenen Mittels mit breitem Spektrum herausgefordert wurden, zeigten sie eine Tumorprädisposition in mehreren Epithelgeweben (15). In einer Kohorte, die mit einer Einzeldosis von 1 Gy bestrahlt wurde, wurde das mediane tumorfreie Überleben von mehr als 70 Wochen bei Wildtyp-Kontrollmäusen auf 40 Wochen in reduziert p27 −/− Mäusen aufgrund einer erhöhten Tumormultiplizität an verschiedenen Stellen, einschließlich Dünn- und Dickdarm, Lunge, Eierstöcke, Uterus und Nebenniere. p27 +/- Mäuse zeigten eine intermediäre Anfälligkeit, sowohl im tumorfreien Überleben als auch in der Tumormultiplizität. Genetische und biochemische Analyse von Tumoren aus dem p27 +/- Mäuse zeigten, dass der Wildtyp p27 Allel war nicht mutiert und die Proteinexpression wurde nicht in zum Schweigen gebracht p27 +/- Tumoren. In ähnlicher Weise wurde das tumorfreie Gesamtüberleben signifikant reduziert, wenn p27-defiziente Mäuse mit dem Karzinogen 1,2-Dimethylhydrazin (DMH), einem Alkylierungsmittel, das Adenome und Adenokarzinome speziell im Dickdarm induziert, ausgesetzt wurden p27 −/− Mäuse und in mittlerem Maße in p27 +/- Mäuse im Vergleich zu Kontrollen von Wurfgeschwistern vom Wildtyp (22). Sowohl die Inzidenz kolorektaler Adenokarzinome als auch das Verhältnis von Adenokarzinomen zu Adenomen und die histologische Aggressivität des Tumorverhaltens waren bei p27-defizienten Mäusen signifikant erhöht. Während p27 +/- Mäuse zeigten eine kolorektale Tumorlatenz und ein histologisch aggressives Tumorverhalten zwischen p27 −/− und p27 +/+ Mäusen wurde das verbleibende Wildtyp-Allel beibehalten und weiterhin in DMH-induzierten kolorektalen Tumoren von . exprimiert p27 +/- Mäuse.

Diese Ergebnisse unterschieden sich von denen, die zuvor in anderen Mausmodellen von Tumorsuppressor-Knockouts berichtet wurden. Zum Beispiel Tumoren aus Rb +/- ( 23 , 24 ) und Apc +/- ( 25 ) Mäuse zeigen alle eine häufige Mutation oder einen Verlust des verbleibenden Wildtyp-Allels, im Einklang mit Knudsons Zwei-Treffer-Modell (2). In diesen Fällen erscheint der Tumorsuppressor auf zellulärer Ebene rezessiv: Der vollständige Verlust beider Allele bietet einen viel größeren Selektionsvorteil als der Verlust eines einzelnen Allels. Selbst in diesen Fällen kann jedoch nicht ausgeschlossen werden, dass der Verlust eines Allels einen selektiven Vorteil möglicherweise in der frühen Tumorentwicklung verschafft. Die genetische Inaktivierung von Maus Rb und Apc Gene imitieren, die in menschlichen Tumoren zu sehen sind, wo biallelische Mutationen in diesen Tumorsuppressorgenen beobachtet werden. Im Gegensatz dazu sind biallelische Mutationen in p27 werden selten bei menschlichen oder murinen Tumoren beobachtet. Die murinen Daten zeigen eindeutig einen starken selektiven Vorteil für die Tumorentstehung mit Verlust eines einzigen p27 Allel. Die Daten zeigen, dass die Hemmung des Wachstums (18) und der Tumorentwicklung (15) sehr empfindlich auf die Gendosis von p27 reagiert. Daher reicht die Halbierung der normalen Menge von p27 aus, um zu ungebremstem Wachstum zu führen, was darauf hindeutet, dass es möglicherweise keinen Schwellenwert für seine Aktivität gibt, sondern eher ein Dosis-Wirkungs-Kontinuum.

In einem anderen bekannten Beispiel Trp53 wird unter bestimmten Umständen und in bestimmten Geweben über die traditionelle „Two-Hit“-Kinetik inaktiviert, zeigt aber in anderen Fällen eindeutige Hinweise auf Haploinsuffizienz. Frühe Hinweise auf haploinsuffizientes Verhalten von Trp53 auf zellulärer Ebene wurde von Bouffler . beobachtet et al . ( 26 ). In dieser Studie, p53 +/- Mäuse zeigten eine signifikant höhere Anzahl spontaner Chromosomenaberrationen als p53 +/+ Mäuse, wobei die Inzidenz zwischen der der p53 +/+ und p53 −/− Mäuse. Ebenso Clarke et al . ( 27 ) berichteten, dass die Apoptose teilweise beeinträchtigt ist p53 +/- Mäuse. Venkatachalam et al . ( 16 ) bestätigte später die Haploinsuffizienz von Trp53 durch Analyse von Tumoren aus p53 +/- Mäuse. In einer Studie von 217 p53 +/- Mäusen behielten etwa die Hälfte aller Tumoren den Wildtyp bei p53 Allel. Im Kontrast zu p53 +/- Tumoren, die das verbleibende Wildtyp-Allel verlieren, exprimierten jene Tumoren mit Wildtyp-Allelretention ein funktionelles p53-Protein, das die Fähigkeit bewahrte, nach Bestrahlung Apoptose zu induzieren, p21- und Mdm2-Expression zu induzieren und PCNA-Expression zu reprimieren.

Seit 1998 hat eine wachsende Zahl von Tumorsuppressorgenen Hinweise auf Haploinsuffizienz gezeigt (Tabelle I). Eines der jüngsten Beispiele mit dem am besten verstandenen Mechanismus der Haploinsuffizienz ist Nkx3.1. Nkx3.1 kodiert für ein Homöobox-Protein, das spezifisch im luminalen Epithel der Prostata exprimiert wird. Nkx3.1 +/- Mäuse entwickeln Prostatahyperplasie ohne Verlust des verbleibenden Wildtyp-Allels (28). Die Microarray-Analyse identifizierte eine Reihe von Nkx3.1-Zielgenen, die eine Reihe von Reaktionen auf Nkx3.1 Gendosis (29). Einige Gene, z.B. Probasin waren relativ unempfindlich gegenüber der Gendosis mit 70 bis 80 % der normalen Expression in Nkx3.1 Hemizygoten, während die Expression anderer Gene wie Intelectin in verloren ging Nkx3.1 Hemizygoten.Zwischen den beiden Extremen befanden sich eine Reihe von Genen, deren Expression in Nkx3.1 Hemizygoten reichten von 16 bis 55% der Wildtyp-Expression. Die Autoren plädierten für ein stochastisches Modell der Genexpression, bei dem Nkx3.1 Die Gendosis beeinflusst die Wahrscheinlichkeit der Zielgenexpression in jeder gegebenen Zelle. Im Fall von Nkx3.1 hing der Nachweis einer Haploinsuffizienz weitgehend vom spezifischen untersuchten Phänotyp ab (d. h. Probasin-Expression versus Intelectin-Expression), was auf die Schwierigkeit hindeutet, einen multifunktionalen Tumorsuppressor als haploinsuffizient zu identifizieren oder nicht.

Haplounzureichende Tumorsuppressorgene

Gen. Verein für vererbte menschliche Krebserkrankungen. Sporadischer Krebsverband beim Menschen. Haploinsuffizienter Phänotyp.
Anx7? Herunterreguliert bei sporadischem Prostatakrebs, Glioblastoma multiforme und Hormonrezeptor-negativem Brustkrebs (71 – 73) Mehrere Gewebe bei der Maus: Lymphom, hepatozelluläres Karzinom und Lungenadenom unter anderem ( 74 )
Apc Mutiert bei FAP-coli-Syndrom (75, 76) Mutiert bei sporadischem Kolorektal-, Magen-, Bauchspeicheldrüsen-, Schilddrüsen- und Eierstockkrebs (77) Tumorigenität von Zelllinien mit aktiviertem v-Ha-ras in Nacktmäusen (78)
Arf Mutiert bei familiärem Melanom und neuralen Tumoren (79) Mutiert bei mehreren sporadischen Krebsarten (ARF-spezifisch bei akuter lymphatischer T-Zell-Leukämie und metastasiertem Melanom) ( 80 – 82 ) Promotor-Hypermethylierung bei oralem Plattenepithelkarzinom ( 83 ) Humanes Melanom ( 84 ) murines DMBA/ TPA-induziertes Papillom ( 85 )
Geldautomat ** Mutiert in Ataxia teleangiectasia (86) Erhöhte Anfälligkeit für Brustkrebs bei Heterozygoten (überprüft in Lit. 87) Mutiert bei verschiedenen Formen von Leukämie und Lymphomen (Übersicht in Lit. 88) Selten mutiert, aber häufig herunterreguliert bei sporadischem Brustkrebs (89 – 91) Erhöhte Empfindlichkeit gegenüber subletalen Dosen ionisierender Strahlung, bestimmt durch Lebensdauer und vorzeitiges Ergrauen ( 92 )
Atr Mutiert beim Seckel-Syndrom (überprüft in Lit. 93 ) Mutiert in Mikrosatelliten-instabilem Endometrium- und Magen-Darm-Krebs (94, 95) Mlh1-induziertes murines Thymuslymphom und intestinale Adenokarzinome (96)
Beclin1? Herunterreguliert bei sporadischem Brustkrebs ( 97 , 98 ) Murines Lymphom, hepatozelluläres Karzinom und Lungenadenokarzinom (99, 100)
Bim? Häufig herunterreguliert mit begleitender LOH bei Mantelzell-Lymphomen ( 101 ), ansonsten aber bisher nur wenige veröffentlichte Mutationsscreenings Eμ-Myc-induzierte murine B-Zell-Leukämie ( 102 )
Blm Mutiert im Blooms-Syndrom ( 103 ) Mutiert in sporadischem Mikrosatelliten-instabilem Magen-Darm-Krebs (104, 105) Murines Leukämievirus-induziertes Lymphom, Apcmin-induziertes Darmadenom ( 106 )
BRCA1 ** Mutiert bei familiärem Brust- und Eierstockkrebssyndrom (107, 108) Selten mutiert, aber häufig herunterreguliert bei sporadischem Brustkrebs (Übersicht in Lit. 109), Ovarialkarzinom (Übersicht in Lit. 110) und Pankreaskarzinom (111) Strahlenempfindlichkeit und Aufrechterhaltung der Genomstabilität in humanen Lymphoblastoid- (112) und Fibroblasten- (113) Linien
BRCA2 ** Mutiert bei familiärem Brust- und Eierstockkrebssyndrom ( 114 , 115 ) Selten mutiert bei bisher analysierten sporadischen Krebserkrankungen ( 116 – 120 ) Strahlenempfindlichkeit und Aufrechterhaltung der Genomstabilität in humanen Lymphoblastoid- (112) und Fibroblasten- (113) Linien
Bub3 ** ? Häufiges LOH bei Osteosarkom ( 121 ), aber selten mutiert bei bisher analysierten sporadischen Karzinomen ( 122 , 123 ) Erhaltung der Genomstabilität in MEFs, aber kein nachweisbarer Unterschied in der Tumorbildung in vivo ( 124 )
CBFA2 / AML1 / RUNX1 Mutiert bei familiärer Thrombozytenfunktionsstörung mit Prädisposition für akute myeloische Leukämie (30) Mutiert bei sporadischer akuter myeloischer Leukämie (125, 126) Akute myeloische Leukämie beim Menschen ( 30 )
Cdh1 (E-CAD) Mutiert bei familiärem Magenkrebs ( 127 ) Mutiert bei sporadischem Magen- und lobulärem Mammakarzinom vom diffusen Typ ( 128 ) Häufig herunterreguliert bei sporadischen epithelialen Karzinomen (Übersicht in Lit. 129 ) Apc 1638N-induziertes murines Adenom und Adenokarzinom (130)
Cdkn1a (S.21 Waf1/Cip1) ** Genetische Varianten, die mit einem erhöhten Risiko für Brustkrebs und Sarkome (131), Lungenkrebs (132, 133), Haut-, Kopf- und Halskrebs (134, 135) und Gebärmutterhalskrebs (136) verbunden sind Verminderte Expression beim hepatozellulären Karzinom ( 137 ), aber selten mutiert bei den bisher analysierten Krebsarten ( 137 – 141 ) Epithelgewebe bei Mäusen: Adenokarzinom der Harderschen Drüse und Granulosazellen-Ovarialtumor (142)
Cdkn1b (S.27 Kip1 ) ? Selten mutiert, aber häufig herunterreguliert bei mehreren sporadischen Krebsarten (Übersicht in Lit. 46) Multiple Epithelgewebe bei Mäusen: Darmadenom und Adenokarzinom, Lungenadenom, Granulosazellen-Ovarialtumor, Endometriumadenom und Adenokarzinom, Angiosarkom, Nebennierenadenom, Hypophysenadenom, Thymuslymphom (15)
Cdkn2c (S.18 Ink4c) ? Selten mutiert, aber bei einigen sporadischen Krebsarten herunterreguliert ( 143 – 145 ) Murines DMN-induziertes Lungenadenokarzinom und Leberhämangiosarkom (146)
Chk1 ** ? Mutiert in Mikrosatelliten-instabilem Endometrium- und Magen-Darm-Krebs (95, 147) Erhaltung der Genomstabilität in normalen murinen Brustdrüsen ( 148 )
Dmp1? Bisher nur wenige veröffentlichte Mutationsscreens Eμ-Myc-induziertes Maus-Lymphom ( 149 )
Fbxw7 (Cdc4) ? Mutiert bei sporadischem Endometrium- ( 150 ), Pankreas- ( 151 ) und Dickdarmkrebs ( 152 ) Mehrere Gewebe bei der Maus: Lungenadenokarzinom, Hepatokarzinom, Cholangiokarzinom, Granulosezelltumor, Hämangiosarkom, Fibrosarkom, Thymuslymphom ( 153 )
Fen1? Selten mutiert bei bisher analysierten sporadischen Krebserkrankungen ( 154 , 155 ) Apc 1638N -induziertes murines Adenom und Adenokarzinom ( 156 )
H2AX? Selten mutierte, aber häufige LOH bei B-Zell-Lymphom (157, 158) Murines Thymuslymphom, Sarkom und Leukämie (159)
Lig4 Mutiert beim Lig4-Syndrom (überprüft in Lit. 93) Genetische Varianten, die mit einem erhöhten Risiko für Brustkrebs (160), multiples Myelom (161) und Lungenkrebs (162) verbunden sind Selten mutiert bei bisher analysierten sporadischen Krebserkrankungen ( 163 ) Murine Weichteilsarkome bei ink4a/arf −/− Mäusen ( 164 )
Lkb1 Mutiert beim Peutz-Jeghers-Syndrom ( 165 , 166 ) Mutiert bei sporadischen Lungen-, Bauchspeicheldrüsen- und Gallenkrebs, aber selten mutiert bei anderen sporadischen Krebsarten im Zusammenhang mit dem Peutz-Jeghers-Syndrom (167 – 171) Mäuse-Magenadenom, Darmadenom (172)
Mad2 ** ? Häufig herunterreguliert beim hepatozellulären Karzinom ( 173 ), aber selten mutiert bei den bisher analysierten sporadischen Karzinomen ( 123 , 174 , 175 ) Erhaltung der Genomstabilität in embryonalen Fibroblasten der Maus ( 176 )
Mlhl ** Mutiert beim hereditären Nicht-Polyposis-Coli-Krebs (HNPCC)-Syndrom (177, 178) Mutiert bei sporadischem Mikrosatelliten-instabilem Kolorektalkarzinom (179, 180) Promotor-Hypermethylierung bei sporadischen Mikrosatelliten-instabilen Kolorektal- (181), Magen- (182) und Kopf-Hals-Karzinomen (183) sowie Melanom (184) und Retinoblastom (185) Mutationsfrequenz in Mgmt −/− mit Alkylierungsmitteln behandelte Fibroblasten ( 186 )
Msh2 Mutiert bei hereditärem Nicht-Polyposis-Coli-Krebs (HNPCC)-Syndrom (187) Mutiert in sporadischem Mikrosatelliten-instabilem Darmkrebs (179, 180, 188) Mehrere Gewebe bei der Maus: Lungenadenom, Leberadenom, Mammaadenom, Uterusadenom, Hämangiosarkom (189) Schwesterchromatidaustausch in MNNG-behandelten MEFs (190) und oxidativer Schaden in bestrahlten MEFs (191)
Mus81? Bisher nur wenige veröffentlichte Mutationsscreens Murines Thymuslymphom, Sarkom, Mammakarzinom, Ovarialkarzinom (192)
Nf1 Mutiert in Neurofibromatose Typ 1 ( 193 ) Mutiert bei sporadischem Kolon-Adenokarzinom (194), myelodisplastischem Syndrom (194) und Astrozytom (194, 195) sowie bei Glioblastom, Ependymom und primitiven neuroektodermalen Tumoren (195) Nicht zellautonome Wirkung in Mastzellen, die murines Neurofibrom umgeben (196)
Nkx3.1 (NKX3A) ? Selten mutiert, aber häufig herunterreguliert bei sporadischem Hodenkeimzellkarzinom und metastasiertem Prostatakarzinom ( 197 – 199 ) Intraepitheliale Neoplasie der Prostata der Maus (29)
Plk4? Bisher nur wenige veröffentlichte Mutationsscreens Hepatozelluläres Karzinom der Maus und Adenokarzinom der Lunge (200)
Prkar1a Mutiert im Carney-Komplex, einem familiären multiplen Neoplasie-Syndrom (201, 202) Häufige Herunterregulierung und LOH bei sporadischem Schilddrüsen-, Nebennieren-, Eierstock- und Dickdarmkrebs, aber selten mutiert bei bisher analysierten sporadischen Krebsarten (Übersicht in Lit. 203 ) Murine Sarkome und hepatozelluläre Karzinome ( 204 ) Menschliches Augenlidmyxom im Carney-Komplex ( 205 )
Ptch Mutiert bei Basalzellkarzinom-Syndrom (206, 207) Mutiert bei sporadischem Medulloblastom ( 208 – 211 ) Murines Medulloblastom (212)
Pten Mutiert bei mehreren seltenen autosomal-dominanten hamartomatösen Syndromen, einschließlich Cowden-Syndrom (213) Mutiert bei mehreren sporadischen Krebsarten (Übersicht in Lit. 214 ) Maus-TRAMP-induziertes Prostata-Adenokarzinom (215) und Maus-Prostata-intraepitheliale Neoplasie (216)
Rb ** Mutiert in familiärem Retinoblastom (4) Mutiert bei mehreren sporadischen Krebsarten, einschließlich Retinoblastom (217), kleinzelliger Lunge (218, 219), Osteosarkom (220) und duktaler Bauchspeicheldrüse (221) Markererhaltung in murinen embryonalen Stammzellen (222)
Ribosomale Proteingene (z.B. L35 , L37a , RPS19 und S8 ) RPS19 , ein menschliches Gen für ribosomale Proteine, ist bei familiärer Diamond-Blackfan-Anämie mit Prädisposition für Leukämie mutiert (Hinweis auf Haploinsuffizienz in einigen Familien) ( 223 , 224 ) Bisher nur wenige veröffentlichte Mutationsscreens Mehrere Gewebe bei Zebrafischen: bösartiger peripherer Nervenscheidentumor, Lymphom, Darm-Adenokarzinom, duktales Pankreaskarzinom (225)
Smad4 / Dpc4 Mutiert in familiärer juveniler Polyposis ( 226 ) Mutiert bei sporadischen Dickdarm- und Bauchspeicheldrüsenkrebs ( 227 – 229 ) Maus-Magenadenom (230)
Tsc2 Mutiert im Tuberösen Sklerose-Komplex ( 231 , 232 ) Mutiert bei pulmonaler Lymphangioleiomyomatose ( 233 ), aber selten mutiert bei anderen bisher analysierten sporadischen Krebsarten (Übersicht in Lit. 234 ) Maus-Pten-initiiertes Prostata-Adenokarzinom ( 216 )
Trp53 Mutiert beim Li-Fraumeni-Syndrom (überprüft in Lit. 235 ) Mutiert bei mehreren sporadischen Krebsarten (Übersicht in Lit. 236 ) Murines Sarkom, Osteosarkom und Lymphom ( 16 ) Murines Harnblasenkarzinom ( 237 ) Humanes Li-Fraumeni-Syndrom ( 238 )
Tgfb Mutiert bei Camurati-Engelmann-Krankheit, einer seltenen Knochenerkrankung ( 239 ), (überprüft in Lit. 240 ) Selten mutiert bei bisher analysierten sporadischen Krebsarten, obwohl viele Komponenten des Signalwegs mutiert sind (Übersicht in Lit. 241 ) Murines Diethylnitrosamin (DEN)-induziertes hepatozelluläres Adenom, Ethylcarbamat-induziertes Lungenadenom (17)
Gen. Verein für vererbte menschliche Krebserkrankungen. Sporadischer Krebsverband beim Menschen. Haploinsuffizienter Phänotyp.
Anx7? Herunterreguliert bei sporadischem Prostatakrebs, Glioblastoma multiforme und Hormonrezeptor-negativem Brustkrebs (71 – 73) Mehrere Gewebe bei der Maus: Lymphom, hepatozelluläres Karzinom und Lungenadenom unter anderem ( 74 )
Apc Mutiert bei FAP-coli-Syndrom (75, 76) Mutiert bei sporadischem Kolorektal-, Magen-, Bauchspeicheldrüsen-, Schilddrüsen- und Eierstockkrebs (77) Tumorigenität von Zelllinien mit aktiviertem v-Ha-ras in Nacktmäusen (78)
Arf Mutiert bei familiärem Melanom und neuralen Tumoren (79) Mutiert bei mehreren sporadischen Krebsarten (ARF-spezifisch bei akuter lymphatischer T-Zell-Leukämie und metastasiertem Melanom) ( 80 – 82 ) Promotor-Hypermethylierung bei oralem Plattenepithelkarzinom ( 83 ) Humanes Melanom ( 84 ) murines DMBA/ TPA-induziertes Papillom ( 85 )
Geldautomat ** Mutiert in Ataxia teleangiectasia (86) Erhöhte Anfälligkeit für Brustkrebs bei Heterozygoten (überprüft in Lit. 87) Mutiert bei verschiedenen Formen von Leukämie und Lymphomen (Übersicht in Lit. 88) Selten mutiert, aber häufig herunterreguliert bei sporadischem Brustkrebs (89 – 91) Erhöhte Empfindlichkeit gegenüber subletalen Dosen ionisierender Strahlung, bestimmt durch Lebensdauer und vorzeitiges Ergrauen ( 92 )
Atr Mutiert beim Seckel-Syndrom (überprüft in Lit. 93 ) Mutiert in Mikrosatelliten-instabilem Endometrium- und Magen-Darm-Krebs (94, 95) Mlh1-induziertes murines Thymuslymphom und intestinale Adenokarzinome (96)
Beclin1? Herunterreguliert bei sporadischem Brustkrebs ( 97 , 98 ) Murines Lymphom, hepatozelluläres Karzinom und Lungenadenokarzinom (99, 100)
Bim? Häufig herunterreguliert mit begleitender LOH bei Mantelzell-Lymphomen ( 101 ), ansonsten aber bisher nur wenige veröffentlichte Mutationsscreenings Eμ-Myc-induzierte murine B-Zell-Leukämie ( 102 )
Blm Mutiert im Blooms-Syndrom ( 103 ) Mutiert in sporadischem Mikrosatelliten-instabilem Magen-Darm-Krebs (104, 105) Murines Leukämievirus-induziertes Lymphom, Apcmin-induziertes Darmadenom ( 106 )
BRCA1 ** Mutiert bei familiärem Brust- und Eierstockkrebssyndrom (107, 108) Selten mutiert, aber häufig herunterreguliert bei sporadischem Brustkrebs (Übersicht in Lit. 109), Ovarialkarzinom (Übersicht in Lit. 110) und Pankreaskarzinom (111) Strahlenempfindlichkeit und Aufrechterhaltung der Genomstabilität in humanen Lymphoblastoid- (112) und Fibroblasten- (113) Linien
BRCA2 ** Mutiert bei familiärem Brust- und Eierstockkrebssyndrom ( 114 , 115 ) Selten mutiert bei bisher analysierten sporadischen Krebserkrankungen ( 116 – 120 ) Strahlenempfindlichkeit und Aufrechterhaltung der Genomstabilität in humanen Lymphoblastoid- (112) und Fibroblasten- (113) Linien
Bub3 ** ? Häufiges LOH bei Osteosarkom ( 121 ), aber selten mutiert bei bisher analysierten sporadischen Karzinomen ( 122 , 123 ) Erhaltung der Genomstabilität in MEFs, aber kein nachweisbarer Unterschied in der Tumorbildung in vivo ( 124 )
CBFA2 / AML1 / RUNX1 Mutiert bei familiärer Thrombozytenfunktionsstörung mit Prädisposition für akute myeloische Leukämie (30) Mutiert bei sporadischer akuter myeloischer Leukämie (125, 126) Akute myeloische Leukämie beim Menschen ( 30 )
Cdh1 (E-CAD) Mutiert bei familiärem Magenkrebs ( 127 ) Mutiert bei sporadischem Magen- und lobulärem Mammakarzinom vom diffusen Typ ( 128 ) Häufig herunterreguliert bei sporadischen epithelialen Karzinomen (Übersicht in Lit. 129 ) Apc 1638N -induziertes murines Adenom und Adenokarzinom (130)
Cdkn1a (S.21 Waf1/Cip1) ** Genetische Varianten, die mit einem erhöhten Risiko für Brustkrebs und Sarkome (131), Lungenkrebs (132, 133), Haut-, Kopf- und Halskrebs (134, 135) und Gebärmutterhalskrebs (136) verbunden sind Verminderte Expression beim hepatozellulären Karzinom ( 137 ), aber selten mutiert bei den bisher analysierten Krebsarten ( 137 – 141 ) Epithelgewebe bei Mäusen: Adenokarzinom der Harderschen Drüse und Granulosazellen-Ovarialtumor (142)
Cdkn1b (S.27 Kip1 ) ? Selten mutiert, aber häufig herunterreguliert bei mehreren sporadischen Krebsarten (Übersicht in Lit. 46 ) Multiple Epithelgewebe bei Mäusen: Darmadenom und Adenokarzinom, Lungenadenom, Granulosazellen-Ovarialtumor, Endometriumadenom und Adenokarzinom, Angiosarkom, Nebennierenadenom, Hypophysenadenom, Thymuslymphom (15)
Cdkn2c (S.18 Ink4c) ? Selten mutiert, aber bei einigen sporadischen Krebsarten herunterreguliert ( 143 – 145 ) Murines DMN-induziertes Lungenadenokarzinom und Leberhämangiosarkom (146)
Chk1 ** ? Mutiert in Mikrosatelliten-instabilem Endometrium- und Magen-Darm-Krebs (95, 147) Erhaltung der Genomstabilität in normalen murinen Brustdrüsen ( 148 )
Dmp1? Bisher nur wenige veröffentlichte Mutationsscreens Eμ-Myc-induziertes Maus-Lymphom ( 149 )
Fbxw7 (Cdc4) ? Mutiert bei sporadischem Endometrium- ( 150 ), Pankreas- ( 151 ) und Dickdarmkrebs ( 152 ) Mehrere Gewebe bei der Maus: Lungenadenokarzinom, Hepatokarzinom, Cholangiokarzinom, Granulosezelltumor, Hämangiosarkom, Fibrosarkom, Thymuslymphom ( 153 )
Fen1? Selten mutiert bei bisher analysierten sporadischen Krebserkrankungen ( 154 , 155 ) Apc 1638N -induziertes murines Adenom und Adenokarzinom ( 156 )
H2AX? Selten mutierte, aber häufige LOH bei B-Zell-Lymphom (157, 158) Murines Thymuslymphom, Sarkom und Leukämie (159)
Lig4 Mutiert beim Lig4-Syndrom (überprüft in Lit. 93) Genetische Varianten, die mit einem erhöhten Risiko für Brustkrebs (160), multiples Myelom (161) und Lungenkrebs (162) verbunden sind Selten mutiert bei bisher analysierten sporadischen Krebserkrankungen ( 163 ) Murine Weichteilsarkome bei ink4a/arf −/− Mäusen ( 164 )
Lkb1 Mutiert beim Peutz-Jeghers-Syndrom ( 165 , 166 ) Mutiert bei sporadischen Lungen-, Bauchspeicheldrüsen- und Gallenkrebs, aber selten mutiert bei anderen sporadischen Krebsarten im Zusammenhang mit dem Peutz-Jeghers-Syndrom (167 – 171) Mäuse-Magenadenom, Darmadenom (172)
Mad2 ** ? Häufig herunterreguliert beim hepatozellulären Karzinom ( 173 ), aber selten mutiert bei sporadischen, bisher analysierten Karzinomen ( 123 , 174 , 175 ) Erhaltung der Genomstabilität in embryonalen Fibroblasten der Maus ( 176 )
Mlhl ** Mutiert beim hereditären Nicht-Polyposis-Coli-Krebs (HNPCC)-Syndrom (177, 178) Mutiert bei sporadischem Mikrosatelliten-instabilem Kolorektalkarzinom (179, 180) Promotor-Hypermethylierung bei sporadischen Mikrosatelliten-instabilen Kolorektal- (181), Magen- (182) und Kopf-Hals-Karzinomen (183) sowie Melanom (184) und Retinoblastom (185) Mutationsfrequenz in Mgmt −/− mit Alkylierungsmitteln behandelte Fibroblasten ( 186 )
Msh2 Mutiert bei hereditärem Nicht-Polyposis-Coli-Krebs (HNPCC)-Syndrom (187) Mutiert in sporadischem Mikrosatelliten-instabilem Darmkrebs (179, 180, 188) Mehrere Gewebe bei der Maus: Lungenadenom, Leberadenom, Mammaadenom, Uterusadenom, Hämangiosarkom (189) Schwesterchromatidaustausch in MNNG-behandelten MEFs (190) und oxidativer Schaden in bestrahlten MEFs (191)
Mus81? Bisher nur wenige veröffentlichte Mutationsscreens Murines Thymuslymphom, Sarkom, Mammakarzinom, Ovarialkarzinom (192)
Nf1 Mutiert in Neurofibromatose Typ 1 ( 193 ) Mutiert bei sporadischem Kolon-Adenokarzinom (194), myelodisplastischem Syndrom (194) und Astrozytom (194, 195) sowie bei Glioblastom, Ependymom und primitiven neuroektodermalen Tumoren (195) Nicht zellautonome Wirkung in Mastzellen, die murines Neurofibrom umgeben (196)
Nkx3.1 (NKX3A) ? Selten mutiert, aber häufig herunterreguliert bei sporadischem Hodenkeimzellkarzinom und metastasiertem Prostatakarzinom ( 197 – 199 ) Intraepitheliale Neoplasie der Prostata der Maus (29)
Plk4? Bisher nur wenige veröffentlichte Mutationsscreens Hepatozelluläres Karzinom der Maus und Adenokarzinom der Lunge (200)
Prkar1a Mutiert im Carney-Komplex, einem familiären multiplen Neoplasie-Syndrom (201, 202) Häufige Herunterregulierung und LOH bei sporadischem Schilddrüsen-, Nebennieren-, Eierstock- und Dickdarmkrebs, aber selten mutiert bei bisher analysierten sporadischen Krebsarten (Übersicht in Lit. 203 ) Murine Sarkome und hepatozelluläre Karzinome ( 204 ) Menschliches Augenlidmyxom im Carney-Komplex ( 205 )
Ptch Mutiert bei Basalzellkarzinom-Syndrom (206, 207) Mutiert bei sporadischem Medulloblastom ( 208 – 211 ) Murines Medulloblastom (212)
Pten Mutiert bei mehreren seltenen autosomal-dominanten hamartomatösen Syndromen, einschließlich Cowden-Syndrom (213) Mutiert bei mehreren sporadischen Krebsarten (Übersicht in Lit. 214 ) Maus-TRAMP-induziertes Prostata-Adenokarzinom (215) und Maus-Prostata-intraepitheliale Neoplasie (216)
Rb ** Mutiert in familiärem Retinoblastom (4) Mutiert bei mehreren sporadischen Krebsarten, einschließlich Retinoblastom (217), kleinzelliger Lunge (218, 219), Osteosarkom (220) und duktaler Bauchspeicheldrüse (221) Markererhaltung in murinen embryonalen Stammzellen (222)
Ribosomale Proteingene (z.B. L35 , L37a , RPS19 und S8 ) RPS19 , ein menschliches Gen für ribosomale Proteine, ist bei familiärer Diamond-Blackfan-Anämie mit Prädisposition für Leukämie mutiert (Hinweis auf Haploinsuffizienz in einigen Familien) ( 223 , 224 ) Bisher nur wenige veröffentlichte Mutationsscreens Mehrere Gewebe bei Zebrafischen: bösartiger peripherer Nervenscheidentumor, Lymphom, Darm-Adenokarzinom, duktales Pankreaskarzinom (225)
Smad4 / Dpc4 Mutiert in familiärer juveniler Polyposis ( 226 ) Mutiert bei sporadischen Dickdarm- und Bauchspeicheldrüsenkrebs ( 227 – 229 ) Maus-Magenadenom (230)
Tsc2 Mutiert im Tuberösen Sklerose-Komplex ( 231 , 232 ) Mutiert bei pulmonaler Lymphangioleiomyomatose ( 233 ), aber selten mutiert bei anderen bisher analysierten sporadischen Krebsarten (Übersicht in Lit. 234 ) Maus-Pten-initiiertes Prostata-Adenokarzinom ( 216 )
Trp53 Mutiert beim Li-Fraumeni-Syndrom (überprüft in Lit. 235 ) Mutiert bei mehreren sporadischen Krebsarten (Übersicht in Lit. 236 ) Murines Sarkom, Osteosarkom und Lymphom ( 16 ) Murines Harnblasenkarzinom ( 237 ) Humanes Li-Fraumeni-Syndrom ( 238 )
Tgfb Mutiert bei Camurati-Engelmann-Krankheit, einer seltenen Knochenerkrankung ( 239 ), (überprüft in Lit. 240 ) Selten mutiert bei bisher analysierten sporadischen Krebsarten, obwohl viele Komponenten des Signalwegs mutiert sind (Übersicht in Lit. 241 ) Murines Diethylnitrosamin (DEN)-induziertes hepatozelluläres Adenom, Ethylcarbamat-induziertes Lungenadenom (17)

Haploinsuffizienz zur Unterdrückung von Tumoren in vivo (bestimmt durch beschleunigte Tumorentstehung in heterozygoten Organismen mit klarer Retention eines Wildtyp-Allels im Tumor) nicht eindeutig nachgewiesen.

Haplounzureichende Tumorsuppressorgene

Gen. Verein für vererbte menschliche Krebserkrankungen. Sporadischer Krebsverband beim Menschen. Haploinsuffizienter Phänotyp.
Anx7? Herunterreguliert bei sporadischem Prostatakrebs, Glioblastoma multiforme und Hormonrezeptor-negativem Brustkrebs (71 – 73) Mehrere Gewebe bei der Maus: Lymphom, hepatozelluläres Karzinom und Lungenadenom unter anderem ( 74 )
Apc Mutiert bei FAP-coli-Syndrom (75, 76) Mutiert bei sporadischem Kolorektal-, Magen-, Bauchspeicheldrüsen-, Schilddrüsen- und Eierstockkrebs (77) Tumorigenität von Zelllinien mit aktiviertem v-Ha-ras in Nacktmäusen (78)
Arf Mutiert bei familiärem Melanom und neuralen Tumoren (79) Mutiert bei mehreren sporadischen Krebsarten (ARF-spezifisch bei akuter lymphatischer T-Zell-Leukämie und metastasiertem Melanom) ( 80 – 82 ) Promotor-Hypermethylierung bei oralem Plattenepithelkarzinom ( 83 ) Humanes Melanom ( 84 ) murines DMBA/ TPA-induziertes Papillom ( 85 )
Geldautomat ** Mutiert in Ataxia teleangiectasia (86) Erhöhte Anfälligkeit für Brustkrebs bei Heterozygoten (überprüft in Lit. 87) Mutiert bei verschiedenen Formen von Leukämie und Lymphomen (Übersicht in Lit. 88) Selten mutiert, aber häufig herunterreguliert bei sporadischem Brustkrebs (89 – 91) Erhöhte Empfindlichkeit gegenüber subletalen Dosen ionisierender Strahlung, bestimmt durch Lebensdauer und vorzeitiges Ergrauen ( 92 )
Atr Mutiert beim Seckel-Syndrom (überprüft in Lit. 93 ) Mutiert in Mikrosatelliten-instabilem Endometrium- und Magen-Darm-Krebs (94, 95) Mlh1-induziertes murines Thymuslymphom und intestinale Adenokarzinome (96)
Beclin1? Herunterreguliert bei sporadischem Brustkrebs ( 97 , 98 ) Murines Lymphom, hepatozelluläres Karzinom und Lungenadenokarzinom (99, 100)
Bim? Häufig herunterreguliert mit begleitender LOH bei Mantelzell-Lymphomen ( 101 ), ansonsten aber bisher nur wenige veröffentlichte Mutationsscreenings Eμ-Myc-induzierte murine B-Zell-Leukämie ( 102 )
Blm Mutiert im Blooms-Syndrom ( 103 ) Mutiert in sporadischem Mikrosatelliten-instabilem Magen-Darm-Krebs (104, 105) Murines Leukämievirus-induziertes Lymphom, Apcmin-induziertes Darmadenom ( 106 )
BRCA1 ** Mutiert bei familiärem Brust- und Eierstockkrebssyndrom (107, 108) Selten mutiert, aber häufig herunterreguliert bei sporadischem Brustkrebs (Übersicht in Lit. 109), Ovarialkarzinom (Übersicht in Lit. 110) und Pankreaskarzinom (111) Strahlenempfindlichkeit und Aufrechterhaltung der Genomstabilität in humanen Lymphoblastoid- (112) und Fibroblasten- (113) Linien
BRCA2 ** Mutiert bei familiärem Brust- und Eierstockkrebssyndrom ( 114 , 115 ) Selten mutiert bei bisher analysierten sporadischen Krebserkrankungen ( 116 – 120 ) Strahlenempfindlichkeit und Aufrechterhaltung der Genomstabilität in humanen Lymphoblastoid- (112) und Fibroblasten- (113) Linien
Bub3 ** ? Häufiges LOH bei Osteosarkom ( 121 ), aber selten mutiert bei bisher analysierten sporadischen Karzinomen ( 122 , 123 ) Erhaltung der Genomstabilität in MEFs, aber kein nachweisbarer Unterschied in der Tumorbildung in vivo ( 124 )
CBFA2 / AML1 / RUNX1 Mutiert bei familiärer Thrombozytenfunktionsstörung mit Prädisposition für akute myeloische Leukämie (30) Mutiert bei sporadischer akuter myeloischer Leukämie (125, 126) Akute myeloische Leukämie beim Menschen ( 30 )
Cdh1 (E-CAD) Mutiert bei familiärem Magenkrebs ( 127 ) Mutiert bei sporadischem Magen- und lobulärem Mammakarzinom vom diffusen Typ ( 128 ) Häufig herunterreguliert bei sporadischen epithelialen Karzinomen (Übersicht in Lit. 129 ) Apc 1638N -induziertes murines Adenom und Adenokarzinom (130)
Cdkn1a (S.21 Waf1/Cip1) ** Genetische Varianten, die mit einem erhöhten Risiko für Brustkrebs und Sarkome (131), Lungenkrebs (132, 133), Haut-, Kopf- und Halskrebs (134, 135) und Gebärmutterhalskrebs (136) verbunden sind Verminderte Expression beim hepatozellulären Karzinom ( 137 ), aber selten mutiert bei den bisher analysierten Krebsarten ( 137 – 141 ) Epithelgewebe bei Mäusen: Adenokarzinom der Harderschen Drüse und Granulosazellen-Ovarialtumor (142)
Cdkn1b (S.27 Kip1 ) ? Selten mutiert, aber häufig herunterreguliert bei mehreren sporadischen Krebsarten (Übersicht in Lit. 46 ) Multiple Epithelgewebe bei Mäusen: Darmadenom und Adenokarzinom, Lungenadenom, Granulosazellen-Ovarialtumor, Endometriumadenom und Adenokarzinom, Angiosarkom, Nebennierenadenom, Hypophysenadenom, Thymuslymphom (15)
Cdkn2c (S.18 Ink4c) ? Selten mutiert, aber bei einigen sporadischen Krebsarten herunterreguliert ( 143 – 145 ) Murines DMN-induziertes Lungenadenokarzinom und Leberhämangiosarkom (146)
Chk1 ** ? Mutiert in Mikrosatelliten-instabilem Endometrium- und Magen-Darm-Krebs (95, 147) Erhaltung der Genomstabilität in normalen murinen Brustdrüsen ( 148 )
Dmp1? Bisher nur wenige veröffentlichte Mutationsscreens Eμ-Myc-induziertes Maus-Lymphom ( 149 )
Fbxw7 (Cdc4) ? Mutiert bei sporadischem Endometrium- ( 150 ), Pankreas- ( 151 ) und Dickdarmkrebs ( 152 ) Mehrere Gewebe bei der Maus: Lungenadenokarzinom, Hepatokarzinom, Cholangiokarzinom, Granulosezelltumor, Hämangiosarkom, Fibrosarkom, Thymuslymphom ( 153 )
Fen1? Selten mutiert bei bisher analysierten sporadischen Krebserkrankungen ( 154 , 155 ) Apc 1638N -induziertes murines Adenom und Adenokarzinom ( 156 )
H2AX? Selten mutierte, aber häufige LOH bei B-Zell-Lymphom (157, 158) Murines Thymuslymphom, Sarkom und Leukämie (159)
Lig4 Mutiert beim Lig4-Syndrom (überprüft in Lit. 93) Genetische Varianten, die mit einem erhöhten Risiko für Brustkrebs (160), multiples Myelom (161) und Lungenkrebs (162) verbunden sind Selten mutiert bei bisher analysierten sporadischen Krebserkrankungen ( 163 ) Murine Weichteilsarkome bei ink4a/arf −/− Mäusen ( 164 )
Lkb1 Mutiert beim Peutz-Jeghers-Syndrom ( 165 , 166 ) Mutiert bei sporadischen Lungen-, Bauchspeicheldrüsen- und Gallenkrebs, aber selten mutiert bei anderen sporadischen Krebsarten im Zusammenhang mit dem Peutz-Jeghers-Syndrom (167 – 171) Mäuse-Magenadenom, Darmadenom (172)
Mad2 ** ? Häufig herunterreguliert beim hepatozellulären Karzinom ( 173 ), aber selten mutiert bei sporadischen, bisher analysierten Karzinomen ( 123 , 174 , 175 ) Erhaltung der Genomstabilität in embryonalen Fibroblasten der Maus ( 176 )
Mlhl ** Mutiert beim hereditären Nicht-Polyposis-Coli-Krebs (HNPCC)-Syndrom (177, 178) Mutiert bei sporadischem Mikrosatelliten-instabilem Kolorektalkarzinom (179, 180) Promotor-Hypermethylierung bei sporadischen Mikrosatelliten-instabilen Kolorektal- (181), Magen- (182) und Kopf-Hals-Karzinomen (183) sowie Melanom (184) und Retinoblastom (185) Mutationsfrequenz in Mgmt −/− mit Alkylierungsmitteln behandelte Fibroblasten ( 186 )
Msh2 Mutiert bei hereditärem Nicht-Polyposis-Coli-Krebs (HNPCC)-Syndrom (187) Mutiert in sporadischem Mikrosatelliten-instabilem Darmkrebs (179, 180, 188) Mehrere Gewebe bei der Maus: Lungenadenom, Leberadenom, Mammaadenom, Uterusadenom, Hämangiosarkom (189) Schwesterchromatidaustausch in MNNG-behandelten MEFs (190) und oxidativer Schaden in bestrahlten MEFs (191)
Mus81? Bisher nur wenige veröffentlichte Mutationsscreens Murines Thymuslymphom, Sarkom, Mammakarzinom, Ovarialkarzinom (192)
Nf1 Mutiert in Neurofibromatose Typ 1 ( 193 ) Mutiert bei sporadischem Kolon-Adenokarzinom (194), myelodisplastischem Syndrom (194) und Astrozytom (194, 195) sowie bei Glioblastom, Ependymom und primitiven neuroektodermalen Tumoren (195) Nicht zellautonome Wirkung in Mastzellen, die murines Neurofibrom umgeben (196)
Nkx3.1 (NKX3A) ? Selten mutiert, aber häufig herunterreguliert bei sporadischem Hodenkeimzellkarzinom und metastasiertem Prostatakarzinom ( 197 – 199 ) Intraepitheliale Neoplasie der Prostata der Maus (29)
Plk4? Bisher nur wenige veröffentlichte Mutationsscreens Hepatozelluläres Karzinom der Maus und Adenokarzinom der Lunge (200)
Prkar1a Mutiert im Carney-Komplex, einem familiären multiplen Neoplasie-Syndrom (201, 202) Häufige Herunterregulierung und LOH bei sporadischem Schilddrüsen-, Nebennieren-, Eierstock- und Dickdarmkrebs, aber selten mutiert bei bisher analysierten sporadischen Krebsarten (Übersicht in Lit. 203 ) Murine Sarkome und hepatozelluläre Karzinome ( 204 ) Menschliches Augenlidmyxom im Carney-Komplex ( 205 )
Ptch Mutiert bei Basalzellkarzinom-Syndrom (206, 207) Mutiert bei sporadischem Medulloblastom ( 208 – 211 ) Murines Medulloblastom (212)
Pten Mutiert bei mehreren seltenen autosomal-dominanten hamartomatösen Syndromen, einschließlich Cowden-Syndrom (213) Mutiert bei mehreren sporadischen Krebsarten (Übersicht in Lit. 214 ) Maus-TRAMP-induziertes Prostata-Adenokarzinom (215) und Maus-Prostata-intraepitheliale Neoplasie (216)
Rb ** Mutiert in familiärem Retinoblastom (4) Mutiert bei mehreren sporadischen Krebsarten, einschließlich Retinoblastom (217), kleinzelliger Lunge (218, 219), Osteosarkom (220) und duktaler Bauchspeicheldrüse (221) Markererhaltung in murinen embryonalen Stammzellen (222)
Ribosomale Proteingene (z.B. L35 , L37a , RPS19 und S8 ) RPS19 , ein menschliches Gen für ribosomale Proteine, ist bei familiärer Diamond-Blackfan-Anämie mit Prädisposition für Leukämie mutiert (Hinweis auf Haploinsuffizienz in einigen Familien) ( 223 , 224 ) Bisher nur wenige veröffentlichte Mutationsscreens Mehrere Gewebe bei Zebrafischen: bösartiger peripherer Nervenscheidentumor, Lymphom, Darm-Adenokarzinom, duktales Pankreaskarzinom (225)
Smad4 / Dpc4 Mutiert in familiärer juveniler Polyposis ( 226 ) Mutiert bei sporadischen Dickdarm- und Bauchspeicheldrüsenkrebs ( 227 – 229 ) Maus-Magenadenom (230)
Tsc2 Mutiert im Tuberösen Sklerose-Komplex ( 231 , 232 ) Mutiert bei pulmonaler Lymphangioleiomyomatose ( 233 ), aber selten mutiert bei anderen bisher analysierten sporadischen Krebsarten (Übersicht in Lit. 234 ) Maus-Pten-initiiertes Prostata-Adenokarzinom ( 216 )
Trp53 Mutiert beim Li-Fraumeni-Syndrom (überprüft in Lit. 235 ) Mutiert bei mehreren sporadischen Krebsarten (Übersicht in Lit. 236 ) Murines Sarkom, Osteosarkom und Lymphom ( 16 ) Murines Harnblasenkarzinom ( 237 ) Humanes Li-Fraumeni-Syndrom ( 238 )
Tgfb Mutiert bei Camurati-Engelmann-Krankheit, einer seltenen Knochenerkrankung ( 239 ), (überprüft in Lit. 240 ) Selten mutiert bei bisher analysierten sporadischen Krebsarten, obwohl viele Komponenten des Signalwegs mutiert sind (Übersicht in Lit. 241 ) Murines Diethylnitrosamin (DEN)-induziertes hepatozelluläres Adenom, Ethylcarbamat-induziertes Lungenadenom (17)
Gen. Verein für vererbte menschliche Krebserkrankungen. Sporadischer Krebsverband beim Menschen. Haploinsuffizienter Phänotyp.
Anx7? Herunterreguliert bei sporadischem Prostatakrebs, Glioblastoma multiforme und Hormonrezeptor-negativem Brustkrebs (71 – 73) Mehrere Gewebe bei der Maus: Lymphom, hepatozelluläres Karzinom und Lungenadenom unter anderem ( 74 )
Apc Mutiert bei FAP-coli-Syndrom (75, 76) Mutiert bei sporadischem Kolorektal-, Magen-, Bauchspeicheldrüsen-, Schilddrüsen- und Eierstockkrebs (77) Tumorigenität von Zelllinien mit aktiviertem v-Ha-ras in Nacktmäusen (78)
Arf Mutiert bei familiärem Melanom und neuralen Tumoren (79) Mutiert bei mehreren sporadischen Krebsarten (ARF-spezifisch bei akuter lymphatischer T-Zell-Leukämie und metastasiertem Melanom) ( 80 – 82 ) Promotor-Hypermethylierung bei oralem Plattenepithelkarzinom ( 83 ) Humanes Melanom ( 84 ) murines DMBA/ TPA-induziertes Papillom ( 85 )
Geldautomat ** Mutiert in Ataxia teleangiectasia (86) Erhöhte Anfälligkeit für Brustkrebs bei Heterozygoten (überprüft in Lit. 87) Mutiert bei verschiedenen Formen von Leukämie und Lymphomen (Übersicht in Lit. 88) Selten mutiert, aber häufig herunterreguliert bei sporadischem Brustkrebs (89 – 91) Erhöhte Empfindlichkeit gegenüber subletalen Dosen ionisierender Strahlung, bestimmt durch Lebensdauer und vorzeitiges Ergrauen ( 92 )
Atr Mutiert beim Seckel-Syndrom (überprüft in Lit. 93 ) Mutiert in Mikrosatelliten-instabilem Endometrium- und Magen-Darm-Krebs (94, 95) Mlh1-induziertes murines Thymuslymphom und intestinale Adenokarzinome (96)
Beclin1? Herunterreguliert bei sporadischem Brustkrebs ( 97 , 98 ) Murines Lymphom, hepatozelluläres Karzinom und Lungenadenokarzinom (99, 100)
Bim? Häufig herunterreguliert mit begleitender LOH bei Mantelzell-Lymphomen ( 101 ), ansonsten aber bisher nur wenige veröffentlichte Mutationsscreenings Eμ-Myc-induzierte murine B-Zell-Leukämie ( 102 )
Blm Mutiert im Blooms-Syndrom ( 103 ) Mutiert in sporadischem Mikrosatelliten-instabilem Magen-Darm-Krebs (104, 105) Murines Leukämievirus-induziertes Lymphom, Apcmin-induziertes Darmadenom ( 106 )
BRCA1 ** Mutiert bei familiärem Brust- und Eierstockkrebssyndrom (107, 108) Selten mutiert, aber häufig herunterreguliert bei sporadischem Brustkrebs (Übersicht in Lit. 109), Ovarialkarzinom (Übersicht in Lit. 110) und Pankreaskarzinom (111) Strahlenempfindlichkeit und Aufrechterhaltung der Genomstabilität in humanen Lymphoblastoid- (112) und Fibroblasten- (113) Linien
BRCA2 ** Mutiert bei familiärem Brust- und Eierstockkrebssyndrom ( 114 , 115 ) Selten mutiert bei bisher analysierten sporadischen Krebserkrankungen ( 116 – 120 ) Strahlenempfindlichkeit und Aufrechterhaltung der Genomstabilität in humanen Lymphoblastoid- (112) und Fibroblasten- (113) Linien
Bub3 ** ? Häufiges LOH bei Osteosarkom ( 121 ), aber selten mutiert bei bisher analysierten sporadischen Karzinomen ( 122 , 123 ) Erhaltung der Genomstabilität in MEFs, aber kein nachweisbarer Unterschied in der Tumorbildung in vivo ( 124 )
CBFA2 / AML1 / RUNX1 Mutiert bei familiärer Thrombozytenfunktionsstörung mit Prädisposition für akute myeloische Leukämie (30) Mutiert bei sporadischer akuter myeloischer Leukämie (125, 126) Akute myeloische Leukämie beim Menschen ( 30 )
Cdh1 (E-CAD) Mutiert bei familiärem Magenkrebs ( 127 ) Mutiert bei sporadischem Magen- und lobulärem Mammakarzinom vom diffusen Typ ( 128 ) Häufig herunterreguliert bei sporadischen epithelialen Karzinomen (Übersicht in Lit. 129 ) Apc 1638N -induziertes murines Adenom und Adenokarzinom (130)
Cdkn1a (S.21 Waf1/Cip1) ** Genetische Varianten, die mit einem erhöhten Risiko für Brustkrebs und Sarkome (131), Lungenkrebs (132, 133), Haut-, Kopf- und Halskrebs (134, 135) und Gebärmutterhalskrebs (136) verbunden sind Verminderte Expression beim hepatozellulären Karzinom ( 137 ), aber selten mutiert bei den bisher analysierten Krebsarten ( 137 – 141 ) Epithelgewebe bei Mäusen: Adenokarzinom der Harderschen Drüse und Granulosazellen-Ovarialtumor (142)
Cdkn1b (S.27 Kip1 ) ? Selten mutiert, aber häufig herunterreguliert bei mehreren sporadischen Krebsarten (Übersicht in Lit. 46 ) Multiple Epithelgewebe bei Mäusen: Darmadenom und Adenokarzinom, Lungenadenom, Granulosazellen-Ovarialtumor, Endometriumadenom und Adenokarzinom, Angiosarkom, Nebennierenadenom, Hypophysenadenom, Thymuslymphom (15)
Cdkn2c (S.18 Ink4c) ? Selten mutiert, aber bei einigen sporadischen Krebsarten herunterreguliert ( 143 – 145 ) Murines DMN-induziertes Lungenadenokarzinom und Leberhämangiosarkom (146)
Chk1 ** ? Mutiert in Mikrosatelliten-instabilem Endometrium- und Magen-Darm-Krebs (95, 147) Erhaltung der Genomstabilität in normalen murinen Brustdrüsen ( 148 )
Dmp1? Bisher nur wenige veröffentlichte Mutationsscreens Eμ-Myc-induziertes Maus-Lymphom ( 149 )
Fbxw7 (Cdc4) ? Mutiert bei sporadischem Endometrium- ( 150 ), Pankreas- ( 151 ) und Dickdarmkrebs ( 152 ) Mehrere Gewebe bei der Maus: Lungenadenokarzinom, Hepatokarzinom, Cholangiokarzinom, Granulosezelltumor, Hämangiosarkom, Fibrosarkom, Thymuslymphom ( 153 )
Fen1? Selten mutiert bei bisher analysierten sporadischen Krebserkrankungen ( 154 , 155 ) Apc 1638N -induziertes murines Adenom und Adenokarzinom ( 156 )
H2AX? Selten mutierte, aber häufige LOH bei B-Zell-Lymphom (157, 158) Murines Thymuslymphom, Sarkom und Leukämie (159)
Lig4 Mutiert beim Lig4-Syndrom (überprüft in Lit. 93) Genetische Varianten, die mit einem erhöhten Risiko für Brustkrebs (160), multiples Myelom (161) und Lungenkrebs (162) verbunden sind Selten mutiert bei bisher analysierten sporadischen Krebserkrankungen ( 163 ) Murine Weichteilsarkome bei ink4a/arf −/− Mäusen ( 164 )
Lkb1 Mutiert beim Peutz-Jeghers-Syndrom ( 165 , 166 ) Mutiert bei sporadischen Lungen-, Bauchspeicheldrüsen- und Gallenkrebs, aber selten mutiert bei anderen sporadischen Krebsarten im Zusammenhang mit dem Peutz-Jeghers-Syndrom (167 – 171) Mäuse-Magenadenom, Darmadenom (172)
Mad2 ** ? Häufig herunterreguliert beim hepatozellulären Karzinom ( 173 ), aber selten mutiert bei sporadischen, bisher analysierten Karzinomen ( 123 , 174 , 175 ) Erhaltung der Genomstabilität in embryonalen Fibroblasten der Maus ( 176 )
Mlhl ** Mutiert beim hereditären Nicht-Polyposis-Coli-Krebs (HNPCC)-Syndrom (177, 178) Mutiert bei sporadischem Mikrosatelliten-instabilem Kolorektalkarzinom (179, 180) Promotor-Hypermethylierung bei sporadischen Mikrosatelliten-instabilen Kolorektal- (181), Magen- (182) und Kopf-Hals-Karzinomen (183) sowie Melanom (184) und Retinoblastom (185) Mutationsfrequenz in Mgmt −/− mit Alkylierungsmitteln behandelte Fibroblasten ( 186 )
Msh2 Mutiert bei hereditärem Nicht-Polyposis-Coli-Krebs (HNPCC)-Syndrom (187) Mutiert in sporadischem Mikrosatelliten-instabilem Darmkrebs (179, 180, 188) Mehrere Gewebe bei der Maus: Lungenadenom, Leberadenom, Mammaadenom, Uterusadenom, Hämangiosarkom (189) Schwesterchromatidaustausch in MNNG-behandelten MEFs (190) und oxidativer Schaden in bestrahlten MEFs (191)
Mus81? Bisher nur wenige veröffentlichte Mutationsscreens Murines Thymuslymphom, Sarkom, Mammakarzinom, Ovarialkarzinom (192)
Nf1 Mutiert in Neurofibromatose Typ 1 ( 193 ) Mutiert bei sporadischem Kolon-Adenokarzinom (194), myelodisplastischem Syndrom (194) und Astrozytom (194, 195) sowie bei Glioblastom, Ependymom und primitiven neuroektodermalen Tumoren (195) Nicht zellautonome Wirkung in Mastzellen, die murines Neurofibrom umgeben (196)
Nkx3.1 (NKX3A) ? Selten mutiert, aber häufig herunterreguliert bei sporadischem Hodenkeimzellkarzinom und metastasiertem Prostatakarzinom ( 197 – 199 ) Intraepitheliale Neoplasie der Prostata der Maus (29)
Plk4? Bisher nur wenige veröffentlichte Mutationsscreens Hepatozelluläres Karzinom der Maus und Adenokarzinom der Lunge (200)
Prkar1a Mutiert im Carney-Komplex, einem familiären multiplen Neoplasie-Syndrom (201, 202) Häufige Herunterregulierung und LOH bei sporadischem Schilddrüsen-, Nebennieren-, Eierstock- und Dickdarmkrebs, aber selten mutiert bei bisher analysierten sporadischen Krebsarten (Übersicht in Lit. 203 ) Murine Sarkome und hepatozelluläre Karzinome ( 204 ) Menschliches Augenlidmyxom im Carney-Komplex ( 205 )
Ptch Mutiert bei Basalzellkarzinom-Syndrom (206, 207) Mutiert bei sporadischem Medulloblastom ( 208 – 211 ) Murines Medulloblastom (212)
Pten Mutiert bei mehreren seltenen autosomal-dominanten hamartomatösen Syndromen, einschließlich Cowden-Syndrom (213) Mutiert bei mehreren sporadischen Krebsarten (Übersicht in Lit. 214 ) Maus-TRAMP-induziertes Prostata-Adenokarzinom (215) und Maus-Prostata-intraepitheliale Neoplasie (216)
Rb ** Mutiert in familiärem Retinoblastom (4) Mutiert bei mehreren sporadischen Krebsarten, einschließlich Retinoblastom (217), kleinzelliger Lunge (218, 219), Osteosarkom (220) und duktaler Bauchspeicheldrüse (221) Markererhaltung in murinen embryonalen Stammzellen (222)
Ribosomale Proteingene (z.B. L35 , L37a , RPS19 und S8 ) RPS19 , ein menschliches Gen für ribosomale Proteine, ist bei familiärer Diamond-Blackfan-Anämie mit Prädisposition für Leukämie mutiert (Hinweis auf Haploinsuffizienz in einigen Familien) ( 223 , 224 ) Bisher nur wenige veröffentlichte Mutationsscreens Mehrere Gewebe bei Zebrafischen: bösartiger peripherer Nervenscheidentumor, Lymphom, Darm-Adenokarzinom, duktales Pankreaskarzinom (225)
Smad4 / Dpc4 Mutiert in familiärer juveniler Polyposis ( 226 ) Mutiert bei sporadischen Dickdarm- und Bauchspeicheldrüsenkrebs ( 227 – 229 ) Maus-Magenadenom (230)
Tsc2 Mutiert im Tuberösen Sklerose-Komplex ( 231 , 232 ) Mutiert bei pulmonaler Lymphangioleiomyomatose ( 233 ), aber selten mutiert bei anderen bisher analysierten sporadischen Krebsarten (Übersicht in Lit. 234 ) Maus-Pten-initiiertes Prostata-Adenokarzinom ( 216 )
Trp53 Mutiert beim Li-Fraumeni-Syndrom (überprüft in Lit. 235 ) Mutiert bei mehreren sporadischen Krebsarten (Übersicht in Lit. 236 ) Murines Sarkom, Osteosarkom und Lymphom ( 16 ) Murines Harnblasenkarzinom ( 237 ) Humanes Li-Fraumeni-Syndrom ( 238 )
Tgfb Mutiert bei Camurati-Engelmann-Krankheit, einer seltenen Knochenerkrankung ( 239 ), (überprüft in Lit. 240 ) Selten mutiert bei bisher analysierten sporadischen Krebsarten, obwohl viele Komponenten des Signalwegs mutiert sind (Übersicht in Lit. 241 ) Murines Diethylnitrosamin (DEN)-induziertes hepatozelluläres Adenom, Ethylcarbamat-induziertes Lungenadenom (17)

Haploinsuffizienz zur Unterdrückung von Tumoren in vivo (bestimmt durch beschleunigte Tumorentstehung in heterozygoten Organismen mit klarer Retention eines Wildtyp-Allels im Tumor) nicht eindeutig nachgewiesen.

In den meisten Fällen war der Nachweis der Haploinsuffizienz eines Tumorsuppressorgens nur in der strenger kontrollierten Genetik von Mausmodellen möglich. Eine Ausnahme bildet der Tumorsuppressor CBFA2/AML1. Lied et al . ( 30 ) konnten heterozygote Missense-Mutationen von CBFA2 mit familiärer Thrombozytenfunktionsstörung mit Prädisposition für akute myeloische Leukämie in vier verschiedenen Stammbäumen nachweisen. In den Leukämiezellen dieser Patienten wurden keine somatischen Mutationen in der kodierenden Sequenz des Wildtyp-Allels identifiziert und es wurde kein Hinweis auf eine Deletion des Wildtyp-Allels beobachtet. Weiterhin wurde das CBFA2-Protein in Leukämiezellen exprimiert und 100 % der Metaphasen aus dem leukämischen Knochenmark enthielten den karyotypischen Marker für das CBFA2 tragende Chromosom. Abgesehen von solchen Ausnahmen wurde die Existenz haploinsuffizienter Tumorsuppressoren beim Menschen auch durch Zellkulturexperimente nahegelegt. In Chromosomentransferstudien mit Brustkrebszelllinien wurde festgestellt, dass ein Locus auf dem kurzen Arm von Chromosom 8, einer Stelle mit häufigem LOH bei humanem Brustkrebs, sich ebenfalls konsistent mit einem haploinsuffizienten Mechanismus der Tumorsuppression verhält ( 31 ). Die Forscher transferierten Chromosom 8 in Brustkrebszelllinien, in denen für alle analysierten 8p-Mikrosatellitenmarker nur ein Allel vorhanden war. In allen Fällen war das Vorhandensein von zwei vollständigen Kopien von Chromosom 8p nicht mit dem Zellwachstum vereinbar, und in mindestens einem Fall blieb das Spenderchromosom 8 erhalten, während das Empfängerchromosom 8 verloren ging, im Gegensatz zu den Erwartungen für einen „Two-Hit“-Tumor Unterdrückung. Dies ähnelt einem Bericht des Islam et al . ( 32 ), bei dem die Einführung eines abgeleiteten Chromosoms 9 mit dem Verlust des Empfängerchromosoms 10 einherging und Hinweise auf eine mögliche, wenn auch arbeitsintensive Methode zur Prüfung der Haploinsuffizienz humaner Tumorsuppressoren für den Fall gibt, dass keine geeigneten Daten zu vererbten Mutationen vorliegen .

Bei einigen haploinsuffizienten Genen hat sich das Expressionsprofiling als nützliches Werkzeug zur Analyse der von diesen Genen beeinflussten biologischen Wege erwiesen ( 33 ). Kürzlich wurde bei einem Versuch, frühe molekulare Veränderungen, die mit einer dominant vererbten Prädisposition für Nierentumoren assoziiert sind, mittels Expressionsprofiling zu identifizieren ( 34 ), dass Heterozygotie entweder für die von Hippel-Lindau-Tumorsuppressor- oder die Tuberöse-Sklerose-Komplex-Gene (einschließlich des haploinsuffizienten Nierentumorsuppressor-Gens) TSC2 ) das Expressionsprofil phänotypisch normaler Nierenepithelzellen genspezifisch signifikant verändert. Die Untersuchung von Transkriptionsprofilen für Zellen, die eine einzelne Mutation in einem Tumorsuppressorgen tragen, kann Aufschluss über den/die haploinsuffizienten Phänotyp(en) anderer Tumorsuppressorgene geben, vorausgesetzt, wir entwickeln geeignete Richtlinien zur Unterscheidung dominanter negativer Mutationen von Haploinsuffizienz.

Bei Menschen und Mäusen stellen die bekannten haploinsuffizienten Tumorsuppressoren jedoch wahrscheinlich eine Unterschätzung der wahren Zahl dar, da es schwierig ist, das Fehlen von Mutationen in beiden Allelen zuverlässig nachzuweisen, sowie aufgrund des Fehlens veröffentlichter Experimente, die den Phänotyp von Hemizygoten gründlich untersuchen. Neben der Haploinsuffizienz können Tumorsuppressorgen-Mutationen auch zu dominanten Negativ- und Funktionsgewinneffekten führen, wie im Folgenden beschrieben.


Der Stammbaum von Rebecca, wie in Abbildung (PageIndex<1>) dargestellt, zeigt eine hohe Krebsinzidenz bei nahen Verwandten. Aber sind Gene die Ursache von Krebs in dieser Familie? Ob ein krebserregendes Gen in dieser Familie vererbt wird, können nur genetische Tests, also die Sequenzierung bestimmter Gene bei einem Individuum, zeigen.

Abbildung (PageIndex<1>): Stammbaum von Rebeccas Familie, wie am Anfang dieses Kapitels beschrieben, zeigt Personen mit Krebs (rot) und solche ohne Krebs (blau). Kreise stehen für Frauen, Quadrate für Männer.

Zum Glück für Rebecca zeigen die Ergebnisse ihrer Gentests, dass sie nicht die Mutationen im BRCA1 und BRCA2 Gene, die am häufigsten das Krebsrisiko einer Person erhöhen. Dies bedeutet jedoch nicht, dass sie andere Mutationen in diesen Genen hat, die ihr Krebsrisiko erhöhen könnten. Es gibt viele andere Mutationen in BRCA-Genen, deren Auswirkungen auf das Krebsrisiko nicht bekannt sind, und möglicherweise müssen noch viele weitere entdeckt werden. Es ist wichtig, weiterhin die Variationen von Genen wie BRCA bei verschiedenen Menschen zu untersuchen, um ihren möglichen Beitrag zur Entwicklung der Krankheit besser beurteilen zu können. Wie Sie jetzt aus diesem Kapitel wissen, sind viele Mutationen harmlos, während andere je nach Mutation und betroffenem Gen erhebliche gesundheitliche Auswirkungen haben können.

Mutationen in BRCA-Genen verursachen besonders wahrscheinlich Krebs, da diese Gene für Tumorsuppressorproteine ​​kodieren, die normalerweise beschädigte DNA reparieren und die Zellteilung kontrollieren. Wenn diese Gene so mutiert sind, dass die Proteine ​​nicht richtig funktionieren, können sich andere Mutationen ansammeln und die Zellteilung kann außer Kontrolle geraten, was zu Krebs führen kann.

BRCA1 und BRCA2 befinden sich auf den Chromosomen 17 bzw. 13, die Autosomen sind. Wie Rebeccas genetische Beraterin erwähnte, haben Mutationen in diesen Genen ein dominantes Vererbungsmuster. Nun, da Sie das Muster der Vererbung autosomal dominanter Gene kennen, wenn Rebeccas Großmutter Tat eine Kopie eines mutierten BRCA-Gens haben, wie stehen die Chancen, dass Rebeccas Mutter auch diese Mutation hat? Da es dominant ist, wird nur eine Kopie des Gens benötigt, um das Krebsrisiko zu erhöhen, und weil es sich auf Autosomen statt auf Geschlechtschromosomen befindet, spielt das Geschlecht der Eltern oder Nachkommen keine Rolle im Vererbungsmuster. In dieser Situation hätten die Eier von Rebeccas Großmutter aufgrund des Segregationsgesetzes von Mendel eine 50-prozentige Chance auf eine BRCA-Genmutation. Daher hätte Rebeccas Mutter eine 50%ige Chance gehabt, dieses Gen zu erben. Auch wenn Rebecca nicht die häufigsten BRCA-Mutationen hat, die das Krebsrisiko erhöhen, bedeutet dies nicht, dass auch ihre Mutter dies nicht hat, denn die Wahrscheinlichkeit, dass sie es an Rebecca weitergibt, wäre auch nur zu 50%. Daher sollte Rebeccas Mutter auch erwägen, sich auf Mutationen in den BRCA-Genen testen zu lassen. Idealerweise sollten die an Krebs erkrankten Personen in einer Familie zuerst getestet werden, wenn eine genetische Ursache vermutet wird, damit eine bestimmte Mutation, die vererbt wird, identifiziert werden kann und die anderen Familienmitglieder auf dieselbe Mutation getestet werden können.

Mutationen sowohl in BRCA1 als auch in BRCA2 werden häufig in aschkenasischen jüdischen Familien gefunden. Diese Gene sind jedoch nicht im chromosomalen Sinne verknüpft, da sie sich auf verschiedenen Chromosomen befinden und daher unabhängig vererbt werden, gemäß Mendels Gesetz der unabhängigen Sortierung. Warum sollten bestimmte Genmutationen in bestimmten ethnischen Gruppen weit verbreitet sein? Wenn Menschen innerhalb einer ethnischen Gruppe dazu neigen, miteinander Nachkommen zu zeugen, bleiben ihre Gene innerhalb der Gruppe weit verbreitet. Dies können Gene für harmlose Variationen wie Haut-, Haar- oder Augenfarbe oder schädliche Variationen wie die Mutationen in den BRCA-Genen sein. Andere genetisch bedingte Krankheiten und Störungen treten manchmal häufiger bei bestimmten ethnischen Gruppen auf, wie Mukoviszidose bei Menschen europäischer Abstammung und Sichelzellenanämie bei Menschen afrikanischer Abstammung. Mehr über die Prävalenz bestimmter Gene und Merkmale in bestimmten ethnischen Gruppen und Populationen erfahren Sie im Kapitel über Menschliche Abwechslung.

Wie Sie in diesem Kapitel erfahren haben, ist die Genetik nicht die einzige Determinante des Phänotyps. Auch die Umwelt kann viele Eigenschaften beeinflussen, wie zum Beispiel die Größe des Erwachsenen und die Hautfarbe. Auch die Umwelt spielt eine große Rolle bei der Entstehung von Krebs. 90 bis 95 % aller Krebserkrankungen haben keine identifizierte genetische Ursache und werden oft durch Mutagene in der Umwelt wie UV-Strahlung der Sonne oder giftige Chemikalien im Zigarettenrauch verursacht. Aber für Familien wie Rebecca & rsquo kann die Kenntnis ihrer familiären Gesundheitsgeschichte und ihrer genetischen Ausstattung helfen, Krankheiten, die durch ihre genetische Vererbung verursacht werden, besser zu verhindern oder zu behandeln. Wenn eine Person weiß, dass sie ein Gen hat, das ihr Krebsrisiko erhöhen kann, kann sie ihren Lebensstil ändern, frühzeitige und häufigere Krebsvorsorgeuntersuchungen durchführen und sich sogar für präventive Operationen entscheiden, die dazu beitragen können, ihr Krebsrisiko zu verringern und ihr Krebsrisiko zu erhöhen Chancen auf ein langfristiges Überleben, wenn Krebs auftritt. Wenn Sie das nächste Mal zum Arzt gehen und er fragt, ob Mitglieder Ihrer Familie an Krebs erkrankt sind, werden Sie besser verstehen, warum diese Informationen für Ihre Gesundheit so wichtig sind.


Korrelation zwischen RASSF1A Methylierung und andere onkogene Ereignisse

Aufgrund der Beweisverknüpfung RASSF1A zu den Ras-Signalwegen haben mehrere Studien nach einer Korrelation zwischen der Mutation von K-Ras und der Inaktivierung von . gesucht RASSF1A durch Methylierung. Eine inverse Korrelation wurde bei kolorektalen Karzinomen ( 61), Pankreas-Adenokarzinomen ( 62) und NSCLC ( 63 ) beobachtet. Eine andere Studie zu NSCLC (64) fand jedoch keine Korrelation zwischen Methylierung bei RASSF1A und aktivierende Mutationen in K-Ras, Individuen mit beiden Defekten hatten jedoch ein schlechteres Ergebnis, was auf einen synergistischen Wirkmechanismus hindeutet. Synergie wurde auch bei Melanomen vorgeschlagen ( 65), wo zusätzlich zum Mutationsscreening von N-Ras, K-Ras und H-Ras auch B-Raf analysiert wurde und während keine Tumoren mit B-Raf-Mutationen zusätzliche Mutationen in N-Ras aufwiesen. oder K-Ras, die meisten Tumoren mit RASSF1A Methylierung hatte Mutationen in entweder B-Raf oder N-Ras. Bei Schilddrüsenkrebs wurde jedoch die umgekehrte Situation beobachtet, so dass keine Tumoren, bei denen RASSF1A methyliert war, hatte Mutationen in B-Raf (66). Diese Inkonstanzen können andere Veränderungen in der Ras-Signalgebung widerspiegeln ( 67).

Gebärmutterhalskrebs und Kopf-Hals-Plattenepithelkarzinom (HNSCC) werden mit einer Infektion der Tumorzellen mit humanen Papillomaviren (HPV) in Verbindung gebracht. Das HPV kann sich nur in sich teilenden Zellen replizieren, daher kodiert es virale Proteine ​​(E6 und E7), um die Kontrolle des Zellzyklus durch Inaktivierung von p53 bzw. Rb zu unterlaufen. DNA der HPV-Typen 16 und 18 sind insbesondere mit der Transformation assoziiert. HPV-DNA wurde nie in Zervixkarzinomen mit RASSF1A Methylierung ( 68), was darauf hindeutet, dass die Anwesenheit viraler Proteine ​​jegliche Notwendigkeit für RASSF1A Inaktivierung impliziert sie beide in den gleichen Weg. Ein ähnlicher Zusammenhang wurde in einer Studie zum HNSCC beobachtet ( 69). Andere Studien (9, 70) haben jedoch keinen Zusammenhang zwischen RASSF1A Methylierung und Abwesenheit viraler DNA.

Das allgegenwärtige humane Herpesvirus EBV kann B-Zellen in kontinuierlich wachsende lymphoblastoide Zelllinien umwandeln in vitro. Virale DNA und Transkripte sind mit einer Reihe von Neoplasien assoziiert, darunter Nasopharynxkarzinom, endemisches Burkitt-Lymphom, Hodgkin-Krankheit und Magenkarzinome. Wohingegen RASSF1A Methylierung wird bei der Mehrzahl der Nasopharyngealkarzinome (67 %) nachgewiesen, Korrelationen zur Virusinfektion der Tumorzellen sind schwierig zu ziehen, da praktisch alle Fälle EBV-positiv sind. Im Vergleich zu anderen Kopf-Hals-Tumoren RASSF1A Methylierung tritt bei Nasopharynxkarzinomen viel häufiger auf. Vergleiche zwischen Virusinfektion und RASSF1A Methylierung war beim Hodgkin-Lymphom und bei Magenkarzinomen möglich, da nur eine Untergruppe dieser EBV-assoziiert ist. In einer Kohorte von 52 Hodgkin-Lymphomen waren 27 EBV-positiv und 34 wiesen eine RASSF1A-Methylierung auf (18). Die Methylierung von RASSF1A korrelierte jedoch nicht mit einer EBV-Infektion. Beim Magenkarzinom wurde eine Korrelation zwischen EBV-Infektion und RASSF1A-Methylierung nachgewiesen ( 71). RASSF1A war bei 14 von 21 (66,7%) der EBV-positiven Magenkarzinome methyliert, während nur 2 von 56 (3,6 %) der EBV-negativen Magenkarzinome methyliert waren. In dieser Studie wurde die EBV-assoziierte Methylierung mehrerer anderer TSGs, einschließlich PTEN, p16, THBS1, und MINT12 wurde ebenfalls untersucht, und im Allgemeinen war die Häufigkeit der CpG-Inselmethylierung bei virusinfizierten Magenkarzinomen höher. Die Methylierung des viralen Genoms erfolgt kurz nach der Infektion, um die Expression viraler Transkripte einzuschränken, die es EBV ermöglichen, der Immunüberwachung zu entgehen. Diese Daten legen nahe, dass EBV mit einem Methylator-Phänotyp beim Magenkarzinom assoziiert ist und das Virus möglicherweise an der Störung der normalen DNA-Methylierungsmechanismen beteiligt ist. Zufälligerweise ergab eine weitere Studie zu Magenkarzinomen RASSF1A Methylierung wurde mit schlecht differenzierten Magenkarzinomen in Verbindung gebracht ( 72), die auch die histologische Untergruppe ist, die am häufigsten mit EBV assoziiert ist.

Das maligne Mesotheliom entsteht aus Mesothelzellen, die das Peritoneum, die Pleura und das Perikard auskleiden. Etwa 50 % der malignen Mesotheliome sind mit SV40 assoziiert. In einer Studie zum Vergleich der Methylierung des Profils von 66 malignen Mesotheliomen und 40 Lungenadenokarzinomen haben Toyooka et al. zeigte Methylierung von RARβ, CDH13, MGMT, p16, und APC war bei Lungenadenokarzinomen (22–52 %) signifikant höher als bei malignen Mesotheliomen (0–10 % Ref. 73). Die Methylierung von RASSF1A unterschied sich zwischen den beiden Tumorarten nicht signifikant, 32 % malignes Mesotheliom versus 43 % Lungenadenokarzinom. SV40-Tag war in 48 % (32 von 66) der malignen Mesotheliome vorhanden und korrelierte mit einem höheren Methylierungsindex als bei SV40-negativen malignen Mesotheliomen. Außerdem, RASSF1A Methylierung war bei SV40-positiven malignen Mesotheliomen (48 %) signifikant höher als bei SV40-negativen Fällen (16 %). Die Autoren untersuchten den Zusammenhang zwischen aberranter Methylierung und SV40, indem sie Mesothelzellen mit Virus infizierten und die Promotor-Methylierung in frühen (8-30) und späten (15-86) passagierten Zellen untersuchten. In Zellen mit früher Passage wurde keine Promotormethylierung nachgewiesen, jedoch in zwei von sechs Herden von Zellen mit später Passage. RASSF1A Promotor-Methylierung wurde mit gleichzeitiger Herunterregulierung von . nachgewiesen RASSF1A. Diese Zellen zeigten auch morphologische Transformationszeichen (74). Die Expression wurde unter Verwendung von 5-Aza-2′-Desoxycytidin wiederhergestellt, jedoch nicht mit dem Histondeacetylase-Inhibitor Trichostatin A, was darauf hindeutet, dass SV40 eher eine Methylierung als eine Histondeacetylierung des induziert RASSF1A Promoter.


Genetische Mutationen und epigenetische Modifikationen: Krebs fördern und Präzisionsmedizin informieren

Die Krebsbehandlung durchläuft eine bedeutende Revolution von „one-size-fits-all“-zytotoxischen Therapien hin zu maßgeschneiderten Ansätzen, die genau auf molekulare Veränderungen abzielen. Präzisionsstrategien für die Medikamentenentwicklung und Patientenstratifizierung, basierend auf den molekularen Merkmalen von Tumoren, sind der nächste logische Schritt in einer langen Geschichte von Ansätzen zur Krebstherapie. In diesem Review diskutieren wir die Geschichte der Krebsbehandlung von generischen natürlichen Extrakten und radikalen chirurgischen Verfahren bis hin zu ortsspezifischen und kombinatorischen Behandlungsschemata, die die Patientenergebnisse schrittweise verbessert haben. Wir diskutieren die damit verbundenen Beiträge der Genetik und Epigenetik zur Krebsprogression und die Reaktion auf zielgerichtete Therapien und identifizieren Herausforderungen und Chancen für den Erfolg der Präzisionsmedizin. Die Identifizierung von Patienten, die von zielgerichteten Therapien profitieren, ist komplexer als die einfache Identifizierung von Patienten, deren Tumore die gezielte Aberration aufweisen, und die intratumorale Heterogenität macht es schwierig zu bestimmen, ob eine Präzisionstherapie während der Behandlung erfolgreich ist. Diese Heterogenität ermöglicht es Tumoren, Resistenzen gegen gezielte Ansätze zu entwickeln, daher wird die rationale Kombination von Therapeutika die Gefahr einer erworbenen Resistenz für den Therapieerfolg begrenzen. Durch die Einbeziehung der Sichtweise der malignen Transformation, die durch Netzwerke genetischer und epigenetischer Interaktionen moduliert wird, werden molekulare Strategien eine Präzisionsmedizin für eine wirksame Behandlung bei allen Krebssubtypen ermöglichen.

1. Präzisionsmedizin in einen Kontext stellen

Jede Krebsbehandlung ist patientenzentriert und könnte vernünftigerweise als personalisierte oder Präzisionsmedizin angesehen werden. Im Kontext dieses Papiers haben wir „Präzisionsmedizin“ verwendet, um sich auf das spezifische Targeting von molekularen Anomalien zur Stratifizierung von Patienten zu beziehen, um das Ansprechen auf bestimmte Medikamente zu erhöhen (Kasten 1). „Personalisierte Medizin“ gehört zum Oberbegriff der Präzisionsmedizin, dies sind jedoch die individuellsten Therapien, die individuell auf jeden Patienten zugeschnitten sind. Präzisionsmedizin umfasst Medikamente, die „von der Stange“ verwendet werden können (z. CAR) T-Zellen und adoptive Übertragung von tumorinfiltrierenden Lymphozyten). Sowohl personalisierte als auch Präzisionstherapien erfordern eine umfassende Analyse des Tumors des Patienten, Präzisionstherapien, die die Last der Entwicklung und Zulassung und Prüfung auf die Patienten verteilen, sind jedoch kostengünstiger und stehen daher wahrscheinlich einem größeren Anteil der Patienten zur Verfügung [1 , 2]. Mit der zunehmenden Verfügbarkeit von Hochdurchsatz-„Omics“-Technologien und bioinformatischer Analyse wird die Präzisionstherapie für immer mehr Patienten verfügbar. In diesem Beitrag werden wir den historischen Kontext für Präzisionsansätze bei Krebs bereitstellen, eine Auswahl verwandter genetischer und epigenetischer Beiträge zu Strategien der Präzisionsmedizin überprüfen und die Herausforderungen und Chancen für den Erfolg der Präzisionsmedizin in der Krebstherapie diskutieren.

2. Historische Entwicklung der Präzisionsmedizin

Die Krebstherapie hat in der Vergangenheit einen „Alles außer der Küchenspüle“-Ansatz verwendet. Sowohl Hippokrates als auch Galen, alte Ärzte, die die gegenwärtige medizinische Praxis geprägt haben, betrachteten Krebs als unheilbare Krankheit [3]. Krebsbehandlungen haben sich seit ihrer Ausübung der Medizin erheblich weiterentwickelt, was sich in Verbesserungen der Gesundheit und des Überlebens von Patienten zeigt.

Zur Behandlung von Krebspatienten wurden ursprünglich Medikamente wie Extrakte aus Kichererbsen, Kreuzkraut, Brennnessel und anderen Pflanzen eingesetzt [3]. Chirurgische Ansätze zur Behandlung von Krebs wurden bereits im ersten Jahrhundert n. Chr. beschrieben und forderten die Entfernung des betroffenen Teils, begleitet von der heute relativ veralteten Praxis des Aderlasses bei einigen Personen [3]. Die Krebstherapie im 19. Jahrhundert und den größten Teil des 20. Jahrhunderts wich nicht wesentlich von diesen alten medizinischen Praktiken ab, verbesserte chirurgische Präzision, Schmerzbehandlung und Hygiene haben jedoch die Patientenergebnisse stetig verbessert.

Die chirurgische Exzision zur Entfernung von Tumoren ist nach wie vor ein fester Bestandteil der Krebstherapie, und es wurden Kombinationen aus Medikamenten, natürlichen Extrakten, Chemikalien und Bestrahlung eingeführt, um das schnelle Zellwachstum, das mit verbleibenden Tumorzellen verbunden ist, zu begrenzen. Ihre erste große Revolution erlebte die Krebstherapie Mitte des 20. Dies führte zu einer Hypothese, dass Stickstoff-Senf-Verbindungen verwendet werden könnten, um das Wachstum von weißen Blutkörperchen zu hemmen, was bei der Behandlung und Heilung von Leukämien und Lymphomen von Vorteil ist. Gleichzeitig zeigte Sidney Farber, dass Folsäure das Wachstum von Leukämiezellen beschleunigen kann. Dies führte zu klinischen Studien mit Methotrexat, einem Folatantagonisten, zur Behandlung von Leukämie [6, 7]. Ein drittes Projekt entdeckte die Antitumorwirkung des Antibiotikums Actinomycin D, das in den 1950er und 1960er Jahren bei pädiatrischen Tumoren eingesetzt wurde [6, 8]. Schließlich ist die Verwendung ionisierender Strahlung im 20. Bereits 1903 beobachtet, schrieb Charles Leonard, dass die Strahlentherapie, die ursprünglich als Palliativmedizin eingesetzt wurde, zu Heilungen führte und die Gesundheit der Patienten wiederherstellte [9]. Obwohl diese Ansätze das Überleben von Krebspatienten verbesserten, blieben sie relativ unausgereift, mit einem hohen Risiko für akute Komplikationen.

Bis zum Ende des 20. Jahrhunderts wurden bei der Chemotherapie bei Krebs generische zytotoxische Medikamente verwendet, die darauf abzielten, die schnelle Zellproliferation zu hemmen, ein charakteristisches Kennzeichen bösartiger Zellen. Das Arsenal der Krebs-Chemotherapien wurde um 5-Fluorouracil, Vinca-Alkaloide, Platinwirkstoffe und Taxane erweitert [10–13], die zwar wirksam bei der Kontrolle der malignen Proliferation durch Hemmung der Zellteilung sind, aber für bestimmte Tumore wenig präzise sind und oft hoch- Nebenwirkungsprofile von Risiken.

Krebs wird zunehmend als eine Ansammlung von Krankheiten betrachtet, deren Eigenschaften sich von ihren Geweben und Zelltypen ableiten, und den Mutationen, die sie antreiben. Chemotherapie, Strahlentherapie und chirurgische Therapie werden jetzt basierend auf ihrer Wirksamkeit bei bestimmten Krebsarten und Histologien ausgewählt und kombiniert, und der Behandlungsprozess jedes Patienten wird durch seine spezifische Krankheit informiert. Diese Strategien zur Stratifizierung der Krebsbehandlung basierend auf dem Ursprungsgewebe und dem spezifischen Typ der transformierten Zelle waren die erste Verfeinerung hin zu einer stärker patientenzentrierten Behandlung von Krebs (Abbildung 1).

Die nächste Phase der Krebstherapie, die Präzisionstherapie, wird die Fähigkeit nutzen, auf spezifische molekulare Merkmale abzuzielen, um einen Krebs basierend auf seinen Eigenschaften und nicht nur auf seinem Ursprungsgewebe zu behandeln. Ein detaillierteres Verständnis der Tumorbiologie hat gezeigt, dass jeder einzelne Tumor eine einzigartige Reihe von Veränderungen ansammelt, die es ihm ermöglichen, den normalen Kontrollpunkten zu entkommen, die die Homöostase aufrechterhalten. Dennoch weisen einzelne Krebsarten Merkmale auf, die ein unkontrolliertes Wachstum ermöglichen, wie die Überexpression von Wachstumsfaktoren oder Rezeptoren und den Verlust von Apoptose- und Zellzykluskontrollmechanismen, die sich als molekulare Merkmale manifestieren, die mit einem wachsenden Arsenal an Medikamenten gezielt werden können. Die Verfeinerung der Beschreibung von Krebs zu einem einzigartigen Satz von Veränderungen, die jeden einzelnen Tumor beschreiben, wird eine Präzisionsmedizin ermöglichen und den besten Behandlungsansatz für jeden Tumor bestimmen und die Anwendung ineffektiver Therapien einschränken (Abbildung 1).

Das molekulare Verständnis der Gewebeentwicklung, der Hormone und der erforderlichen Signale für die Zellproliferation förderte die Entwicklung von Tamoxifen, einem Östrogenrezeptor (ER)-Antagonisten, der ursprünglich entwickelt wurde, um neue Kontrazeptiva und cholesterinsenkende Medikamente zu finden (Tabelle 1) [14, 15 ]. Tamoxifen wurde 1972 in den USA zur Anwendung bei Patientinnen mit fortgeschrittenem Brustkrebs zugelassen, und sein derzeitiger Erfolg bei der Behandlung von Patientinnen mit ER-positivem Brustkrebs wird als Katalysator für den präzisionsmedizinischen Ansatz zur Krebstherapie bezeichnet [16]. In den 1990er und frühen 2000er Jahren waren andere Behandlungen erfolgreich, die auf molekulare Ziele abzielten, wie Imatinib gegen die BCR-ABL Translokation bei chronischer myeloischer Leukämie, Rituximab (Anti-CD20) zur Behandlung von B-Zell-Lymphomen und Retinsäure zur Behandlung von PML-RAR Fusion akute Promyelozytäre Leukämie (Tabelle 1) [17–21]. Im selben Jahrzehnt wurde Trastuzumab für die Behandlung von Brustkrebspatientinnen mit Amplifikation von ERBB2 (humaner epidermaler Wachstumsfaktor-Rezeptor 2, auch bekannt als HER2/neu) [22]. In jüngerer Zeit werden Checkpoint-hemmende Antikörper Anti-PD1 (Nivolumab) und Anti-CTLA-4 (Ipilimumab) (Tabelle 1) systematisch in klinischen Studien zu bestimmten Krebsarten eingesetzt [23–25]. Obwohl diese Therapien die Anfänge von Krebsbehandlungen veranschaulichen, die auf spezifische Abhängigkeiten oder Schwächen von Krebs abzielen, beruhen sie immer noch weitgehend auf einer ortsspezifischen Behandlungsmethode (Abbildung 2).

GensymbolGennameAuswirkung der ÄnderungWichtige Assoziationen mit bestimmten TumorartenImplizierte Therapie
Protoonkogene und Onkogene
BCR-ABLBreakpoint-Cluster-Region, Abelson-Maus-Leukämie-Virus-Onkogen-Homolog-FusionsproteinBeeinträchtigt die Genauigkeit der DNA-Reparatur, dereguliert die Proliferation, beeinträchtigt die Apoptose und DifferenzierungChronische myeloische LeukämieImatinib, Dasatinib,
HRAS/KRASHarvey/Kristen Ratten-Sarkom-Virus-Onkogen-HomologAktiviert konstitutiv die MEK/ERK-Progrowth-SignalisierungNicht-kleinzelligem LungenkrebsSalirasib
BRAFv-Raf murines Sarkom virales Onkogen Homolog BAktiviert konstitutiv die MEK/ERK-Progrowth-SignalisierungMelanom, V600E- oder V600K-MutationenVemurafenib, Dabrafenib
BCL2B-Zell-Lymphom/Leukämie-2Beeinträchtigt die ApoptoseLeukämie, Lymphom, MelanomVenetoclax
Tumorsuppressorgene
BRCA1/2Brustkrebs 1/2Beeinträchtigte DNA-ReparaturBrust- und EierstockkrebsPARP-Hemmer (über synthetische Letalität)
Epigenetisch modifizierende Gene
IDH1/2

Es ist wichtig zu erkennen, dass die Krebstherapie in der Vergangenheit durch unsere Fähigkeit, Informationen über die Ontogenese, Treibermutationen und den Phänotyp des Tumors zu sammeln und zu analysieren, begrenzt war. Die Informationen, die wir jetzt von jedem einzelnen Patienten und jedem Tumor erhalten können, führen jedoch zu einer datengesteuerten Transformation der Onkologie, die zu Präzisionstherapien inspiriert. Ressourcen zum Kuratieren und Analysieren von Daten, die in der Genom- und Transkriptomanalyse des gesamten Tumors gesammelt wurden, wie der Cancer Genome Atlas (TCGA) und das International Cancer Genome Consortium (ICGC), stellen Forschern riesige Krebsdatensätze zur Verfügung, um Hypothesen zu testen und genomische Varianten in Primärdatensätze. Die Präzisionsmedizin ist durch unser Wissen über Krebs und die Verfügbarkeit von Wirkstoffen zur Behandlung der wichtigsten Merkmale eines Tumors begrenzt. Eine Anwendung von „Omics“-Ansätzen und neuartigen Modellen zum Verständnis der komplexen Schaltkreise von Krebs, die aus normalen zellulären Netzwerken und Signalwegen entführt werden, wird die Verbesserung der Patientenversorgung beschleunigen.

3. Präzisionstherapie basiert auf Genetik und Epigenetik

Zwei Schlüsselfaktoren, die das Zellverhalten bestimmen, sind die Genetik, das Studium vererbbarer Nukleotidsequenzen und die Epigenetik, die traditionell als das Studium vererbbarer Veränderungen der Genexpression definiert wurde, die keine Veränderungen der Nukleotidsequenzen beinhalten. Es ist wichtig anzumerken, dass nicht alle epigenetischen Modifikationen vererbbar sind [26–28] und der Begriff daher im Kontext dieses Reviews breiter verwendet wird. Kanonische epigenetische Modifikationen können die Transkription und Translation bestimmter Gene verändern, um ihre funktionellen Ebenen zu erhöhen oder zu verringern [29]. Die vielleicht am besten untersuchte Modifikation, die DNA-Methylierung, bezieht sich auf die Addition von Methylgruppen an CpG-Dinukleotide in der DNA [30, 31] und tritt normalerweise in Regionen des Genoms mit einer hohen Dichte an CpG-Dinukleotiden (CpG-Inseln) auf [32]. Obwohl DNA-Methylierung kanonisch mit Gen-Silencing in Verbindung gebracht wird, variieren die Auswirkungen der DNA-Methylierung signifikant mit dem genomischen Kontext [33]. Andere epigenetische Modifikationen, die zur Transkription und translationalen Kontrolle der Genexpression beitragen, umfassen die posttranslationale Modifikation von Histonproteinen (durch Acetylierung, Methylierung, Phosphorylierung, Ubiquitylierung oder Sumoylierung) [34–36] und die Interaktionen nichtkodierender RNAs mit Proteinen oder anderen Nukleinsäuren [37]. Diese epigenetischen Prozesse funktionieren normalerweise, um einen Rahmen für Entwicklung und Differenzierung bereitzustellen, indem sie zur gewebespezifischen Genexpression, zur Inaktivierung des X-Chromosoms und zur genomischen Prägung beitragen [38–40]. Auch die Epigenetik trägt zur Alterung bei und reagiert auf Umweltfaktoren [41, 42].

Da sich unser Verständnis und die Behandlung von Krebs weiterentwickeln, muss sich die Auswahl von Therapien für Krebspatienten auch an einem molekularen Verständnis von Krebs orientieren (Abbildung 2). Dies umfasst sowohl genetische als auch epigenetische Faktoren, da sie zusammenwirken, um Krebs mit den erforderlichen charakteristischen Fähigkeiten zu versehen [43, 44].

3.1. Mutationen und epigenetische Modifikationen, die Krebs antreiben

Für die Entstehung und Entwicklung von Krebs sind wichtige Veränderungen, einschließlich Mutationen, erforderlich. Im Großen und Ganzen ermöglichen diese genetischen Aberrationen wachstumsfördernde Signale an Krebsgene und/oder destabilisieren das Genom, um eine kontinuierliche maligne Transformation zu ermöglichen, indem sie erhöhte Mutationsraten ermöglichen [45–48]. Es sind diese Mutationen, die Krebs antreiben und auch Strategien für die Präzisionsmedizin bei Krebs bestimmen (Tabelle 1).

3.1.1. Unangemessene Aktivierung von Onkogenes

Onkogene werden am häufigsten durch Mutationen unangemessen aktiviert, aber die Entfernung epigenetischer Markierungen kann auch für die Aktivierung von Onkogenen verantwortlich sein, und die Mutationsrate variiert signifikant zwischen Krebsarten verschiedener Gewebe [49]. Die Entfernung epigenetischer Markierungen kann auch für die Aktivierung von Onkogenen verantwortlich sein. Hypomethylierung der Protoonkogene HRAS (Harvey Ratten-Sarkom-Virus-Onkogen-Homolog) und KRAS (Kirsten Rattensarkom-Virus-Onkogen-Homolog) wurde in primären menschlichen Tumoren beobachtet [50]. Obwohl die Mutationen fehlen, die den RAS-Signalweg konstitutiv aktivieren würden, kann eine erhöhte Expression dieser GTPasen zu dem bei Krebs beobachteten malignen Phänotyp beitragen [51] und kann Ziele präzisionsmedizinischer Ansätze sein (Tabelle 1). Obwohl frühere Schätzungen darauf hindeuteten, dass 90% der somatisch mutierten Onkogene dominant wirkten [52], könnten einige stattdessen rezessiv wirken (d. h. FOXP1 und MLLT4) [53]. Das Auftauchen von Kandidaten-Onkogenen aus den umfassenden Daten, die über die TCGA- und ICGC-Datenbanken verfügbar sind, wird wahrscheinlich weitere Einblicke in die relative Häufigkeit somatischer Mutationen in Onkogenen und Tumorsuppressorgenen geben [54, 55].

3.1.2. Genetische Inaktivierung oder epigenetische Stilllegung von Tumorsuppressor- und genomischen Stabilitätsgenen

Die Mehrheit der Tumorsuppressorgene erfordert Mutationen auf beiden Allelen [52], was zur Inaktivierung eines Genprodukts führt, das unter gesunden homöostatischen Bedingungen übermäßiges Zellwachstum kontrolliert. Typischerweise erfordert der Verlust der Zellintegrität, gefolgt von einer anhaltenden und unkontrollierten Zellteilung die Inaktivierung zellulärer Schutzmechanismen (z. B. Tumorsuppressorgene) und Mutationen, die das Tumorwachstum entweder direkt (d. h. durch Aktivierung eines Onkogens) oder indirekt (d Empfindlichkeit gegenüber Wachstumsfaktoren). Die von Knudson in den 1970er Jahren erstmals beschriebene „Two-Hit“-Hypothese [56, 57] postuliert, dass mindestens zwei Mutationen eines Tumorsuppressorgens für die Krebsentstehung erforderlich sind: zuerst Verlust der Heterozygotie und anschließend Mutation von sein gepaartes Allel, was zu einem funktionellen Verlust der Unterdrückung der Zellteilung und der Krebsentwicklung führt. Während die klassische Definition eines Tumorsuppressors das Vorliegen von verkürzten Mutationen einschließt [58–60], gibt es Hinweise darauf, dass Tumorsuppressorgene durch untypische Mechanismen wie Haploinsuffizienz oder Gain-of-Function-Isoformen inaktiviert werden [58]. Klassische Tumorsuppressorgene, typischerweise definiert durch Inaktivierung durch Mutation, können auch durch epigenetische Mechanismen zum Schweigen gebracht werden [61–64]. Wir und andere haben postuliert, dass diese „stummgeschalteten“ Tumorsuppressoren hervorragende Wirkstoffziele darstellen können, da sie möglicherweise durch Umkehrung dieser Silencing-Modifikationen reaktiviert werden können [65, 66] oder die Pfade und nachgelagerten Veränderungen anzeigen können, die durch präzise Therapeutika gezielt werden können.

Genomische Instabilität ist ein Schlüsselmerkmal, das der Karzinogenese und der kontinuierlichen Tumorprogression zugrunde liegt. TP53 spielt dabei als „Wächter des Genoms“ eine wesentliche Rolle [67] und ist in unterschiedlicher Häufigkeit an fast allen menschlichen Tumoren beteiligt [68]. Im Großen und Ganzen unterstützt die Inaktivierung von TP53 und anderen Genprodukten, die für den Schutz der Integrität der zellulären DNA verantwortlich sind, einen veränderlicheren Phänotyp, indem sie die DNA-Reparatur verhindert oder mutagenen Molekülen erlaubt, die DNA ungehindert zu schädigen [44]. Epigenetische Aberrationen können auch die Mutationsrate von Krebszellen beeinflussen. Beispielsweise erhöht eine Hypomethylierung in der Nähe von Guanin-Quadruplexen die Geschwindigkeit des DNA-Bruchs und die Aktivierung der homologen Rekombination und kann als mutagener Faktor wirken [69]. Es gibt auch Hinweise darauf, dass die Mutationsrate in der Nähe von CpG-Inseln variiert und dass der Grad der Histonmethylierung die Loci somatischer Mutationen vorhersagen kann [70–72]. Darüber hinaus kann eine normale epigenetische Regulation die Mutationshäufigkeit beeinflussen, da gezeigt wurde, dass hochexprimierte Gene höhere Mutationsraten aufweisen [73].

Die Wirkung epigenetischer Modifikatoren auf die genomische Stabilität wird am häufigsten bei hämatologischen Malignomen beobachtet. Bei akuter myeloischer Leukämie (AML) und Myelodysplasie stören Mutationen in der Isocitrat-Dehydrogenase (IDH) 1 oder 2 die Zelldifferenzierung und treiben die Leukemogenese voran [74]. Mutationen in der katalytischen Domäne von EZH2 finden sich in diffusen großzelligen B-Zell- und follikulären Lymphomen und unterbrechen die H3-K27-Methylierung, wodurch das Zellüberleben gefördert wird (Tabelle 1) [75, 76]. In ähnlicher Weise ist ein häufiges Translokationsziel bei Leukämie gemischter Abstammung die DOT1-ähnliche Histon H3 K79-Methyltransferase (DOT1L). Die Hemmung von DOT1L führt zu einer erhöhten Differenzierung und Apoptose von Leukämiezellen, was wiederum darauf hindeutet, dass das abnormale epigenetische Programm für das Überleben der Leukämiezellen erforderlich ist [77]. Zusammengenommen legen diese Beweise nahe, dass Wechselwirkungen zwischen dem Genom und dem Epigenom während der gesamten malignen Transformation auftreten.

Krebs ist typischerweise allgemein durch genomweite DNA-Hypomethylierung und Promotor-Hypermethylierung charakterisiert [78–82], jedoch sollte die Sicht und Interpretation der Epigenetik im Kontext der Präzisionsmedizin über eine genzentrische Sicht hinaus erweitert werden. Das Epigenom ist nicht nur ein Surrogat für Mutationen und kann distale Effekte haben, die über die kanonische Promotormethylierung hinausgehen [72, 83]. Beweise dafür, dass die Methylierung distaler regulatorischer Elemente mit der Genexpression zusammenhängt, werfen eine komplexe Frage auf, die jetzt in genomweiten Studien zu beantworten beginnt.Die bei Krebs beobachtete Hypomethylierung tritt häufig an Satelliten-DNA, dem Hauptbestandteil funktioneller Zentromere, und an anderen sich wiederholenden Sequenzen auf, die nicht als Transkriptionseinheiten fungieren. Hypomethylierung in diesen DNA-Sequenzen hat wahrscheinlich keine a cis Wirkung auf die Genexpression, es sei denn, es breitet sich in benachbartes Chromatin aus [78]. Die Genexpression kann jedoch durch die Kernpositionierung beeinflusst werden, und eine Hypomethylierung in der Nähe von Zentromeren könnte die Genexpression in beeinflussen trans. Es wurde gezeigt, dass Centromeres Heterochromatin als Reservoir für transkriptionale Kontrollproteine ​​fungiert, die durch Hypomethylierung zerstört werden können [78, 84, 85]. Diese Hypomethylierung kann auch Wechselwirkungen zwischen Heterochromatin und Euchromatin stören [86–88]. In Bezug auf genspezifische Hypermethylierung haben mehrere Studien beobachtet, dass die meisten hypermethylierten Tumorsuppressorgen-assoziierten CpG-Inseln nicht in Genpromotoren vorkommen. Diese Hypermethylierung ist daher wahrscheinlich eher eine Folge eines anderen krebsassoziierten Mechanismus als eine direkte Ursache der Tumorentstehung oder -progression [89–91]. Dies erfordert, dass die Krebsepigenetik aus einem genzentrischen Fokus heraustritt und die größeren Herausforderungen meistert, die mit der Bestimmung der Auswirkungen globaler epigenetischer Aberrationen verbunden sind.

4. Präzisionsansätze für genetische und epigenetische Ereignisse bei Krebs

4.1. Targeting genomischer Treiber der Krebsprogression

Unser Wissen über Treibermutationen und Onkogenabhängigkeit bei vielen Krebsarten hat zur Entwicklung von Krebstherapien geführt, die auf molekulare Veränderungen abzielen (Tabelle 1). Obwohl viele Krebsarten mehrere genetische Anomalien aufweisen, ermöglichen Treibermutationen das Wachstum von Krebspopulationen. Veränderungen, die das Krebswachstum fördern, spiegeln eine „Onkogensucht“ oder die Abhängigkeit einiger Krebsarten von einem Gen oder wenigen Genen wider, um einen bösartigen Phänotyp aufrechtzuerhalten. Die Abhängigkeit von einer bestimmten Veränderung wie der Überexpression von Wachstumsfaktorrezeptoren kann eine „Achillesferse“ darstellen, eine spezifische und identifizierbare Schwäche, die von Krebstherapien ausgenutzt werden kann. Tatsächlich wurden die Folatabhängigkeit von Folatrezeptor-positiven Tumoren und der Erfolg des Anti-HER2-Antikörpers Trastuzumab als „überzeugende und klinisch relevante Evidenz“ für die Theorie der Onkogensucht beschrieben [92, 93].

Bei einigen Tumoren mit hoher Mutationslast kann es schwierig sein, spezifische Mutationen als Fahrer- oder Beifahrermutationen zu identifizieren. Treibermutationen sind solche, die die weitere Entwicklung und Evolution eines Tumors ermöglichen Passagiermutationen resultieren aus genomischer Instabilität und anderen tumorassoziierten Faktoren, sind aber für die Tumorprogression entbehrlich [94]. Zum Beispiel stottert DNA-Polymerase regelmäßig in kurzen Tandem-Wiederholungen von Mono-, Di-, Tri- oder Tetranukleotid-Wiederholungen [95]. Wenn die DNA-Reparatur aufgrund von Stummschaltung oder Punktmutationen in wichtigen DNA-Stabilitätsgenen (wie z MLH1, MSH2, MSH6, oder PMS2), können diese Fehler nicht repariert werden. Dies führt zu einer Mikrosatelliten-Instabilität und kann zu einem hypermutablen Phänotyp führen [96].

Der Boom bei molekular zielgerichteten Medikamenten hat eine beeindruckende Liste von zielgerichteten Medikamenten in klinischen Studien hervorgebracht, und viele weitere folgen in der Entwicklungspipeline. In jüngerer Zeit taucht die Off-Label-Anwendung von Medikamenten zur Behandlung von Krebs mit spezifischen Veränderungen auf. Beispielsweise zeigte eine integrative Genomanalyse eines Patienten mit metastasierendem Dickdarmkrebs eine hohe Expression von Komponenten des aktivierenden Protein-1 (AP1)-Komplexes (Tabelle 1). Die Behandlung mit dem Angiotensin-II-Rezeptor-Antagonisten Irbesartan führte zu einem vollständigen radiologischen Ansprechen [97]. Dies kann eine wirksame Therapie gegen andere Tumoren mit einer ähnlichen Hochregulation des AP1-Komplexes sein, aber es ist unwahrscheinlich, dass sie bei anderen Veränderungen wirksam ist. Es ist wichtig zu erkennen, dass die Komponenten von AP1 waren bei diesem Patienten nicht mutiert und wurden durch Genexpressionsanalysen als Ausreißer identifiziert. Daher muss das Repertoire molekular zielgerichteter Medikamente möglicherweise jedes mögliche Genprodukt umfassen und nicht nur diejenigen, die häufig mutiert sind oder auf Ansätzen beruhen, um Mutationen a priori bei jedem Patienten zu identifizieren. Dieses Konzept hat die Entwicklung von „Basket Trials“ vorangetrieben, basierend auf der Hypothese, dass die individuellen Veränderungen im Tumor eines Patienten unabhängig von der Histologie das Ansprechen auf die Therapie bestimmen [98].

Eine Herausforderung für das Konzept der Onkogensucht und die Prämisse molekularer zielgerichteter Therapien, die selbst in Korbstudien gesehen wurde, ist eine maximale Ansprechrate von etwa 50–60% [22, 92]. Dies deutet darauf hin, dass das Vorhandensein einer spezifischen Anomalie nicht vollständig für den Phänotyp eines Krebses verantwortlich ist und unterstützt ein evolutionäres Modell der Krebsentwicklung, bei dem die anfängliche Transformation und das anschließende Tumorwachstum weitere Mutationen und epigenetische Veränderungen begünstigen. Integrative Analysen von Genetik und Epigenetik können Hinweise auf dieses fehlende Glied geben.

4.2. Epigenetische Therapien und präzise epigenetische Medizin

Dieselben Eigenschaften, die es schwierig machen, epigenetische Heterogenität zu messen und zu modellieren, machen epigenetische Modifikationen insbesondere zu hervorragenden Wirkstoffzielen, die Reversibilität epigenetischer Modifikationen macht sie zu attraktiven Zielen [99]. Das Konzept der Onkogensucht kann in mehreren Beschreibungen der aberranten epigenetischen Landschaft bei Krebs widergespiegelt werden [100–102]. Krebserkrankungen können davon abhängig werden, dass einige wenige wichtige Tumorsuppressorgene abgeschaltet werden. Beispielsweise führt die epigenetische Abschaltung eines negativen Regulators des Wnt-Signalwegs zu einer konstitutiven Aktivierung des Wnt-Signalwegs, was die Proliferation vorantreibt [103, 104]. In einem anderen Modell ist die epigenetische Stilllegung von HIC1 (hypermethyliert bei Krebs 1) führte zu einem teilweisen Verlust der p53-Funktion und wirkte zusammen, um das Tumorwachstum und die Tumorprogression voranzutreiben [105].

Vor der Untersuchung des präzisen Targetings epigenetischer Aberrationen ist es wichtig, die konventionellen Anwendungen der epigenetischen Therapie zu berücksichtigen. Die epigenetische Therapie ist vielleicht am bekanntesten für ihre Wirksamkeit bei der Behandlung von myelodysplastischen Syndromen (MDS). MDS stellt eine heterogene Gruppe von Erkrankungen dar, die durch Knochenmarkversagen gekennzeichnet sind. Ungefähr ein Drittel der MDS-Patienten entwickelt eine AML, und diese Verschiebung ist mit der Anhäufung epigenetischer Veränderungen in den Krebszellen verbunden. Viele Gene wurden bei MDS und AML als unangemessen stummgeschaltet beschrieben, jedoch sind die Mechanismen, durch die die Hypermethylierung dieser und anderer Gene zu MDS oder AML beiträgt, nicht besonders gut charakterisiert [106–108].

Azacytidin (5-Azacytidin) hat sich bei ca. 50–60 % der Patienten mit MDS als wirksam erwiesen [109, 110]. Azacytidin ist ein Nukleosid-Analogon, das während der Transkription und DNA-Replikation in RNA und DNA eingebaut wird. Wenn es in die DNA eingebaut wird, wirkt es als DNA-Methyltransferase (DNMT)-Inhibitor, indem es DNMT bindet, was zu einem irreversiblen Aktivitätsverlust und dessen Abbau führt [111–113]. Darüber hinaus verhindert seine Struktur die Addition von Methylgruppen an die DNA [114]. Von Azacytidin ist auch bekannt, dass es Apoptose induziert, und es ist bisher unklar, ob seine Wirksamkeit bei MDS auf Demethylierung oder auf erhöhte Apoptose zurückzuführen ist [115, 116]. Decitabin (5-Aza-2′-desoxycytidin) kann nur in die DNA eingebaut werden und führt in ähnlicher Weise wie Azacytidin zur Demethylierung der DNA und zur Apoptose.

Neuere Versuche, epigenetische Therapien mit konventionellen Chemotherapien zu kombinieren, haben sich als vielversprechend erwiesen. Möglicherweise können epigenetische Veränderungen, die eine Chemotherapieresistenz verleihen, rückgängig gemacht werden, wie z APAF1 beim metastasierten Melanom. APAF1 ist ein nachgeschalteter Effektor von TP53 bei DNA-Schädigung-induzierter Apoptose und einem Schlüsselmediator der intrinsischen Apoptose, und wird beim malignen Melanom häufig durch DNA-Methylierung herunterreguliert, wobei nicht bekannt ist, ob es sich um einen direkten oder indirekten Effekt handelt [117, 118]. Es wurde beobachtet, dass einige antiapoptotische Gene wie BCL2 überexprimiert sind, was zur Chemoresistenz beiträgt. Obwohl die Ursache der Aberration nicht bekannt ist, kann sie durch die Anwendung von Venetoclax, wie bei chronischer lymphatischer Leukämie, bekämpft werden [119]. Die Auswirkungen der Umkehrung der epigenetischen Veränderungen, die spezifische Gene, die zur Chemoresistenz beitragen (wie BCL2), herunter- oder heraufregulieren, müssen noch vollständig charakterisiert werden, jedoch haben Kombinationen epigenetischer Wirkstoffe mit Chemotherapien einen klinischen Nutzen gezeigt [120, 121].

Die epigenetische Reprogrammierung bei Krebs trägt auch zur unangemessenen Expression von gewebespezifischen Genen wie der Krebs-/Hoden-Antigengruppe bei. Diese werden so genannt, weil ihre Expression in normalen Geweben auf die Hoden beschränkt ist. Diese werden in gesunden Zellen durch DNA-Methylierung zum Schweigen gebracht [122], sind aber bei zahlreichen Krebsarten zu finden [123, 124]. Eine Gruppe dieser Gene, Melanom-assoziierte Antigen-Gene (MAGEs), werden in hohen Konzentrationen bei Melanom und Plattenepithelkarzinomen der Lunge exprimiert [125]. Die Expression von Krebs-/Hoden-Antigenen ist ein attraktives Ziel für eine immunvermittelte Therapie, da das Anvisieren von Antigenen mit begrenzten Expressionsprofilen zu begrenzten Off-Target-Effekten führen würde. Als intrazelluläre Proteine ​​gelten sie eher als Angriffspunkte für Impfstoffe als für eine Antikörper-basierte Immuntherapie. Das Ansprechen auf MAGE-Peptid-Impfstoffe hat sich jedoch als ziemlich begrenzt erwiesen, und eine Kombinationstherapie mit epigenetischen Modifikatoren, die die Tumorexpression von MAGEs erhöhen, könnte effektiver sein [126].

Die Expression von Krebs-/Hodenantigenen ermöglicht es spezifischen, manipulierten T-Zellen, eine Antitumor-Immunantwort zu vermitteln, wie es in einer klinischen Studie zur personalisierten Medizin für Patienten mit Myelom gezeigt wurde [127]. Darüber hinaus hat eine neuere Studie gezeigt, dass die Demethylierung von DNA hypermethylierte endogene Retrovirusgene hochregulieren und die Expression von doppelsträngiger RNA induzieren kann, die eine virale Reaktion nachahmen kann [128, 129]. Diese Phänomene signalisieren, dass das Zurücksetzen des Epigenoms durch pharmakologische Hemmung Krebszellen für andere Immuntherapien sensibilisieren kann. In einem präklinischen Modell sensibilisierte die DNMT-Hemmung Melanome gegenüber der Behandlung mit dem Anti-CTLA4-Antikörper, einem Immun-Checkpoint-Inhibitor [128], und Zufallsbefunde bei nicht-kleinzelligem Lungenkrebs stützen die Zugabe von Azacytidin zu einer Anti-PD1-Checkpoint-Inhibitor-Therapie [130 , 131]. Die komplexen Interaktionen zwischen Epigenom und Genom legen nahe, dass dieser Ansatz eine vielversprechende Methode ist, um die Wirksamkeit bestehender Präzisionstherapien zu steigern.

Einer der Gründe, warum es schwierig ist, das Epigenom genau zu bestimmen, ist, dass es schwierig war, Fahreränderungen von Beifahreränderungen zu unterscheiden. Während die neuere evolutionäre Verfolgung zu unserem Verständnis der Mutationen von Fahrer und Beifahrer bei der Tumorentstehung beigetragen hat [132, 133], beginnen wir erst, die krebserregenden epigenetischen Veränderungen unter den vielen Tausend weniger relevanten Veränderungen zu identifizieren, die eine Folge der Krebsprogression sind . Eine bemerkenswerte Studie identifizierte die Genpromotoren, deren DNA-Methylierung für das Überleben von Körperzellen, Krebszellen und Zellen in Kultur erforderlich ist, indem die Promotor-Methylierung nach Unterbrechung der DNA-Methyltransferase-Aktivität untersucht wurde [134]. Die Gene, die für das Überleben von Krebszellen als notwendigerweise stummgeschaltet identifiziert wurden, waren keine bekannten klassischen Tumorsuppressorgene. Diese Studie zeigte, dass Krebszellen tatsächlich nach bestimmten epigenetischen Veränderungen „süchtig“ sein können und zum Überleben zum Schweigen gebracht werden müssen [99]. Darüber hinaus ist die Hypermethylierung einiger Gene nur in Zellkulturen erforderlich [134], was weitere Einblicke in einen kulturspezifischen Phänotyp ermöglicht und Vorbehalte gegenüber epigenetischen Daten bietet, die nur in Kultur gesammelt werden. Stabile immortalisierte Zelllinien und Tumorzelllinien weisen eine ausgeprägte Hypermethylierung von CpG-Inseln auf, und Studien an kultivierten Zellen riskieren, Artefakte des Kultivierungsprozesses aufzudecken [135].

Die Mechanismen hinter dem therapeutischen Nutzen von DNMT-Hemmung und HDAC-Hemmern sind größtenteils nicht vollständig verstanden [99]. Es war schwierig, die Auswirkungen von Histonmodifikationen zu modellieren und zu messen, da die komplexe, kombinatorische Natur des Histoncodes bedeutet, dass jede Modifikation im Kontext mit anderen Modifikationen betrachtet werden muss [35, 136]. Laufende und zukünftige Studien, die zwischen Fahrer- und Beifahrerwechsel unterscheiden, bieten wichtige Einblicke in die spezifischen Änderungen, die angestrebt werden müssen, um die klinische Wirksamkeit der epigenetischen Therapie zu verbessern. Die Entwicklung epigenetischer Inhibitoren, die auf spezifische Gene oder Gengruppen abzielen, wie die von De Carvalho et al. (z. B. RAK3, P2RY14, CDO1, BCHE, ESX1 und ARMCX1), die erheblichen Risiken und Nebenwirkungen der derzeit gebräuchlichen epigenetischen Wirkstoffe mit globaler Wirkung überwinden [134].

Epigenetische Informationen können auch verwendet werden, um klinische Ergebnisse und Patientenreaktionen auf spezifische Therapien vorherzusagen [137]. Zum Beispiel Methylierung des DNA-Reparaturenzyms O 6 -Methylguanin-DNA-Methyltransferase-Gen (MGMT) bei Gliomen prognostiziert ein besseres Ansprechen auf in der Therapie häufig eingesetzte Alkylierungsmittel [138]. Wenn es exprimiert wird, kehrt MGMT die durch Alkylierungsmittel (z. B. Temozolomid) verursachten Schäden schnell um und verleiht eine Therapieresistenz (Tabelle 1) [139, 140]. Andere epigenetische Profile wurden verwendet, um Behandlungsstrategien zu priorisieren oder auszuschließen, ihnen fehlt jedoch die klare mechanistische Verbindung, die zwischen MGMT und Alkylierungsmitteln beobachtet wurde. Zum Beispiel bei nicht-kleinzelligem Lungenkrebs, einem unmethylierten IGFBP3 Promotor korreliert mit dem Ansprechen auf Cisplatin-basierte Chemotherapien [141] und die Methylierung von PITX2 prognostiziert die Ergebnisse von Personen mit Brustkrebs im Frühstadium nach einer adjuvanten Tamoxifen-Therapie [142]. Diese und andere Marker haben kein hohes Maß an Sensitivität oder Spezifität gezeigt, vielleicht weil es keinen klaren Mechanismus gibt, der das von der Methylierung betroffene Gen mit dem Ansprechen auf die Therapie verbindet. Die Addition von Methylgruppen an Cytosin ist weder notwendig noch ausreichend, um die Genexpression zu verändern, daher ist die Messung der DNA-Methylierung als Surrogat der Genexpression oder -regulation möglicherweise kein genaues Instrument, um das Ansprechen auf die Therapie vorherzusagen [143].

Bei hämatologischen Krebsarten, bei denen Mutationen in epigenetischen Regulatoren häufig vorkommen, sind zielgerichtete Therapien vielversprechend. Bei EZH2-mutanten Lymphomen wurde gezeigt, dass selektive EZH2-Inhibitoren Apoptose mit minimalen Auswirkungen auf EZH2-Wildtypzellen induzieren [75]. Die Verwendung von EZH2-Inhibitoren verringert die globalen H3-K27-Trimethylierungsniveaus und reaktiviert Gene, die durch mutantes EZH2 zum Schweigen gebracht wurden (Tabelle 1) [144]. Vorläufige Daten zur Anwendung eines EZH2-Inhibitors, Tazemetostat, in klinischen Studien mit mutierten und Wildtyp-EZH2-Lymphomen zeigten ein günstiges Sicherheits- und Wirksamkeitsprofil, das eine nach Mutationsstatus stratifizierte Phase-II-Studie rechtfertigt [145]. Ähnliche Ansätze wurden beobachtet, um auf mutiertes IDH1 in MDS und AML und mutiertes DOT1L in MLL abzuzielen [77, 146, 147]. Obwohl diese Mittel klinischen Erfolg gezeigt haben, wird ihre Verwendung durch die Beobachtung herausgefordert, dass epigenetische Modifikatoren in Komplexen existieren und auf Nichthiston-Proteine ​​abzielen können.

Echte epigenetische Therapien müssen noch die Schwelle zum Präzisions-Targeting überschreiten. Die meisten Inhibitoren der Histonmodifikation sind noch nicht spezifisch genug, um gezielt auf spezifische Veränderungen abzuzielen [148]. Das Wiederaufleben der DNA-Editierung und ihrer klinischen Anwendung über das CRISPR/Cas9-System öffnet die Tür zum Targeting von DNA-Sequenzen, die für epigenetische Modifikationen permissiv sind [149–151]. Die Ablagerung oder Entfernung von DNA-Methylierungsmarkierungen oder Chromatin-Modifikationen kann einen direkten Einfluss auf die Genexpression haben (Übersicht in [152]). Es bleibt abzuwarten, wie effektiv diese Strategien für das präzise epigenetische Targeting in Tier- oder Ex-vivo-Modellen sein werden.

5. Herausforderungen und Chancen für die Zukunft der Präzisionsmedizin

Der Erfolg von Präzisionstherapien hängt unabhängig von ihren molekularen Zielen von drei Schlüsselfaktoren ab: der Identifizierung von Patienten, die von zielgerichteten Therapien profitieren, der Fähigkeit, den Erfolg einer Therapie im Verlauf der Behandlung festzustellen und Strategien zur Bekämpfung von Resistenzen gegen gezielte Therapien. Die Untersuchung außergewöhnlicher Responder, der Einsatz von „Omics“-Technologien und Ansätze zur Vorhersage und Reaktion auf therapeutische Resistenzen bieten Möglichkeiten, diese bedeutenden Herausforderungen bei der effektiven Umsetzung der Präzisionsmedizin anzugehen.

5.1. Patientenidentifikation für Präzisionsansätze

Die Identifizierung von Patienten, die von einer Therapie profitieren, war selbst für bevölkerungsbasierte Ansätze der Krebstherapie eine enorme Herausforderung. Die Forschung hat versucht, den Einsatz aggressiver Therapien zu moderieren, indem sie Patienten identifizierte, die keinen erhöhten Nutzen von aggressiven Therapieverläufen sehen, mit Werkzeugen wie Oncotype DX, einem Werkzeug zur Identifizierung präziser Ansätze zur Behandlung von Brustkrebs [153], oder SnapShot, einem Protokoll für Identifizierung von Treibermutationen bei nicht-kleinzelligem Lungenkrebs [154]. Ein weiteres Beispiel hierfür ist die Charakterisierung von Patienten mit Medulloblastom, bei der die molekulare Charakterisierung vier verschiedene molekulare Subtypen offenbart hat: Wnt, Sonic Hedgehog (Shh) und Tumoren der Gruppen 3 und 4 [155]. Patienten mit dem Subtyp Wnt weisen ein Langzeitüberleben von ca. 90 % auf und sind damit ideale Kandidaten für Studien, die die Intensität der aktuellen Standardtherapie reduzieren [156]. Dies ist besonders wichtig, da das Medulloblastom vor allem Kinder betrifft und die Nebenwirkungen von Chemo- und Strahlentherapie sehr schwerwiegend sein und nachhaltige Auswirkungen haben können. Die Identifizierung von Biomarkern und prognostischen Patientenprofilen wird es Ärzten ermöglichen, den am besten geeigneten Therapieverlauf zu wählen, um den Einsatz bestehender generischer Therapien zu präzisieren und die mit unpräzisen Behandlungsansätzen verbundene Morbidität zu minimieren (Abbildung 1).

5.1.1. Außergewöhnliche Responder

Die vielleicht größte Chance, Patienten zu identifizieren, die von aktuellen Präzisionstherapien profitieren, ist die Untersuchung außergewöhnlicher Responder. Es wird die Hypothese aufgestellt, dass die meisten klinischen Studien mit bescheidenem Nutzen eine erhebliche Variabilität zwischen den Patienten aufweisen (Abbildung 1) und in Patienten, die außergewöhnlich gut auf die Therapie ansprechen, und Patienten, die nicht ansprechen, unterteilt werden können [157]. Ein Paradebeispiel dafür ist der relative Erfolg von Trastuzumab bei der Behandlung von HER2-positivem Brustkrebs. Etwa 25–30 % aller Mammakarzinome werden als HER2-positiv klassifiziert, und die Ansprechraten auf Trastuzumab in dieser Gruppe liegen zwischen 15 und 80 % (überprüft in [158]). Daher könnten wir vernünftigerweise annehmen, dass eine größere Studie, die keine Patientinnen mit HER2-Amplifikationen auswählte und stattdessen alle Brustkrebspatientinnen einschloss, zu dem Schluss gekommen wäre, dass etwa 4–20% der Patientinnen (im Vergleich zu 15–80% der HER2-positiven Patientinnen) profitieren von der klinischen Anwendung von Trastuzumab. Dasselbe kann für viele klinische Studien angenommen werden, die keinen statistisch signifikanten Nutzen zeigen: Es gibt Patienten, die ein objektives klinisches Ansprechen zeigen [159, 160]. Diese Patienten gelten als außergewöhnliche Responder, und neue Initiativen zielen darauf ab, diese Personen zu profilieren, um festzustellen, was diese Ausreißer unterscheidet.Per Definition sind außergewöhnliche Responder selten, und Studien zu diesen Ausreißern bei der Anwendung von unwirksamen Medikamenten oder Medikamenten mit begrenzter Wirksamkeit werden keine statistische Aussagekraft haben [161]. Dies ist eine Herausforderung, der sich klinische Studien mit den genauesten Therapien und Stratifizierungsansätzen stellen werden. Selbst durch eine umfassende Analyse von Sequenzdaten, Expressionsdaten, epigenetischen Daten und klinischen Ergebnissen wird es schwierig sein, Signal aus Rauschen zu bestimmen [161].

Ein Ansatz könnte darin bestehen, Krebs als „eine Krankheit der Signalwege“ zu betrachten, anstatt spezifische genetische oder epigenetische Veränderungen zu untersuchen [48, 161, 162]. Ein integrativer, netzwerkbasierter Ansatz, der alle Faktoren umfasst, die zelluläre Phänotypen beeinflussen (einschließlich DNA- und mitochondrialer DNA-Sequenzierung, DNA-Methylierung, Histon-Modifikationen, nicht-kodierende RNA, Genexpression, Proteinexpression und posttranslationale Modifikationen) wird nicht nur die Präzisionsbehandlung beeinflussen, sondern liefern auch einen Rahmen für die entführten zellulären Schaltkreise, die bei Krebs beobachtet werden [163].

5.2. Tumorheterogenität ist eine Herausforderung für die Präzisionsmedizin

Mutationen oder andere Aberrationen in der Expression von Genen für die genomische Stabilität, wie beispielsweise diejenigen, die an der DNA-Reparatur oder der Induktion von Apoptose beteiligt sind, können hypermutierbare Phänotypen in Tumoren auslösen. Bei einigen kolorektalen Karzinomen wurden mehr als 100 Mutationen pro Megabase DNA festgestellt. Ähnliche Befunde wurden bei einigen Endometriumkarzinomen des Uteruskorpus und Lungenadenokarzinomen und Plattenepithelkarzinomen berichtet [49]. Auch beim Melanom findet man eine hohe Anzahl von Mutationen [164]. Evolution innerhalb eines bestimmten Krebses tritt selten als ein Prozess auf, der einen einzelnen, zunehmend aggressiveren Klon betrifft, stattdessen schlägt die Theorie der klonalen Evolution evolutionäre Prozesse vor, die auf divergente Subklone wirken, die sich gleichzeitig entwickeln [165–167]. Diese unterschiedliche Entwicklung kann zu einer erheblichen intratumoralen Heterogenität führen, die eine erhebliche Herausforderung für die molekulare Profilierung von Tumoren darstellt. Es ist eine große Herausforderung in der Krebsforschung sicherzustellen, dass minimale Proben aus klinischen Proben entnommen werden und gleichzeitig die inhärente Heterogenität mit relativer Genauigkeit modelliert wird [168].

Epigenetische Phänomene tragen ebenfalls zur Tumorheterogenität bei, jedoch ist es schwierig, ein vollständiges Verständnis der epigenetischen Heterogenität und ihrer unterschiedlichen Beiträge zur Krebsprogression zu erlangen, da die dynamische Natur epigenetischer Modifikationen es schwieriger macht, sie über Zeit und Raum zu profilieren. Der Einsatz der Einzelzellanalytik und unsere Fähigkeit, zellfreie DNA zu analysieren, haben begonnen, einige dieser Komplexitäten zu entwirren und werden im Folgenden diskutiert. Genomische und epigenomische Instabilität, die durch die Prozesse der Onkogenese, Transformation, Progression und Metastasierung ermöglicht wird, verändern die Phänotypen einzelner Tumoren. Während die Erforschung der klonalen Evolution bei Tumoren hauptsächlich durch einen genetischen Rahmen getrieben wurde, zeigen neuere Erkenntnisse bei Prostatakrebs, dass sich das Epigenom konvergent entwickeln und zur Tumorheterogenität beitragen kann [169]. Auch beim duktalen Adenokarzinom des Pankreas wurde festgestellt, dass die epigenetische Heterogenität zwar eine geringe Heterogenität bei den Treibermutationen aufweist, jedoch zum Metastasierungspotenzial beiträgt [170, 171]. Das komplexe Zusammenspiel zwischen Genetik und Epigenetik, das es manchen Tumoren ermöglicht, invasiv und metastasierend zu werden, unterstützt den Einsatz von Präzisionskrebsmedizin, um Treibermutationen und epigenetische Modifikationen und die entsprechenden Veränderungen in der Zellbiologie zu bekämpfen.

Zeitliche und räumliche molekulare Heterogenität ist ein Haupthindernis für die Entdeckung von Biomarkern, und unsere Unfähigkeit, die Heterogenität genau zu modellieren und zu messen, stellt das größte Hindernis für eine erfolgreiche Präzisionsmedizin bei Krebs dar (Abbildung 2). Brusttumore werden beispielsweise als Östrogenrezeptor- (ER-) positiv eingestuft, basierend auf einem Cut-off von 10 % der Zellen, die ER exprimieren, jedoch kann ein Ansprechen auf die Therapie bei Patienten beobachtet werden, bei denen nur 1 % der Zellen exprimieren ER [172]. Die ER-Positivität basierend auf dem 10 %-Cut-off sagt das Ansprechen auf selektive ER-Modulatoren wie Tamoxifen nicht genau voraus, daher ist es plausibel, dass molekulare Heterogenität das Ansprechen von Tumoren auf die Behandlung beeinflusst [173–175]. Es ist klar, dass die binäre Unterscheidung zwischen ER-positiv und ER-negativ nicht zwischen denen unterscheidet, die auf Tamoxifen ansprechen, und denen, die dies nicht tun, und die molekulare Heterogenität kann helfen, diesen Befund zu erklären. Die größte Herausforderung bei der Modellierung der Tumorheterogenität besteht jedoch darin, geeignete Proben von Tumoren zu erhalten. Studien haben gezeigt, dass eine gleichzeitige Evolution zwischen verschiedenen Klonen innerhalb eines Tumors stattfindet, und diese können in verschiedenen Räumen des Tumors existieren. Insbesondere ergab die Analyse rezidivierender Gliome, dass mindestens die Hälfte der ursprünglichen Treibermutationen in klassischen Treibergenen wie TP53 beim Wiederauftreten nicht nachweisbar waren [176]. Während die Entdeckung von Biomarkern durch Schwierigkeiten bei der angemessenen Messung jedes Klons, wie er in einem Tumor vorhanden ist, eingeschränkt ist, werden Techniken wie STAR-FISH, die den Nachweis von Einzelnukleotid- und Kopienzahländerungen auf Einzelzellauflösungsebene kombinieren, die klinische Entscheidung unterstützen. Herstellung von Präzisionstherapien [177].

Die genaue Messung und Modellierung der intratumoralen genetischen und epigenetischen Heterogenität wird helfen, Biomarker zu bestimmen, die anzeigen, ob die Therapie im Verlauf der Behandlung erfolgreich ist. Ein möglicher Ansatz zur Bestimmung des therapeutischen Ansprechens besteht darin, zirkulierende Tumor-DNA (ctDNA) zu messen. In einer Melanomstudie wurde festgestellt, dass ctDNA als blutbasierter Biomarker relativ konsistent und informativ ist [178]. Die ctDNA-Spiegel entsprachen der Reaktion und dem Krankheitsverlauf. In ähnlicher Weise ergab eine Studie zu Brustkrebs, dass ctDNA bei Patientinnen mit einer Erkrankung im Frühstadium einen metastatischen Rückfall vorhersagte und in der Lage war, die beim metastatischen Rückfall gefundenen genetischen Ereignisse vorherzusagen [179]. Neben der Vorhersage von Rückfällen kann ctDNA auch Einblicke in Resistenzmechanismen bieten. Beispielsweise wurden Mutationen des RAS-Signalwegs durch ctDNA als Resistenzmechanismus bei Darmkrebs gegenüber Anti-EGFR-Therapien nachgewiesen [180–182].

Die Messung epigenetischer Veränderungen ist auch in ctDNA möglich. Der Nachweis von methylierter SEPT9-ctDNA identifizierte etwa 70 % der kolorektalen Karzinome [183]. Die Methylierung von ctDNA kann eine relativ nichtinvasive Methode sein, um das Ansprechen eines Patienten auf die Therapie zu messen. Zum Beispiel wurde das Vorhandensein von methylierter GSTP1-DNA im Plasma verwendet, um das Ansprechen von Patienten mit Prostatakrebs zu verfolgen [184], und die Methylierung einer Reihe von zehn Genen variierte zwischen Brustkrebspatienten, die ein teilweises oder vollständiges Ansprechen erreichten, und solchen, die keine Reaktion auf Therapie [185]. Viele andere methylierte Biomarker wurden etabliert, die mit dem Krankheitsverlauf korrelieren [186–190].

Neben der wachsenden Sensitivität und Spezifität der Messung zellfreier DNA wird das Aufkommen der Einzelzellsequenzierung als diagnostisches Werkzeug unser Verständnis der Beiträge der Genetik und Epigenetik zur räumlichen und zeitlichen Heterogenität verbessern [191, 192]. Bisulfit-Sequenzierung des gesamten Genoms [193, 194] oder andere Einzelzell-Analysetechniken, einschließlich Einzelzell-DNase-Sequenzierung [195] und Einzelzell-Chromosom-Konformationserfassung (Hi-C) [196, 197] werden wichtige epigenetische Muster identifizieren, die sind relevant für den Erfolg von Präzisionstherapien. Diese Einzelzelltechniken bieten nicht nur Einblicke in die Natur der genetischen und epigenetischen Heterogenität, sondern sind auch vielversprechend, um die Rolle bestimmter Subpopulationen von Tumorzellen bei der Krebsentstehung und -progression zu bestimmen. Ein Beispiel dafür ist der hohe Grad an Heterogenität in der Expression des Histon-Linkers H1.0, von dem gezeigt wurde, dass er die Selbsterneuerung von Tumorzellen unterstützt, eine wichtige Überlegung für die Tumorigenität von Tumorzell-Subpopulationen [198].

5.2.1. Eine notwendige Rolle für „Omics“-Technologien in der Molekularpathologie

Die aktuelle Toolbox für die Molekularpathologie erkennt in erster Linie größere Chromosomenanomalien, einschließlich Genamplifikationen und -deletionen. Der immunhistochemische (IHC) Nachweis der HER2-Expression, der Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierungsnachweis (FISH) der BCR-ABL-Translokation und der RT-PCR-Nachweis der PML-RARA-Translokation haben den klinischen Einsatz von zielgerichteten Wirkstoffen wie Trastuzumab, Imatinib und Retinoic . informiert Säure. Unser neues Verständnis von Krebs als einem Phänotyp, der von der Genexpression beeinflusst und durch epigenetische Faktoren zusätzlich zu genetischen Sequenzen moduliert wird, erfordert eine detailliertere Betrachtung, um die Entwicklung und Auswahl zielgerichteter Therapien umfassend zu informieren. Dies erfordert den Einsatz genauerer Werkzeuge, um sowohl das Vorhandensein als auch die klinische Relevanz von Punktmutationen und transkriptionaler Modulation zu bestimmen (Abbildung 2). Die Integration des Einsatzes molekularer „Omics“-Technologien ist unerlässlich, um ein umfassenderes Bild des Verhaltens von Krebs zu gewinnen und Interventionsmöglichkeiten sichtbar zu machen. Zum Beispiel wurden begrenzte molekulare Assays wie PCR und Sanger-Sequenzierung verwendet, um bekannte Krebsmutationen wie V600E im BRAF-Gen nachzuweisen (Tabelle 1). Diese höher auflösenden diagnostischen Instrumente haben den Einsatz spezifischer BRAF-Inhibitoren einschließlich Vemurafenib und Dabrafenib geleitet [199, 200]. Der Einsatz von „Omics“-Technologien wie die vollständige DNA- und RNA-Sequenzierung und die Charakterisierung von Protein- und Metabolitenspiegeln beginnen, einen umfassenderen Blick auf Krebs und die einzigartigen Aberrationen bei jedem Auftreten zu ermöglichen (z. B. Daten aus TCGA und ICGC).

Genetik und Epigenetik sind keine zwei getrennten Prozesse, sie sind in jedem Schritt miteinander verflochten und aufeinander abgestimmt. Vor diesem Hintergrund wird deutlich, dass IHC-Marker und FISH allein nicht zuverlässig zur molekularen Klassifikation von Krebs verwendet werden können. Die molekulare Pathologie, die Daten integriert, die mit historischen und neuartigen Abfrageinstrumenten gesammelt wurden, um Punktmutationen, epigenetische Veränderungen, Genexpression und posttranslationale Modifikationen zu untersuchen, kann die notwendigen Informationen für die Präzisionstherapie liefern (Abbildung 2).

5.3. Resistenz gegen gezielte Therapien

Die letzte Herausforderung für den Erfolg der Präzisionsmedizin ist die Entstehung von Resistenzen gegen zielgerichtete Therapien. Dies wird vielleicht am besten durch die Reihe von TKIs modelliert, die gegen die BCR-ABL Translokation [201]. Der Erfolg von Imatinib wurde durch das Aufkommen resistenter Varianten gedämpft. Als Ergebnis wurden Tyrosinkinase-Inhibitoren der zweiten und dritten Generation gegen das BCR-ABL-Genprodukt entwickelt [202–205]. Schließlich wurde eine neuartige Behandlung für CML (Omacetaxin) entwickelt, die unabhängig vom BCR-ABL-Fusionsprotein wirkt. Dies war bei Patienten erfolgreich, bei denen die Behandlung mit früheren BCR-ABL-gerichteten TKIs fehlgeschlagen war [206]. Wir sollten erwarten, dass die kontinuierliche klonale Evolution von Krebszellen es genetischen und phänotypischen Varianten ermöglichen wird, gezielten Präzisionstherapien zu entgehen.

Bei zahlreichen zielgerichteten Wirkstoffen wurde eine primäre Resistenz gegen Präzisionstherapien beobachtet. Bei Lungenkrebs ist die primäre Resistenz gegen EGFR- oder ALK-gerichtete Tyrosinkinase-Inhibitoren das Ergebnis genetischer Veränderungen innerhalb oder außerhalb des primären Targets [207, 208]. Die Einbeziehung genetischer und epigenetischer Informationen mithilfe neuartiger „Omics“-Technologien und Computermethoden wird die fortlaufende Stratifizierung von Patienten über das Fehlen oder Vorliegen einer spezifischen Veränderung hinaus unterstützen (Abbildung 2). Darüber hinaus können in einigen Fällen falsch-positive Befunde in der Diagnostik zu beobachteten Resistenzen beitragen, wie dies für ALK-Rearrangements beim Lungenkrebs dokumentiert ist [209]. Verbesserungen und Fortschritte in der Diagnostik werden diese falsch informierte Auswahl von Therapien beseitigen. Erworbene oder sekundäre Resistenzen resultieren im Allgemeinen aus Veränderungen innerhalb des therapeutischen Ziels, Aktivierung alternativer oder nachgeschalteter Signalwege oder phänotypischer Transformation [210]. Ein Ansatz, dies zu bekämpfen, besteht in der rationalen Kombination von therapeutischen Mitteln. Beispielsweise kann die Kombination des niedermolekularen Venetoclax mit dem Anti-CD20-Rituximab verhindern, dass einige akute myeloische Leukämien die BCL2-Hemmung umgehen [211].

Wir müssen versuchen, die komplexen Schaltkreise von Krebs vollständig abzubilden, um der therapeutischen Resistenz einen Schritt voraus zu sein, und dies muss laufende Beobachtungen der genetischen und epigenetischen Vielfalt vor, während und nach der Behandlung einschließen. Die Ansammlung von Daten aus klinischen Studien zu zielgerichteten Therapien allein oder in Kombination mit bestehenden Wirkstoffen wird weiterhin Einblicke in potenzielle Ansätze zur Prävention erworbener Resistenzen geben.

6. Fazit

Das Bewusstsein der Präzisionsmedizin im öffentlichen Bewusstsein hat viele Fragen aufgeworfen, die noch beantwortet werden müssen. Da wir auf molekulare Aberrationen mit immer selteneren Vorkommen abzielen (Abbildung 1), zwingen uns die Kosten der Medikamentenentwicklung zu der Frage, wie viel eine Heilung von Krebs, vielleicht ein individuelles Leben, in absehbarer Zukunft wert ist. Ein präziser als ein personalisierter Ansatz für die Krebstherapie ist kosteneffektiver und wird am ehesten in jedem System der sozialisierten Medizin verwirklicht. Wie bereits erwähnt, wird die geringe Stichprobengröße für spezifische Änderungen die statistische Aussagekraft einschränken und die Akzeptanz neuer klinischer Studiendesigns erzwingen. Ein innovativer Ansatz für bestehende medizinpolitische Rahmenbedingungen wird die Zukunft der Präzisionsmedizin stärken, indem die Pipeline von der Arzneimittelentwicklung bis zur Zulassung beschleunigt wird, und der Austausch von Informationen zwischen großen Forschungszentren, die präzisionsmedizinische Studien durchführen, wird das neue Zeitalter der Krebstherapie ebenfalls beschleunigen.

Am 7. Juli 2016 zog US-Präsident Barack Obama eine starke Analogie zur Beschreibung der Präzisionsmedizin: „Wir würden keine Brille kaufen, die nicht zu unserem Sehvermögen passt, und obwohl sich viele Menschen die Arme brechen, werden alle fit für“ ihre eigene Besetzung“ [197]. Die Forschung, die sich auf die Erforschung der aktuellen Bedrohungen für den Erfolg der Präzisionsmedizin konzentriert, wird der klinischen Onkologie den Eintritt in die wohl größte Revolution in der Medizingeschichte ermöglichen, einen datengesteuerten Präzisionsansatz zur Heilung von Krebs. Unser Verständnis der Genetik und Epigenetik unterstützt ihre fortgesetzte Untersuchung als Hauptverursacher eines malignen Phänotyps und hält den Schlüssel zum Aufschließen des malignen Transformationsprozesses, damit er gestoppt werden kann, wenn er gefunden wird.

Interessenskonflikte

Die Autoren erklären, dass keine Interessenkonflikte bezüglich der Veröffentlichung dieser Arbeit bestehen.

Danksagung

Diese Arbeit wurde durch ein Stipendium des Canadian Institutes of Health Research (CIHR) an Paola Marcato (MOP-130304) unterstützt. Krysta Mila Coyle ist eine ehrenamtliche Killam- und Scotia-Stipendiatin, unterstützt durch einen Doktorandenpreis des CIHR, durch ein DeWolfe-Graduiertenstipendium der Dalhousie Medical Research Foundation (DMRF) und durch einen Trainee-Preis des Beatrice Hunter Cancer Research Institute (BHCRI .). ) mit Mitteln der Canadian Imperial Bank of Commerce im Rahmen des Terry Fox Strategic Health Research Training Program in Cancer Research am CIHR. Jeanette E. Boudreau ist DMRF Cameron Cancer Scientist Chair und wird zusätzlich von der Banting Research Foundation und dem BHCRI unterstützt.

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Copyright © 2017 Krysta Mila Coyle et al. Dies ist ein Open-Access-Artikel, der unter der Creative Commons Attribution License vertrieben wird und die uneingeschränkte Verwendung, Verbreitung und Reproduktion in jedem Medium erlaubt, vorausgesetzt, das Originalwerk wird ordnungsgemäß zitiert.


Wissenschaftler identifizieren 13 neue Tumorsuppressor-Gene bei Leberkrebs

Im Laufe der Jahre war die Suche nach krebsbezogenen Genen und das Verständnis ihrer Funktionsweise eine wichtige, wenn auch zeitaufwändige Übung. Am Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) haben nun fünf verschiedene Forschungsgruppen ihre Expertise gebündelt, um die Entdeckung krebsbezogener Gene und die Validierung ihrer Funktion in lebenden Tieren zu beschleunigen.

Das Ergebnis der Zusammenarbeit ist ein groß angelegtes, schnelles und kostengünstiges genetisches Screening, das in einem vorläufigen Test 13 neue Tumorsuppressoren &ndash Gene aufdecken konnte, die die Aktivität von Krebsgenen hemmen. Tumorsuppressoren sind bei der Krebsentstehung im Allgemeinen wichtig, insbesondere bei Leberkrebs, wo sie bei Menschen, die die Krankheit entwickeln, häufig fehlen.

Diese Entdeckungen, die am 17. November online vor der Drucklegung veröffentlicht wurden und in der Cell-Ausgabe vom 26. &rdquo laut CSHL-Professor Scott W. Lowe, Ph.D., dem korrespondierenden Autor der Studie. Weitere Autoren sind Scott Powers, Ph.D., Direktor des Human Cancer Genome Center am CSHL, und die CSHL-Professoren Gregory J. Hannon, Ph.D., W. Richard McCombie, Ph.D., und Michael Wigler, Ph.D. D.

Lokalisieren von Tumorsuppressor-Genen

Tumorsuppressoren sind ein wesentlicher Bestandteil intrazellulärer Signalnetzwerke, die vor unkontrollierter Zellproliferation schützen. Die Vorteile solcher Gene können verloren gehen, wenn die DNA Veränderungen durchmacht, einschließlich Mutationen oder Deletionen ganzer Chromosomenabschnitte. Eine hocheffiziente Genomsequenzierungstechnik, die vor einigen Jahren im Wigler-Labor entwickelt wurde, hat es ermöglicht, das Genom von Krebszellen unter anderem nach deletierten Chromosomenabschnitten zu scannen, in denen sich wahrscheinlich Tumorsuppressoren befinden.

Dr. Powers führte eine genomische Analyse von menschlichen Leberkrebsproben durch, die eine Grundlage für die Arbeit der kombinierten Teams bildete. Das Powers&rsquo-Labor hat die Genome von Leberkrebs von mehr als 100 Patienten gescannt, um eine Liste von Deletionen chromosomaler Regionen zusammenzustellen. Es wurde angenommen, dass diese Regionen der Ort der meisten der fehlenden Tumorsuppressorgene sind. Ein Vergleich dieser Liste mit der Genomsequenz einer normalen menschlichen Zelle ergab die Identität von ungefähr 300 Genen innerhalb der deletierten Chromosomenabschnitte.

Chromosomale Deletionen sind nicht allein auf krebsbezogene Gene beschränkt, eine beliebige Anzahl von „Passagieren&rdquo oder nicht verwandten Nachbargenen kann auch unbeabsichtigt verloren gehen. Das Team musste daher die Tumorsuppressoren unter den 300 Genen lokalisieren. &ldquoDie genomische Analyse menschlicher Tumore ist wichtig&rdquo, bemerkte Powers&ldquo, aber die Kombination mit funktionellem Screening in Mausmodellen ist ein bemerkenswerter Fortschritt.&ldquo

Der übliche Weg, eine Genfunktion zu charakterisieren, besteht darin, sie in Mausembryonen zu mutieren und dann Mäuselinien zu erzeugen, die dann auf die Auswirkungen der Mutation untersucht werden können. Lowe's Gruppe umging diesen zeitaufwändigen Schritt, indem sie Mutationen in das Genom von adulten Mauszellen einfügte und diese Zellen dann in adulte Mäuse reinjizierte. Das Team verwendete eine von Dr. Hannon verfeinerte Methode zur Einführung stabiler Mutationen in Mauszellen über RNA-Interferenz oder RNAi, eine Technik, bei der kleine RNA-Moleküle in Zellen eingeführt werden, um bestimmte Gene auszuschalten.

RNA-Sequenzen, die allen etwa 300 deletierten Genen entsprachen, wurden aus einer RNAi-&ldquolibrary&rdquo erhalten, die vom Hannon-Labor zusammengestellt wurde. Das Team von Lowe führte diese RNAi-Tools (bekannt als „Short-Hairpin-RNAs oder shRNAs) in Vorläuferzellen ein, die sich zu reifen Leberzellen entwickeln, wenn auch solche, die so konstruiert wurden, dass sie ein Krebsgenprodukt namens Myc überproduzieren.

In Zellen mit diesen Myc-Mutationen würde ein zusätzlicher „Trigger&rdquo wie das Abschalten eines Tumorsuppressorgens über RNAi ausreichen, um Krebs zu verursachen. Die gentechnisch veränderten Zellen, die eine Myc-Mutation und eine shRNA trugen, wurden Mäusen injiziert. Es ist dramatisch, dass diejenigen, die Zellen erhielten, in denen ein Tumorsuppressorgen durch eine shRNA "stummgeschaltet" worden war, innerhalb eines Monats Tumore entwickelten.

Die Wissenschaftler fanden die Identität der stummgeschalteten Tumorsuppressoren heraus, indem sie einfach das genetische Material der Tumoren isolierten und analysierten. Ihre Strategie identifizierte 13 neue Tumorsuppressorgene, von denen die meisten zuvor noch nicht mit Krebs in Verbindung gebracht wurden.

Eine reiche und unerwartete Auszahlung

&bdquoDie Natur dieser neuen Gene ist nicht offensichtlich und wir hätten ihre Beziehung zu Krebs erraten, wenn wir diesem Ansatz gefolgt wären&rdquo, sagt Lowe. &bdquoSie könnten uns jetzt ermöglichen, in noch wenig verstandene Krebsgebiete vorzudringen.&ldquo

Die neu identifizierten Tumorsuppressorgene beeinflussen ein breites Spektrum zellulärer Aktivitäten, einschließlich der Aufrechterhaltung der Zellstruktur, des Zellstoffwechsels, der Zellproliferation und der Kontrolle der Spiegel verschiedener tumorwachstumsfördernder Proteine ​​im Zellkern. In einem Fall deckte die Strategie des Teams auch nicht isolierte Gene auf, sondern ein ganzes Netzwerk von Genen, die bei Leberkrebs schief gehen. &bdquoAngesichts der Tatsache, dass das Krebsrätsel mehrere Gene in verschiedenen Kombinationen umfasst, müssen wir alle Treffer finden, die die Zelle über den Rand kippen“, erklärt Lowe einen Vorteil der umfassenden Strategie seines Teams.

Einige der identifizierten Gene könnten auch zu neuen Strategien für die Krebstherapie führen. Einige der neu entdeckten Tumorsuppressorgene zum Beispiel „kodieren&rdquo für Proteine, die sezerniert werden, was darauf hinweist, dass ihre Fähigkeit, Krebs zu verhindern, von ihrer Anwesenheit außerhalb der Zelle abhängt. Den Verlust solcher Proteine ​​umzukehren, indem ihr Spiegel durch Injektionen wieder aufgefüllt wird, ist eine einfachere Lösung, als einen Defekt im Genom durch Gentherapie korrigieren zu müssen.

Mit anderen Worten, die neue Strategie des CSHL-Teams ermöglicht es nun, schnell aus den Genominformationen diejenigen Gene herauszufiltern, die sich spezifisch auf die Krebsentwicklung bei lebenden Tieren auswirken, und so Folgestudien auf diejenigen zu konzentrieren, die klinisch am nützlichsten sein könnten.

Quelle der Geschichte:

Materialien zur Verfügung gestellt von Cold Spring Harbor Laboratory. Hinweis: Der Inhalt kann hinsichtlich Stil und Länge bearbeitet werden.


Ein sicherer Ein-Schalter

Als nächstes suchte das Team nach Verbindungen, die möglicherweise WWP1 blockieren könnten. Sie benutzten einen Computer, um 3D-Modelle der Struktur von WWP1 zu erstellen und dann virtuell andere Moleküle hineinzupassen, wie ein Schlüssel in ein Schloss passt.

Die Analyse sagte voraus, dass eine Verbindung namens Indol-3-Carbinol (I3C) wahrscheinlich an WWP1 binden und verhindern kann, dass es mit PTEN interagiert. I3C kommt natürlicherweise in kleinen Mengen in einigen Gemüsesorten vor, darunter Brokkoli und Rosenkohl. Es wird auch als Nahrungsergänzungsmittel rezeptfrei verkauft.

Als die Forscher menschliche Zellen, die zu viel WWP1 enthielten, mit I3C behandelten, sahen sie, wie sich PTEN an den Zelloberflächen ansammelte, was darauf hindeutete, dass WWP1 blockiert wurde.

Dann testeten sie I3C an Mäusen, die so konstruiert waren, dass sie zu viel produzieren MEIN C. Mäuse, denen die Verbindung verabreicht wurde, entwickelten viel kleinere Tumoren als diejenigen, die dies nicht taten. Bei der Dosierung von I3C, die für diese tumorsuppressive Wirkung erforderlich war, wurden keine Nebenwirkungen beobachtet.


Informationen zum Autor

Mitgliedschaften

Gesundheitsforschungsinstitut, Thalassämie- und Hämoglobinopathie-Forschungszentrum, Ahvaz Jundishapur University of Medical Sciences, Ahvaz, Iran

Maria Kavianpour, Ahmad Ahmadzadeh & Najmaldin Saki

Institut für Biochemie und Hämatologie, Medizinische Fakultät, Semnan University of Medical Sciences, Semnan, Iran

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