(10.05.2021) HEIDELBERG: Krebsforscher entdecken einen biologisch distinkten Typ des Neuroblastoms, was weitreichende Konsequenzen für dessen Diagnose und Behandlung hat.
Und plötzlich ist es Krebs. Besonders bei Kindern ist dies eine niederschmetternde Diagnose. In sieben bis acht Prozent der Fälle handelt es sich bei Tumoren um Neuroblastome, die dritthäufigste bösartige Krebserkrankung bei Kindern. Die Wucherungen gehen aus unreifen Zellen des embryonalen Neuralrohres hervor und treten daher bevorzugt an den Nebennieren und entlang der Wirbelsäule auf. Wie die meisten Krebsarten wird auch das Neuroblastom in Schweregrade eingeteilt, die sich hinsichtlich ihrer Therapieoptionen und Überlebenschancen unterscheiden. Dabei gelten die Tumore als besonders aggressiv, die natürliche Mechanismen des Zelltodes aushebeln. Frank Westermann und seine Forschungsgruppe „Neuroblastom-Genomik“ am Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) und dem Hopp-Kindertumorzentrum (KITZ) in Heidelberg konnten einen aggressiven Typus des Neuroblastoms charakterisieren, dem mit derzeitigen Behandlungsmethoden kaum beizukommen ist. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Krebsforscher unlängst im Fachjournal Nature Communications (12: 1269).
Wenn Zellen wachsen oder sich teilen, wird dies straff reguliert. Neben komplexen Stoffwechselwegen begrenzt auch ein recht einfacher Prozess die unendliche Vermehrung von Zellen: Bei jeder Teilung verliert die Zelle Stücke ihres Erbguts. An den Enden der Chromosomen befinden sich sogenannte Telomere. Diese DNA-Stücke fungieren als Schutzkappen und verhindern, dass wichtige Inhalte des Erbguts verloren gehen. Sind sie nach mehreren Zellteilungen zu kurz, kann sich die Zelle nicht mehr teilen. Einige Tumorarten schaffen es jedoch, diesen Kontrollpunkt geschickt auszuhebeln: Sie verlängern selbstständig ihre Telomere. „Man kennt das für Neuroblastome, aber auch für diverse andere Tumore. Die Telomere können entweder durch eine Stimulation der Telomerase wachsen oder sie suchen sich einen alternativen Weg“, sagt Krebsmediziner Westermann.
Werden die Chromosomenenden direkt durch die Telomerase verlängert, resultiert dies in einem aggressiven, schnellwachsenden Tumor. In Neuroblastomen ist die Mutation des Transkriptionsfaktors MYCN oft ursächlich für eine übersteigerte Expression des Telomerase-Gens. „Die gegenwärtige Chemotherapie zielt genau auf solche Tumore ab, die sich schnell und häufig teilen. Für Wucherungen dieser Art ist die Prognose in der Regel trotzdem schlecht“, so Westermann. Im Gegensatz dazu seien Tumore, deren „Unsterblichkeit“ über den alternativen Weg der Telomerverlängerung (Alternative Lengthening of Telomeres, ALT) gesichert werde, wenig dynamisch und flögen oft unter dem Radar. Ein Problem, denn das genetische Set-up der Zellen hat gravierende Auswirkungen auf den Therapieerfolg.
Um die Biologie dieser Krebsart besser zu verstehen, untersuchten die Heidelberger Krebsforschenden zunächst, wie oft ALT-positive Neuroblastome auftreten. Sie analysierten Proben von 760 Patienten und suchten nach sogenannten C-Circles, zirkuläre, teilweise einzelsträngige DNA-Moleküle, die nicht auf Chromosomen vorkommen und telomerische Wiederholungssequenzen aufweisen. „Dieser Marker deutet auf Tumore hin, die ihre Telomere durch Rekombination unendlich verlängern können. In ihren Zellen ist meist keine Telomerase exprimiert“, erklärt Westermann. Das Forscherteam konnte zeigen, dass etwa zehn Prozent der Patienten ALT-positive Tumore aufwiesen. Neben dieser Primär-Kohorte analysierten die Heidelberger auch Proben einer weiteren, kleineren Patientengruppe. „Wir haben uns zusätzlich vierzig Betroffene mit wiederkehrenden Tumoren angesehen. Dort fanden wir bei fast jedem zweiten Tumor den ALT-Marker“ – damit hatten die Heidelberger nicht gerechnet. Allerdings sei dies gut erklärbar, so Westermann: „Wir haben es bei ALT-positiven Tumoren mit Wucherungen zu tun, die langsam wachsen und sich kaum teilen. Damit greift unsere gegenwärtige Chemotherapie oft ins Leere und die Tumorzellen überleben.“
Nachdem die Gruppe die Tumore identifiziert hatte, untersuchte sie die Zellen mit diversen Verfahren, um die Biologie der ALT-positiven Tumore besser zu verstehen, darunter Genom-, Transkriptom-, Proteom- und Chromatin-Immunpräzipitationsanalysen. Westermann et al. interessierten sich besonders für Mutationen im ATRX-Gen. Veränderungen dieses Gens können zum sehr seltenen X-chromosomalen Alpha-Thalassämie-Geistige-Retardierung-Syndrom führen, einer schwerwiegenden Entwicklungsstörung. Der Transkriptionsfaktor ATRX ist jedoch auch ein Suppressor der alternativen Telomerverlängerung. „Wir konnten in über 55 Prozent der ALT-positiven Tumore auch tatsächlich Mutationen in diesem Gen feststellen“, erzählt Westermann. In den anderen Wucherungen identifizierten die Heidelberger zwar normale mRNA-Level von ATRX, konnten jedoch drastisch reduzierte Proteinlevel nachweisen. Westermann: „Unsere Gruppe ist die erste, die ein so umfangreiches Proteom von Neuroblastomen analysiert hat. Wir konnten im Mittel 7.000 Proteine pro Tumor quantifizieren und dabei entdecken, dass bei vielen Wucherungen weniger ATRX vorhanden ist.“
Der Transkriptionsfaktor entfaltet seine Funktion in einem Komplex mit dem Protein DAXX. Auch dessen Proteinlevel waren in einigen Tumoren reduziert. Den Zusammenhang zwischen den beiden Proteinen konnten Westermann und Co. in einer ALT-negativen Neuroblastom-Zelllinie zeigen. Knipsten sie dort das DAXX-Protein aus, reduzierten sich die ATRX-Level binnen 96 Stunden. „Es gibt definitiv einen Zusammenhang zwischen den niedrigen DAXX- und ATRX-Proteinmengen. Wie es aber dazu kommt, ist noch nicht geklärt“, fasst der Krebsmediziner die Ergebnisse zusammen.
Eine weitere Erkenntnis der Heidelberger Studie: Der Telomerase-abhängige und der -unabhängige Weg schließen sich in der Regel gegenseitig aus. „Es kommt nur in sehr seltenen Fällen vor, dass in einem Tumor Zellen mit Telomerase-abhängiger und -unabhängiger Aktivierung nebeneinander auftauchen“, sagt Westermann. Dies habe Relevanz für die Krebstherapie, da Telomerase-positive, also schnellwachsende Tumore, mit gängigen Chemotherapeutika oft besser zu behandeln sind. Einen ALT-positiven Tumor durch eine Aktivierung der Telomerase-Expression in einen ALT-negativen Tumor umzuwandeln, hält der Krebsmediziner jedoch für keine gute Idee: „Auch in der Alternsforschung wird diskutiert, ob man nicht einfach die Telomerase einschalten könne, um Gewebe zu verjüngen. Dabei sträuben sich mir allerdings die Haare, weil man hier Gefahr läuft, auch an anderer Stelle Krebs zu erzeugen.“
Der wichtigste Punkt der Arbeit sei, dass es sich bei ALT-positiven Tumoren um biologisch distinkte Wucherungen handelt, betont Westermann. Diese müssten gesondert behandelt werden. Weiterhin sieht er Nachholbedarf bei der Diagnostik: „Wir wissen, dass die alternativen Telomerverlängerungen auch bei anderen neuronalen Tumoren auftreten. Ich halte es daher für wichtig, die Telomerbiologie bei jedem Tumortyp zu bestimmen.“ Dies sei unerlässlich, um die Risikoprognose zu verfeinern, denn oft werden ALT-positive, also Hochrisikotumore, nicht als solche erkannt. Eine weitere Frage, die den Heidelberger umtreibt: Sind Neuroblastome, die keine Veränderungen in den Telomer-Wartungsmechanismen aufweisen, per se gutartig? Bisherige Ergebnisse deuten an, dass es bei solchen Tumoren trotz anderer krebsfördernder Mutationen (wie beispielsweise im TP53-Gen) zu Spontanheilungen kommt.
Frank Westermann (vorne li.) und sein Heidelberger Team. Foto: Dr. Larissa Savelyeva (DKFZ)
In der nächsten Zeit wollen sich die Heidelberger mit der Entwicklung einer experimentellen Plattform beschäftigen, um mögliche Schwachstellen der ALT-positiven Tumore zu identifizieren. Ein schwieriges Unterfangen, denn bisher sind Modellsysteme rar. „Die Zellen wachsen sehr langsam in Kultur und viele Forscher haben bei der Etablierung solcher Modelle schlichtweg die Lust verloren“, erzählt Westermann. Derzeit gäbe es weltweit nur fünf Zellkultur-Modelle für Neuroblastome, die aufgrund ihres langsamen Wachstums kaum Hochdurchsatz-Screenings zuließen. Daher tüftele man derzeit an einem solchen Modell, um diesen Tumortyp zukünftig optimal behandeln zu können.