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Die
Entartung einer Zelle zur Krebszelle
kann verschiedene Ursachen haben.
Jede Zelle des Menschen besitzt
46 Chromosomen (einen doppelten
Chromosomensatz von 22 verschiedenen
Chromosomen und die beiden Geschlechtschromosomen
XX oder XY). Neben punktuellen
Veränderungen der Erbsubstanz
(Punktmutationen) können
auch strukturelle Veränderungen
einzelner Chromosomen vorliegen.
So können zum Beispiel Chromosomenstücke
fehlen (Deletion), verdoppelt
sein (Duplikation), in falscher
Orientierung im Chromosom vorliegen
(Inversionen) oder ganze Chromosomenabschnitte
ausgetauscht werden (chromosomale
Translokation). Weitere Ursachen
sind die Fehlregulation ganzer
genetischer Programme sowie jede
denkbare Kombination aus genetischen
Veränderungen und Fehlregulationen.
Interessanterweise findet man bei Krebserkrankungen des blutbildenden Systems,
den Lymphom- und Leukämie-Erkrankungen, vor allem einen Typ genetischer
Veränderungen, die so genannten reziproken chromosomalen Translokationen.
Dabei sind ganze Chromosomen- Arme zwischen völlig verschiedenen Chromosomen
ausgetauscht. Ein Subtypus dieser Chromosomentranslokationen ist die Ursache
für rund 80 Prozent der akuten lymphatischen Leukämien (ALL) und 50
Prozent der akuten myeloischen Leukämien (AML) bei Säuglingen. Hierbei
wird eine Kopie des MLL-Gens (Chromosom 11, Bande q23) so mit einem Gen auf einem
anderen Chromosom verknüpft, dass durch diesen reziproken Austausch zwei
neue Hybridgene entstehen. Dadurch entarten die Zellen zur Krebszelle. Im Rahmen
des Zentrums für Arzneimittelforschung, -Entwicklung und -Sicherheit (ZAFES)
arbeiten Prof. Dr. Thomas Klingebiel und
Prof. Dr. Rolf Marschalek daran,
Diagnostik und Therapie für diese Kinderleukämie- Erkrankung zu optimieren
sowie neue therapeutische Optionen zu erarbeiten.
Das
MLL-Gen (11q23) und seine Translokationen
Das MLL (mixed lineage leukemia)-Gen auf Chromosom 11 des Menschen enthält
die Information für ein Protein, das nach neuesten Erkenntnissen unseren
Zellen eine wesentliche Eigenschaft verleiht: Es gibt jeder Zelle ihre spezifische »Identität«.
Dazu bildet das MLL Protein mit anderen Proteinen zusammen im Zellkern einen
große Proteinkomplex, der für vielfältige Aufgaben in der »Chromatin-Regulation « notwenig
ist. Das Chromatin unserer Chromosomen kann verschiedene Zustandsformen einnehmen;
davon erlaubt nur »aktives Euchromatin« das Ablesen (Expression)
der dort kodierten Gene. Inaktive Bereiche unserer Chromosomen bezeichnet man
als Heterochromatin. Nur durch das Zusammenspiel dieser übergeordneten
Chromatinkontrolle können in unterschiedlichen Geweben verschiedene Gene
ausgeprägt, das heißt in Proteine umgesetzt werden. Die Kombination
der vorhandenen Proteine entscheidet über die biologischen Eigenschaften
eines Gewebes. Alle bislang identifizierten reziproken chromosomalen Translokationen
des MLL-Gens haben eine Gemeinsamkeit: Sie führen zur Ausprägung
einer Akuten Leukämie. Rund 50 verschiedene Translokationen sind inzwischen
bekannt , und jedes Jahr werden weitere fünf bis zehn entdeckt. Die bisher
untersuchten Translokationen finden alle in einer kleinen Teilregion des MLL-Gens
statt, die deshalb als Bruchpunktregion bezeichnet wird. Ursache solcher Chromosomentranslokationen
sind DNA-Strangbrüche: Die Zelle versucht diesen -Schaden zu reparieren
und verursacht im Laufe des Reparaturprozesses die chromosomalen Translokationen,
gewissermaßen als Ergebnis einer fehlgeleiteten DNA-Reparatur. Aus Sicht
der Krebszellen scheint die Translokation von Vorteil zu sein: Sie wachsen
ungehemmt und überwuchern die gesunden Nachbarzellen. Es entsteht eine
aggressive Form von Leukämie (AML oder ALL), die nahezu therapieresistent
ist. Derzeit liegen die Heilungschancen dieser Leukämieform trotz intensiver
Therapie im Bereich von nur 15 bis 20 Prozent.
Diagnostik
und Therapie
Um chromosomale Translokationen des MLL-Gens im Blut von Leukämie-Patienten
zu diagnostizieren, sind weltweit verschiedene Standardtechniken im Einsatz.
Diagnostik wird auf der Stufe ganzer Chromosomen, der Desoxyribonukleinsäure
(DNA) oder der Ribonukleinsäure (RNA) durchgeführt. In Frankfurt
ist eine neue, DNA-basierte Diagnostik-Methode entwickelt worden, die alle
bekannten und bislang unbekannten MLL-Translokationen präzise identifizieren
kann. Mit Hilfe dieser Technik sind seit Beginn des Forschungsprojekts, das
von der Wilhelm-Sander-Stiftung finanziell unterstützt wird, im letzten
Jahr bereits drei neue MLL-Translokationen entdeckt worden. In den kommenden
Jahren sollen an der Frankfurter Kinderklinik (ZKI) mehrere hundert Leukämiefälle
aus aller Welt untersucht werden. Zentren in ganz Europa nutzen diesen Service
inzwischen und senden ihre Patienten-Proben nach Frankfurt. Im Gegenzug erhalten
sie wertvolle, molekulare Informationen über die Art der chromosomalen
Translokation und über die DNA-Sequenz an den Chromosomenfusionsstellen.
Aus dieser Information können Patienten-spezifische Sonden (Oligonukleotide)
generiert werden, die dazu dienen, Blutzellen mit Hilfe der Polymerase-Kettenreaktion
auf das Vorhandensein residueller Tumorzellen (MRD; minimal residual disease)
zu untersuchen. Die Sensitivität dieser Technik ermöglicht es, eine
einzige Tumorzelle unter 100 000 bis 1 000 000 normalen Zellen aufzuspüren
und damit eine quantitative Aussage über die im Körper des Patienten
verbliebenen restlichen Tumorzellen zu machen. Damit bekommen die behandelnden Ärzte
eine direkte Kontrolle über Therapieerfolg oder -misserfolg.
Die klinische Umsetzung dieser molekularbiologischen Erkenntnisse gehört
zum Schwerpunkt der Klinik III der Frankfurter Kinderklinik unter Leitung von
Prof. Dr. Thomas Klingebiel.
Optimierte Chemo- /Strahlen-Therapie und Stammzelltransplantationen sind bislang
oft die einzige Option für die betroffenen Patienten. Gerade für
eine Stammzelltransplantation ist die Suche nach einem geeignetem Spender ein
Wettlauf mit der Zeit. Ist dieser identifiziert, sind die Aufbereitung und
Charakterisierung des Transplantats wichtige Schritte, bevor die Stammzellen übertragen
werden können. Nach der Transplantation müssen die Patienten intensiv überwacht
und betreut werden, denn jede Transplantation birgt das Risiko einer »graft
versus host disease« (GVHD), bei der das Fremd-Transplantat einen heftigen
Immunangriff gegen den Patienten verursacht. Trotz Transplantation besteht
aufgrund der Bösartigkeit der behandelten Leukämien auch weiterhin
das Risiko eines Rückfalls. Deshalb werden Analysen durchgeführt,
um die Zellen von Spender und Patienten vergleichend betrachten (Chimärismus-Untersuchungen)
und anhand vorgegebener Parameter rechtzeitig geeignete Gegenmaßnahmen
ergreifen zu können .
Da die Fallzahl der Patienten mit MLL-Translokationen relativ gering ist (rund
500 Kinder in Europa pro Jahr), ist es umso schwieriger, eine eindeutige therapeutische
Vorgehensweise zu definieren. Zu groß sind die Unterschiede zwischen
den verschiedenen Patienten, so dass jede Therapie individuell angepasst werden
muss. Gemeinsam mit den Eltern wird vom behandelnden Arzt eine therapeutische
Gratwanderung verlangt. Diese Situation gilt es zu verbessern. Deshalb sind
wir auf der Suche nach alternativen Strategien, um so eine verbesserte Heilungschance
für die betroffenen Patienten zu erreichen.
Der
krankheitsauslösenden
Mechanismus
Die einzige therapeutische Option für Leukämiepatienten mit MLL-Translokationen
ist eine Hochdosis-Chemotherapie in Kombination mit einer Knochenmarktransplantation.
Eine Chemotherapie birgt stets ein hohes Risiko sowie Spätfolgen. Deshalb
wird mit Hochdruck daran gearbeitet, die Achillesferse des Krankheitsmechanismus
in diesen Leukämiezellen zu finden. Aus dem heutigen Kenntnisstand ist
ableitbar, dass jede der rund 50 verschiedenen MLL-Translokation einen eigenen
krankheitsauslösenden Mechanismus aufweist. Deshalb haben wir uns in Frankfurt
auf eine der häufigsten MLL-Translokationen im Kindesalter spezialisiert.
Die chromosomale Translokation t(4;11) (q21; q23) kommt vor allem bei Kleinkindern
und Säuglingen vor und ist die Ursache von rund 80 Prozent der Neuleukämieerkrankungen
von Kindern . Durch diese chromosomale Translokation entstehen zwei reziproke
Fusionsgene, das heißt Gene, die aus zwei Genen zusammengesetzt sind:
das MLLoAF4 und das AF4oMLL-Fusionsgen. In unseren Untersuchungen stehen deshalb
die Funktionen dieser beiden Fusionsproteine, das MLLoAF4 und das AF4oMLL-Fusionsprotein,
im Vordergrund. So greifen die Produkte dieser Fusionsgene nachhaltig in "normale
Prozesse" in den betroffenen Zellen ein und sind dort für bestimmte
Eigenschaften der Tumorzellen verantwortlich. Im Rahmen unserer eigenen Untersuchungen
sind wir für diese spezielle Tumorerkrankung der t(4;11)-Translokation
auf einen molekularen Schaltmechanismus gestoßen, der für die Leukämie-Entstehung
wichtig ist. Zur Zeit wird dieser Schaltmechanismus intensiv erforscht, um
biologische Testsysteme zu etablieren. Solche Testsysteme können anschließend
dazu genutzt werden, in Kooperation mit Industriepartnern Screening-Experimente
durchzuführen. Ziel ist es, eine "Leitsubstanz" zu identifizieren,
die den fehlgeleiteten Schaltmechanismus für die Leukämie-Entstehung
blockieren kann. Derartige Leitsubstanzen bilden die Grundlage für die
Entwicklung neuer Medikamente.
Das langfristige Ziel dieser Arbeiten innerhalb des ZAFES ist es, den Krankheitsmechanismus
vollständig aufzuklären, um daraus eine rationalbasierte Kausaltherapie
abzuleiten, die das Überleben der betroffenen Patienten sichern könnte.
Dieser Teil der Forschungsarbeiten wird von der DFG, dem Nationalen Netzwerk
für Genomfoschung (NGFN) und dem Verein Hilfe für krebskranke Kinder
Frankfurt e.V, finanziell unterstützt. |
