Neuer Ansatz verwendet viel weniger Gewebe zur Analyse von Tumorproteinen und Genen

Eine Illustration einer Kernnadelbiopsie. Forscher haben eine Möglichkeit entwickelt, Gewebe aus einer Einzelkern-Nadelbiopsie zu verwenden, um das Proteinprofil eines Tumors und seine genetischen Veränderungen zu analysieren.

Bildnachweis: Mit freundlicher Genehmigung der Mayo Clinic

Die Analyse von Tumoren auf genetische Veränderungen kann wichtige Informationen liefern, z. B. ob ein Patient für eine bestimmte gezielte Therapie in Frage kommt , und ist ein wichtiger Aspekt bei der Behandlung einer wachsenden Anzahl von Krebsarten. Tumorbiologen verstehen jedoch zunehmend, wie wichtig es ist, mehrere Informationsschichten über DNA-Veränderungen hinaus zu integrieren, um zu verstehen, wie Tumore funktionieren, einschließlich detaillierterer Informationen über die Proteine in Tumorzellen.

Jetzt haben Forscher einen Weg entwickelt, kombinierte molekulare Analysen durchzuführen, bei denen viel weniger Gewebe verwendet wird als bisher möglich. Mithilfe dieses „mikroskaligen“ Ansatzes konnten die Forscher herausfinden, warum einige Frauen mit Brustkrebs gut auf eine gezielte Behandlung ansprachen und andere nicht.

Dieser Ansatz könnte ein Schritt sein, um die Analyse von Proteinen in Tumoren, die als Proteomik bekannt sind, in die Krebsbehandlung zu bringen, glauben die Autoren der Studie. Bisher war für die Proteomanalyse zu viel Gewebe erforderlich, um von unmittelbarem klinischem Nutzen zu sein. In dieser Studie reichte jedoch die in Einzelkern- Nadelbiopsien gewonnene Gewebemenge aus, um das Proteinprofil eines Tumors sowie seine genetischen Veränderungen zu analysieren.

Ein Kernteam des Baylor College of Medicine und des Broad Institute konnte anhand von Kernnadelbiopsien von 14 Frauen mit HER2-positivem Brustkrebs sowohl vor als auch kurz nach Beginn der Behandlung erklären, warum 5 dieser Frauen nicht auf HER2-gezielte Reaktionen reagierten Therapie, während die anderen 9 taten.

Die Ergebnisse der von NCI unterstützten Studie wurden am 27. Januar in Nature Communications veröffentlicht .

"Dies ist ein sehr interessanter Ansatz", kommentierte Dr. George Sledge, ein Onkologe am Stanford University Medical Center, der sich auf Brustkrebs spezialisiert hat. Er geht davon aus, dass der Ansatz das Interesse der breiteren Brustkrebsgemeinschaft wecken wird, insbesondere wenn er bei einer größeren Gruppe von Patienten in mehreren medizinischen Zentren validiert wird.

Das geschäftliche Ende des Genoms

Krebs wird oft als eine Erkrankung des Genoms beschrieben, was bedeutet, dass Krebs durch Veränderungen in der DNA verursacht wird. Das Genom liefert die Anweisungen zur Herstellung von Proteinen, und es sind Proteine, die das Zellwachstum steuern und typischerweise das Ziel von Präzisionsarzneimitteln sind.

"Proteine sind das geschäftliche Ende des Genoms und erfüllen nahezu alle Schlüsselfunktionen in Zellen, einschließlich Krebszellen", sagte einer der Forscher der Studie, Steven Carr, Ph.D., Senior Director für Proteomics-Forschung am Broad Institute . Es gab jedoch keine Möglichkeit, Proteine und die chemischen Veränderungen, die sich auf ihr Verhalten auswirken, global in einem Test zu messen, der in einer klinischen Umgebung angewendet werden könnte.

In der Klinik werden bereits viele Arten von Gentests eingesetzt. Beispielsweise verfügen viele gezielte Therapien über sogenannte Begleitdiagnostika, die zur Identifizierung der spezifischen genetischen Veränderungen bei Tumoren zugelassen sind, auf die diese Medikamente einwirken. Und die Food and Drug Administration hat umfassendere genomische Tests genehmigt, die laut Dr. Sledge zunehmend zur Analyse von metastasiertem Krebs eingesetzt werden.

„Die überwiegende Mehrheit der Medikamente strebt nach Proteinen. Eine direkte Analyse des Moleküls, auf das Sie abzielen, ist der effektivste Weg, um festzustellen, ob ein Medikament wirksam ist “, sagte Henry Rodriguez, Ph.D., Direktor des NCI Office of Cancer Clinical Proteomics Research (OCCPR). Das OCCPR beaufsichtigt das Clinical Proteomic Tumor Analysis Consortium , dem die Teams Baylor und Broad angehören.

Entwicklung einer „Microscaled Proteogenomics Pipeline“

Bisher erforderte die gemeinsame Analyse von Proteinen und genetischen Veränderungen, die als Proteogenomik bekannt ist , „ kleine Tumorstücke “, die während der Operation entfernt wurden, erklärte Dr. Matthew Ellis, Direktor des Lester and Sue Smith Breast Center in Baylor.

Im Gegensatz dazu werden Kernnadelbiopsien ambulant vor der Operation eines Patienten entnommen, um eine Diagnose zu stellen und den anfänglichen Therapieverlauf zu steuern. Kernnadelbiopsien enthalten viel weniger Gewebe als während der Operation entfernt wird. Daher entwickelten Forscher von Broad und Baylor Techniken, um ähnliche Informationen aus diesen viel kleineren Proben zu erhalten.

Bei der proteogenomischen Analyse von chirurgischen Proben wird das Gewebe typischerweise eingefroren und dann zu Pulver pulverisiert, so dass einheitliches Material für die DNA-, RNA- und Proteinanalyse verwendet werden kann, erklärte Shankha Satpathy, Ph.D., vom Broad Institute und Mitglied von das Studienteam. Es gibt jedoch nicht genug Gewebe in Kernbiopsien, um diesen Ansatz zu verfolgen. Stattdessen wurde zur Analyse gleichmäßiger Proben das Nadelbiopsiegewebe in dünne Scheiben geschnitten, die dann gemischt wurden, um die Scheiben gleichmäßig zu mischen.

Um so viel Information wie möglich aus so wenig Material extrahieren zu können, extrahierten die Forscher gleichzeitig sowohl DNA als auch Protein und markierten Proteine auf eine Weise, die es einfacher machte, sie in einem als Massenspektrometer bekannten Gerät zu erkennen und zu klassifizieren. Sie kombinierten auch Proteinproben auf eine Weise, die einen genauen Vergleich zwischen Proben ermöglichte, berichteten die Forscher.

Um in der klinischen Praxis nützlich zu sein, muss die proteogenomische Analyse sowohl Zeit als auch Gewebe effizient nutzen. Derzeit dauert die Genomanalyse 2 bis 3 Wochen, sagt Dr. Sledge. Das Warten kann für die Patienten sehr schwierig sein, aber „die Verzögerung lohnt sich, wenn sie genauere Informationen und einen differenzierteren Blick auf die Behandlungsoptionen bietet“, sagte er.

Dr. Carr sagte, er sei zuversichtlich, dass diese proteogenomischen Techniken mit der weiteren Entwicklung genomische und proteomische Ergebnisse in einem ähnlichen Zeitrahmen wie die Genomik allein liefern werden.

Proof of Concept: HER2-positiver Brustkrebs

Um herauszufinden, wie ihr überarbeiteter Ansatz für die proteogenomische Analyse in einer realen Situation funktionieren könnte, testeten die Forscher ihn an Tumorproben von Frauen, bei denen HER2-positiver Brustkrebs diagnostiziert wurde und die mit Trastuzumab (Herceptin) behandelt wurden , einem Antikörper, der durch Bindung wirkt zu HER2-Proteinen und blockieren deren Funktion.

Mindestens ein Fünftel der mit HER2-positivem Brustkrebs diagnostizierten Patienten spricht nicht angemessen auf Trastuzumab an, erklärte Dr. Ellis. Es wäre von großem Wert, herauszufinden, wer diese Patienten sind. Trastuzumab ist teuer und kann schwerwiegende Nebenwirkungen haben. Wenn Patienten Medikamente erhalten, auf die sie nicht reagieren, verzögert sich die Verwendung von Behandlungen, die möglicherweise hilfreicher sind, fügte er hinzu.

Die Forscher analysierten Kernnadelbiopsien, die einer kleinen Anzahl von Frauen mit HER2-positivem Brustkrebs sowohl vor der Behandlung als auch erneut 48 bis 72 Stunden nach Beginn der Trastuzumab-Behandlung entnommen wurden. Die Forscher fanden heraus, dass sie mit einer proteogenomischen Analyse erklären konnten, warum einige Patienten auf das Medikament ansprachen und andere nicht.

Bei allen neun Patienten, die auf die Behandlung ansprachen, stellten die Forscher fest, dass die HER2-Proteinaktivität nach Beginn der Behandlung niedriger war als vor der Behandlung. Unter den fünf Patienten, die nicht ansprachen, lieferte die Proteogenomik wichtige Hinweise darauf, warum. "Zum Beispiel hatten die Tumorzellen in zwei Fällen, obwohl sie eine HER2-Amplifikation aufwiesen, eine geringe HER2- Proteinexpression , was auf einen falsch positiven klinischen Test hindeutet", erklärte Dr. Satpathy.

Der Tumor eines anderen Patienten wies zwar eine hohe HER2-Expression auf, überexprimierte jedoch auch Mucin, ein Protein, das die Zelloberflächen bedeckt und möglicherweise die Bindung von Trastuzumab an HER2 auf Krebszellen blockiert.

Eine weitere Analyse des Tumors dieses Patienten zeigte eine erhöhte Aktivität eines Proteins namens mTOR . In Labortests von Brustkrebszellen, die Mucin und HER2-Proteine überexprimieren , tötete die Kombination von Trastuzumab mit Everolimus (Afinitor) , einem Medikament gegen mTOR, die Zellen erfolgreich.

"Im Zeitalter der gezielten Therapie ist es wichtig zu wissen, dass eine Therapie die richtige Wahl ist und effektiv sein wird", sagte Dr. Ellis.

"Diese Daten befinden sich in der HER2-positiven Population, aber es gibt keinen Grund, warum dieser proteogenomische Analyseansatz nicht auf andere angewendet werden kann", sagte Dr. Sledge, beispielsweise Frauen mit dreifach negativem Brustkrebs und möglicherweise anderen Krebsarten.

Quelle: National Cancer Institute

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