Wissenschaftliche Projekte

  • Arbeitsgruppe an der LMU
  • Liquid biopsy
  • European Mismatch Repair working group
  • Deutsches Konsortium für familiären Darmkrebs
  • Arbeitsgruppe für erbliche gastrointestinale Tumorerkrankungen am Klinikum der Universität München

    Nach derzeitigen Schätzungen sind etwa 3% aller Darmkrebserkrankungen erblich bedingt. Keimbahnmutationen in einem der DNA-Mismatch-Reparatur (MMR)-Gene MLH1, MSH2, MSH6, oder PMS2 verursachen das Lynch-Syndrom (LS), ein dominant erbliches Tumorsyndrom, das mit einer Risikoerhöhung für Darmkrebs (kolorektale Karzinome) und Tumore anderer Organe einhergeht. In vielen der Patienten mit klinischen Hinweisen auf ein LS (mikrosatelliten-instabile Tumoren und ein immunhistochemischer Ausfall eines MMR-Proteins) werden klar pathogene (krankheitsverursachende) Varianten in den MMR-Genen gefunden. In etwa 15-20% der Patienten werden jedoch unklare Varianten in den MMR-Genen gefunden, deren Pathogenität und funktionelle Relevanz noch nicht eingeschätzt werden kann, darunter vor allem Missense-Varianten, die einen Aminosäureaustausch im Protein verursachen, und stille Mutationen. Ein wesentliches Thema der Arbeitsgruppe ist die funktionelle Abklärung unklarer Sequenzvarianten in MMR-Genen aber auch anderen Genen die für eine erbliche Tumorprädisposition verantwortlich sein können sowie die Aufklärung neuer bislang nicht bekannter Mutationsmechanismen in diesen Genen.

    Lynch Syndrom

    Deep intronic sequencing der MMR-Genregionen in Patienten ohne Keimbahnmutationsnachweis aber immunhistochemischem Ausfall im Tumor

    Bei familiär gehäuft oder früh-auftretenden Darmkrebserkrankungen wird der Verdacht auf ein LS geäußert. In den Patienten ohne nachweisbare Mutation in einem der DNA-Mismatch-Reparatur (MMR)-Gene MLH1, MSH2, MSH6 oder PMS2 wird für diese Gene nochmals nach verborgenen Mutationen gesucht. Mithilfe des tief-intronischen Next-Generation Sequencing (NGS) wird der komplette Genbereich auf Promotorveränderungen, Deletionen, Insertionen, Inversionen oder intronische Mutationen untersucht und mit eigens hierfür entwickelten Auswerte-Pipelines bioinformatisch analysiert.

    Erbliche Polyposis-Erkrankungen und Darmkrebs

    Untersuchung neuer Gene für Polyposis-Erkrankungen oder erblichen Darmkrebs bei ungeklärten Patienten

    Neben dem häufigsten autosomal-dominant vererbten HNPCC/Lynch-Syndrom, das durch Keimbahndefekte in einem der DNA-Mismatch-Reparatur (MMR)-Gene verursacht wird, gibt es noch eine Vielzahl weiterer erblicher Tumorsyndrome (insbesondere verschiedene Formen der Polyposis-Erkrankungen), welche mit einem erhöhten Darmkrebsrisiko einhergehen. Diese sind klinisch häufig nicht sicher voneinander zu unterscheiden. Deshalb werden in der Diagnostik beim Hinweis auf ein erbliches gastrointestinales Tumorsyndrom viele Gene gleichzeitig über Panel-Analysen sequenziert. In der Literatur werden ständig neue Gene beschrieben, die möglicherweise ebenfalls eine Prädisposition darstellen. Im Rahmen von Dissertationen und Masterarbeiten werden molekulargenetisch ungeklärte Patienten mit Verdacht auf erblichen Darmkrebs oder eine Polyposis-Erkrankung auf Mutationen in neu beschriebenen Darmkrebsgenen untersucht. Hierdurch soll der ursächliche Zusammenhang weiter untersucht und den Patienten eine zielgerichtete klinische Versorgung ermöglicht werden.

    • Untersuchung der Rolle von Keimbahnmutationen in den neuen Genen POLD1 und POLE sowie NTHL1 in Patienten mit Verdacht auf erblichen Darmkrebs - Investigation of germline mutations in novel genes in unexplained patient cases with suspected hereditary colon cancer (Masterarbeit)

    • Mutationsscreening des MSH3-Gens bei Kolonkarzinom-Patienten zur Untersuchung seiner Beteiligung an der Prädisposition für das Lynch-Syndrom (medizinische Dissertation)

    • Entwicklung eines Systems zur klinischen Subklassifizierung von Patienten mit sessil serratierter oder hyperplastischer Polyposis (medizinische Dissertation)

    Erblicher Magenkrebs

    Wissenschaftliche Studie zur Identifikation neuer ursächlicher Gene beim familiären Magenkarzinom

    Etwa 1-3% aller Magenkarzinomerkrankungen sind genetische bedingt. Mutationen im CDH1-Gen verursachen das häufigste Tumorsyndrom, das hereditäre diffuse Magenkarzinom (hereditary diffuse gastric cancer, HDGC). Personen mit einer Keimbahnmutation im CDH1-Gen wird eine prophylaktische Gastrektomie (vorsorgliche Magenentfernung) empfohlen. Allerdings bleiben über 70% der Patienten mit Verdacht auf ein familiäres Magenkarzinom molekulargenetisch ungeklärt, und diesen Patienten wird eine intensivierte Vorsorge in Form von regelmäßigen Magenspiegelungen empfohlen.

    Bei diesen Patienten liegen entweder CDH1-Defekte vor, die in der Routinediagnostik nicht erkannt werden, oder Mutationen in weiteren, neuen Magenkarzinom-Genen sind die Ursache.

    In einem großen Kollektiv von Patienten mit Verdacht auf familiäres Magenkarzinom, aber ohne Nachweis einer CDH1-Mutation sollen durch molekulargenetische und bioinformatische Analysen weitere genetische Ursachen für die Tumorerkrankung untersucht werden. Dabei wird eine Analyse der gesamten CDH1-Genregion durchgeführt, um verborgene Defekte des Gens aufzuspüren. In einem zweiten Schritt sollen die weiterhin ungeklärten Patienten mittels NGS (Exom-Sequenzierung, Whole Exome Sequencing, Expressionsanalysen) auf Mutationen in neuen Genen untersucht werden.

     

    Partner

    Dr. rer. nat. Anna Benet-Pages und Anke Nissen, MGZ - Medizinisch Genetisches Zentrum, München

    Dr. Carla Oliveira, i3S, Universität von Porto, Portugal

    Prof. Dr. Klaus Hallfeldt, Chirurgische Kliniken des Klinikums Innenstadt München

    Prof. Stefan Aretz, Institut für Humangenetik, Universität Bonn

    Liquid Biopsy

    Krebserkrankungen entstehen aus gesunden Zellen durch eine Anhäufung von genetischen Veränderungen (Mutationen), welche u. a. die Teilungsfähigkeit der Zellen begünstigen und sie befähigen, körpereigenen Schutzmechanismen zu entgehen. Die Tumorzellen unterscheiden sich somit genetisch von den gesunden Körperzellen. Einige dieser Veränderungen kann man sich inzwischen in der Therapie zunutze machen, da sie einen Angriffspunkt für bestimmte Medikamente bieten. Andere geben Hinweise darauf, wie aggressiv sich der Tumor verhält und wie entsprechend die weitere Prognose einzuschätzen ist. Die Bestimmung der genetischen Veränderungen im Tumor liefert somit wertvolle Hinweise für die Behandlung des einzelnen Patienten.

    Untersuchungen am Tumorgewebe auf bestimmte genetische Veränderungen werden deshalb bereits routinemäßig durchgeführt. In der Regel erfolgen diese Untersuchungen am Operationspräparat um zu überprüfen, auf welche Chemo- oder Immuntherapie die ggf. verbliebenen Tumorzellen am besten ansprechen werden. Unter der Therapie ändert sich allerdings häufig die genetische Zusammensetzung der Tumorzellen, da neue Mutationen auftreten können, welche die Tumorzellen vor dem eingesetzten Medikament schützen (Resistenzentwicklung). Es wäre deshalb sehr nützlich, im Verlauf der Therapie überprüfen zu können, ob sich die Genetik der Tumorzellen geändert hat und entsprechend eine Umstellung der Therapie sinnvoll wäre. Da die ggf. verbliebenen Tumorzellen jedoch verstreut im Körper vorliegen, ist eine erneute Untersuchung durch eine operative Gewebeentnahme meist nicht möglich.

    Eine Alternative bietet die Untersuchung zellfreier Tumor-DNA im Blut der Patienten. Dieses Verfahren wird als „Liquid Biopsy“ bezeichnet. Es beruht darauf, dass die Bestandteile abgestorbener Körperzellen, so auch das Erbgut (die DNA) abgestorbener Tumorzellen, zunächst über das Blut abtransportiert werden, bevor sie abgebaut werden. Im Blut eines Patienten, bei dem noch Tumorzellen vorhanden sind, findet sich deshalb meist auch eine kleine Menge an Tumor-DNA. Technisch ist es bereits jetzt möglich, einzelne Mutationen des Tumors im Blut nachzuweisen. Allerdings sind die diagnostischen Möglichkeiten immer noch stark begrenzt. Dies liegt vor allem daran, dass die zellfreie Tumor-DNA stark fragmentiert ist und nur einen sehr kleinen Anteil der im Blut befindlichen zellfreien DNA ausmacht, während der überwiegende Anteil aus normalen Körperzellen stammt.

    Die größten Herausforderungen bei der Liquid Biopsy bestehen darin, auch bei sehr geringer Tumor-DNA-Menge einen sicheren Nachweis der Mutationen in der zellfreien Tumor-DNA zu gewährleisten. Das Ziel des aktuellen Projektes ist es deshalb, hierfür geeignete technische Verfahren zu etablieren und zu validieren, damit sie langfristig in der Routineversorgung der Patienten eingesetzt werden können. Außerdem soll ein neues Verfahren zur Identifizierung von größeren Bruchstückverlusten und –zugewinnen (sog. somatic copy number alterations, SCNAs) in der zellfreien Tumor-DNA für die Routine-Anwendung etabliert werden, um so das Spektrum möglicher klinischer Anwendungen für die Liquid Biopsy zu erweitern.

    Für die Durchführung des Projektes besteht eine enge Zusammenarbeit zwischen dem Medizinisch Genetischen Zentrum in München und der Arbeitsgruppe von Frau Prof. Heitzer am Institut für Humangenetik der Medizinischen Universität Graz in Österreich.

    European Mismatch Repair working group

    Die Europäische Arbeitsgruppe der Mismatch-Reparatur-Gene ist ein Verbund von Wissenschaftlern verschiedener Länder zur Sammlung von klinischen Daten, die eine Klassifikation von Varianten in den DNA-Mismatch-Reparatur (MMR)-Genen mit bislang unklarer Pathogenität zum Ziel hat. Ein besonderer Focus liegt hierbei die Durchführung von funktionellen Analysen in cDNA zur Abklärung von Spleißveränderungen durch diese unklaren Sequenzvarianten. Ein Teil der Arbeitsgruppe (vor allem an den Standorten München, Barcelona, und Rouen) arbeitet an einem Vergleich verschiedener Strategien der RNA-Spleißanalysen, um daraus Empfehlungen für ein optimiertes cDNA-Analyse-Protokoll für die MMR-Transkripte (SOPs) zu erstellen. Diese SOPs sind die Grundlage für eine europaweite Kooperation in der Abklärung unklarer Sequenzvarianten mit funktionellen Analysen.

    Kooperationsprojekt zwischen München, Barcelona (Spanien), und Rouen (Frankreich) sowie weiteren nationalen und internationalen Zentren.

    Partner

    Prof. Dr. Gabriel Capella und Dr. Marta Pineda, Hereditary Cancer Program, Catalan Institute of Oncology-IDIBELL, L’Hospitalet, Barcelona, Spanien

    Dr. Alexandra Martins, Inserm-U1245, UNIROUEN, Normandie Univ, Normandy Centre for Genomic and Personalized Medicine, Rouen, Frankreich

    Verbundprojekt „Deutsches Konsortium Familiärer Darmkrebs“ (Deutsches HNPCC-Konsortium)

    Das interdisziplinäre Verbundprojekt „Deutsches Konsortium Familiärer Darmkrebs“ des Deutschen HNPCC-Konsortiums (www.hnpcc.de) besteht derzeit aus klinischen Zentren (Berlin, Bonn, Bochum, Dresden, Düsseldorf, Halle, Hannover, Heidelberg, Lübeck, München/Regensburg, Münster, Tübingen, Ulm, Witten-Herdecke), einer Referenzpathologie (Köln) und einer Dokumentationszentrale (Leipzig). Der Verbund existiert sein 1999 und wurde über viele Jahre von der Deutschen Krebshilfe gefördert. Neben vielen Wissenschaftlichen Projekten und den daraus hervor gegangenen Publikationen verfügt der Verbund über eine der weltweit größten und sehr gut dokumentierten Patientenkohorten mit erblichen kolorektalen Karzinom. Aktuell sind ca. 8800 Studienpatienten aus ca. 5700 Familien eingeschlossen, von diesen befinden sich knapp 3000 Patienten in einer prospektiven koloskopischen Früherkennung. Die Verbesserung der Erfassung und die klinische Versorgung der Patienten mit HNPCC (Hereditary Non-Polyposis Colorectal Cancer) oder Lynch-Syndrom in Deutschland sowie die wissenschaftliche Erforschung dieses Krankheitsbildes sind die Hauptziele des Verbundes. Aktuell hat sich der Verbund, der zunächst auf HNPCC beschränkt war, auf alle gastrointestinalen Tumorprädispositionserkrankungen erweitert. Das Konsortium ist aktiv an der Erstellung nationaler Leitlinien beteiligt, im Rahmen zahlreicher Forschungsprojekte wurde unter anderem das Früherkennungsprogramm für das Lynch-Syndrom den neuen Erkenntnissen angepasst.

    Es wurden SOPs für die Durchführung der molekulargenetischen Diagnostik und die klinische Versorgung der Patienten erarbeitet. Darüber hinaus laufen mehrere Forschungsprojekte mit nationalen und internationalen Kooperationspartnern.

    Standortsprecher (Mitglied des Steering Komitees) München/Regensburg: Prof. E. Holinski-Feder

     

    250 Publikationen, davon ca. 80 konsortial

    Auswahl konsortialer Publikationen, inklusive Kooperationen

    • CRC-Risiko bei MSH6-Anlageträgern Plaschke et al, J Clin Oncol 2004
    • Modifier-Effekt von p53-missense Varianten auf age of onset bei LS Krüger et al, J Med Genet 2005
    • Modifier-Effekt von RNASEL Varianten auf age of onset bei LS Krüger et al, Lancet Oncol 2005
    • Modifier-Effekt von CCND1 Varianten auf age of onset bei LS Krüger et al, Cancer Lett 2006
    • Optimale diagnostische Strategien bei HNPCC Engel et al, Int J Cancer 2006
    • Genotyp-Phänotyp-Beziehung bei HNPCC Goecke et al, J Clin Oncol 2006
    • Additiver Modifier-Effekt von RNASEL & p53 Varianten auf age of onset bei LS Krüger et al, Cancer Lett 2007
    • Leitlinien für die klinische Betreuung bei Lynch-Syndrom Vasen et al, J Med Genet 2007
    • Dünndarm- und Magenkarzinomrisiko bei Anlageträgern Schulmann et al, Gut 2008
    • Chromoendoskopie vs konventionelle Koloskopie Hüneburg et al, Endoscopy 2009
    • Effektivität der CRC-Früherkennung bei HNPCC Engel et al, Clin Gastroenterol Hepatol 2010
    • GWA Studie und MAPK Signalling-Pathway Lascorz et al, Carcinogenesis 2010
    • Polymorphismen im Ghreling-Gen und -Rezeptor und CRC Campa et al, BMC Gastroenterol, 2010
    • Neue diagnostische Verfahren zur Detektion von EPCAM-Deletionsträgern Kloor et al, J Clin Oncol 2011
    • Charakterisierung von EPCAM-Deletionen und Tumorrisiko Kempers et al, Lancet Oncol 2011)
    • TAS2R38 Varianten und CRC-Risiko Carrai et al, PLOS One 2011
    • EPCAM Deletionen in LS Kuiper et al, Hum Mutat 2011
    • Funktionelle Analyse von Missense-Varianten Hardt et al, Familial Cancer 2011
    • Erkrankungsrisiken seltener HNPCC-assoziierter Karzinome Engel et al, J Clin Oncol 2012
    • Erste Beschreibung neuer Tumor-Vorstufen beim Lynch-Syndrom Kloor et al, Lancet Oncol 2012
    • Revidierte Leitlinien für die klinische Betreuung bei Lynch-Syndrom Vasen et al, Gut 2013
    • S3-Leitlinie Kolorektales Karzinom Pox et al, Z Gastroenterol 2013
    • Übersichtsartikel Deutsches Ärzteblatt Rahner und Steinke, 2008; und Steinke et al 2013
    • Prädiktive Performance der klinischen HNPCC-Einschlusskriterien Steinke et al, Int J Cancer 2014
    • Genomweite Assoziation famil. CRC mit CNV und strukturellen Varianten in 12p12.3 Yang et al, Carcinogenesis 2014
    • ERBB2/HER2-Mutationen und pan-HER-Inhibitorsuszeptibilität in LS Kloth et al, Gut 2015
    • Genomische und transkriptomische Heterogenität von CRC bei LS Binder et al, J Pathol 2017, in press