Fortschritte in der Krebsforschung durch Whole Exome Sequencing

Während Exons nur etwa 1-2 % des menschlichen Genoms ausmachen, beherbergen sie erstaunliche 85 % der bekannten krankheitsverursachenden Mutationen, während weiterhin nach unentdeckten krankheitsbezogenen Mutationen geforscht wird. Als ein mächtiges Werkzeug auftauchend, Whole Exome Sequencing (WES) konzentriert sich auf diese exonen Regionen und benachbarte genetische Segmente. Es verwendet die Sequenzierung der zweiten Generation, um genetische Sequenzen zu entschlüsseln, und verbindet die Ergebnisse mit Exon-Datenbanken und Biobanking-Techniken, um Zusammenhänge zwischen Mutationen und Krankheiten zu beleuchten. Bemerkenswerterweise erreicht WES Sequenzierungstiefen von über 100X, was es zu einem äußerst effizienten Weg macht, um Einblicke in menschliche Krankheiten zu gewinnen.

Derzeit hat die WES-Technologie Bereiche durchdrungen, die von Einzelgenstörungen über komplexe Krankheiten bis hin zur Krebsforschung reichen – einem Bereich von höchster Komplexität und Bedeutung. Unter diesen Bestrebungen sticht die Krebsforschung als leidenschaftliches Unterfangen hervor, das mit unvergleichlicher Komplexität und universeller Dringlichkeit kämpft. CD Genomics fungiert als Wegbereiter und bietet bahnbrechende Sequenzierungs- und Biosignaturanalyse-Dienste an, die auf die Untersuchung von Tumorexonen zugeschnitten sind. WES und Biosignatur-Methoden. Dies gewährleistet einen effizienteren, umfassenderen und tiefgreifenderen Ansatz für tumororientierte Untersuchungen.

Erhellende Mutationsmerkmale

Die evolutionäre Reise des Krebses lässt sich in drei entscheidende Phasen unterteilen: präkanzeröse Entwicklung, Krebsentstehung und Tumordifferenzierung. In diesen Phasen sammeln sich Mutationen in unterschiedlichen Mustern, was zu charakteristischen mutationalen Frequenzen an einzelnen Basen führt. Dieses Phänomen erzeugt einzigartige Mutationsprofile für jede Phase. Die Untersuchung dieser besonderen Merkmale verspricht Einblicke in die Entwicklungsmodi von Tumoren – linear oder verzweigt – und bietet wertvolle Hinweise für therapeutische Interventionen.

Die Landschaft der Mutationscharakterisierung umfasst vier Kategorien entsprechend den Mutationsarten: Einzelbasenaustausch (SBS), Doppelbasenaustausch (DBS), kleine Fragment-Insertions und -Deletionen (ID) sowie große Fragment-Insertions und -Deletionen (CN). SBS umfasst Mutationen in einer einzelnen Base und zählt insgesamt 96 Mutationsarten bei Permutations- und Kombinationsanalysen. Die COSMIC-Datenbank, ein Repository für Krebsmutationen, verfügt über 78 SBS-Tumorgenom-Mutationssignaturen, die das Ausmaß der genetischen Variation innerhalb von Krebszellen veranschaulichen.

Darüber hinaus erweist sich die Charakterisierung von Mutationen als entscheidend für die Untersuchung begrenzter Proben wie Organoide (PDOs). Forscher entwickeln ein Magenkrebsorganoid für Medikamententests. Vor solchen Tests ist es von größter Bedeutung, die Übereinstimmung des Organoids mit den Eigenschaften des Primärtumors zu bestätigen. WES Bewertet zwei Tumormuster, indem die Mutationsprofile des primären Tumors und der Organoide gegenübergestellt werden. Bemerkenswerterweise stimmen die allgemeinen Trends der SBS-Mutationstypen überein, jedoch erfordert die endgültige Übereinstimmung zusätzliche Analysen, die die akribischen Schritte unterstreichen, die unternommen wurden, um die Konsistenz zwischen PDO und primärem Tumor zu überprüfen.

Tumor Mutationslastanalyse (TMB)

Der Tumor Mutational Burden (TMB), ein Maß für die Anzahl somatischer Mutationen pro Megabase (MB) der längsten Transkriptsequenz, unterliegt Schwankungen zwischen verschiedenen Tumoren. Diese analytische Dimension birgt das Potenzial, die prädiktive Präzision bei den Ergebnissen der Immuntherapie zu revolutionieren und fungiert als ein starker Katalysator zur Erweiterung des Spektrums der für Immun-Checkpoint-Inhibitoren (ICI) geeigneten Patienten. Studien heben insbesondere seine entscheidende Rolle bei der Vorhersage der Wirksamkeit von Immuntherapien bei Lungen-, Leber-, Kolorektal-, Blasen- und Melanomkrebs hervor. Ein erhöhter TMB könnte die Bildung einer Vielzahl von Neoantigenen anregen, was die Wahrscheinlichkeit der T-Zellerkennung erhöht – ein entscheidender Faktor, um Tumoren für die Immuntherapie empfänglich zu machen. Dies unterstreicht seine zentrale klinische Bedeutung im Zusammenhang mit Immun-Checkpoint-Inhibitoren (ICIs).

Dennoch zeigt das aktuelle wissenschaftliche Panorama, dass obwohl TMB als vielversprechender Biomarker für Immuntherapien bei soliden Tumoren gilt, ein einheitlicher Konsens über den optimalen TMB-Schwellenwert für verschiedene solide Malignome nach wie vor schwer fassbar ist. Dieses komplexe Rätsel gewinnt zusätzlich an Nuance mit der Erkenntnis, dass eine präzise Abgrenzung der idealen TMB-Schwellenwerte das Potenzial hat, eine dramatische Metamorphose in der Wirksamkeit von Immun-Checkpoint-Inhibitoren (ICI) zu orchestrieren, insbesondere für Patienten mit nicht-kleinzelligem Lungenkrebs (NSCLC).

Nehmen wir zum Beispiel die Arbeit von Biagio Ricciuti et al., die die komplexe Korrelation zwischen erhöhten TMB-Werten und der Wirksamkeit von Immuntherapien im Bereich der klinisch programmierten Zellsterblichkeit (PD-1/PD-L1) bei NSCLC-Patienten untersuchten. Ihre Untersuchung zeigte, dass die TMB-hohe Gruppe unter der PD-1/PD-L1-exprimierenden Teilgruppe, die mit PD-1/PD-L1-Inhibition behandelt wurde, im Gegensatz zur TMB-niedrigen Kohorte einen bemerkenswerten Anstieg sowohl der Wirksamkeitsraten als auch der Überlebensausgänge erlebte. Das Kennzeichen dieser Steigerung war begleitet von einer erhöhten Infiltration von CD8+ T-Zellen, zusammen mit einem charakteristischen Genexpressionsprofil, das auf eine aktive Immunantwort hinweist.

Die Daten stammen von Patienten aus der Kohorte des Dana-Farber-Krebsinstituts, einschließlich 384 Patienten mit geringer Tumormutationslast.
(TMB) und 44 Patienten mit hohem TMB. (Ricciuti et al., 2022)

Verlust der Heterozygotie (LOH) durch WES-Analyse

Der Verlust der Heterozygotie (LOH) umfasst ein tiefgreifendes Phänomen, bei dem genomische Loci, die normalerweise in normalen Geweben Heterozygotie aufweisen, in Tumorgeweben eine Transformation durchlaufen. Diese Transformation beinhaltet die Umwandlung einiger heterozygotischer Loci in einen Zustand der Homogenität. Mechanismen, die diesen Wandel untermauern, umfassen Veränderungen in der Chromosomenanzahl, Genersatz, somatische Zellrekombination und mitotische Nondisjunction. Das Ergebnis dieses transformierenden Prozesses wird als heterozygote Deletion bezeichnet – ein entscheidendes Ereignis mit einer starken Verbindung zu Tumorsuppressorgenen (z. B. TP53). Diese Deletion schränkt das Potenzial für die Entwicklung maligner Tumoren ein, wenn beide Allele intakt sind. Wenn jedoch ein Allel erhebliche Abweichungen erleidet, gerät das andere Allel aufgrund der Deletion in einen inaktiven Zustand, wodurch seine hemmende Rolle ausgelöscht wird. In der Folge erfolgt die zelluläre Transformation in einen krebserregenden Zustand.

Das immense Potenzial von Whole Exome Sequencing (WES) leuchtet brillant im Kontext der LOH-Analyse. Durch die Nutzung von WES-Daten kann man Regionen innerhalb des Tumors erkennen, die LOH aufweisen. Gleichzeitig deckt der Ansatz Einzelne Nukleotidvariationen (SNV) Mutationsstellen innerhalb dieser LOH-Regionen auf und liefert wesentliche Anmerkungen zu onkogenen Eigenschaften. Eine umfassende Untersuchung von LOH entdeckt nicht nur neuartige LOH-gesteuerte Onkogene, sondern wirft auch ein strahlendes Licht auf die komplexe Landschaft der Tumorentstehung.

Über seine Wirkung als umfassender Marker hinaus fungiert LOH als ein komplexer Übersetzer, der LOH-Ereignisse in Krebszellen in starke Aktivierungssignale für Immunzellen umwandelt. Diese Eigenschaft eröffnet neue Wege in der Immuntherapie. Die Hinweise, die aus LOH abgeleitet werden, könnten potenziell immuntherapeutische Strategien leiten, indem sie den Fokus auf diese entscheidenden Ereignisse lenken und sie anfällig für gezielte immunologische Interventionen machen.

Verteilung von gLOH in LMS. (Seligson et al., 2022)

Referenzen:

1. Ricciuti, Biagio, u. a."Vereinigung einer hohen Tumormutationslast bei nicht-kleinzelligem Lungenkrebs mit erhöhter Immuninfiltration und verbesserten klinischen Ergebnissen der PD-L1-Blockade über verschiedene PD-L1-Expressionsniveaus hinweg." JAMA Onkologie 8.8 (2022): 1160-1168.
2. Seligson, Nathan D., u. a."Treiber des genomischen Verlusts der Heterozygosität bei Leiomyosarkomen unterscheiden sich von Karzinomen." NPJ Präzisionsonkologie 6.1 (2022): 29.