Zellbasierte microRNA-Expression als Marker für den Therapieerfolg von Behandlungen mit Bevacizumab (Avastin) in Patienten mit kolorektalem Karzinom
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Tumorerkrankungen stellen nach Herzkreislauferkrankungen die zweithäufigste Todesursache in Deutschland dar. Durch intensive Forschungsarbeiten konnten bereits Fortschritte im Bereich der Früherkennung, Lebenserwartung und Behandlung verschiedener Krebsarten erzielt werden. Dennoch bleibt, vor allem bei bereits fortgeschrittenen Erkrankungen, die dauerhafte Eingrenzung des Tumorwachstums und der Metastasenbildung schwierig. Zur Gewährleistung einer ausreichenden Nährstoffzufuhr geben wachsende Tumore sogenannte Angiogenesefaktoren ab, welche zur Neubildung von Blutgefäßen (Angiogenese) im Tumorgewebe führen. Zielgerichtete Antiangiogenese-Therapien, wie der anti-VEGFR-Antikörper Bevacizumab, wirken durch die Unterbindung dieser Signalwege einer Neubildung von Blutgefäßen im Tumorgewebe entgegen und hemmen somit dessen Wachstum. Trotz dieser neuartigen Therapieansätze entwickeln viele Krebspatienten Resistenzen und es kommt zu einem Wiederauftreten und Fortschreiten der Erkrankung. Für die Tumorangiogenese konnte gezeigt werden, dass sogenannte endotheliale Vorläuferzellen (EPCs; endothelial progenitor cells) aus dem Knochenmark mobilisiert werden und diese eine wichtige Rolle bei der Bildung von Blutgefäßen und folglich beim Wachstum des Tumors spielen. Der Anteil von im Blut zirkulierenden EPCs (CEP; circulating EPCs) kann zudem Informationen über das Fortschreiten des Tumorwachstums liefern. Weitere klinisch relevante Zellen, welche mit Hilfe von speziellen Aufarbeitungstechniken im Blut von Krebspatienten gefunden werden können, sind zirkulierende Tumorzellen (CTCs; circulating tumour cells). CTCs lösen sich vom primären Tumor, gelangen in die Blutzirkulation und sind in entfernten Organen für die Ausbildung von Metastasen verantwortlich. Für CTCs konnte in zahlreichen Studien bereits gezeigt werden, dass sie als Marker zur Vorhersage des klinischen Verlaufs der Krebserkrankung verwendet werden können. CEPs und CTCs stellen heterogene Zellpopulationen mit zahlreichen phänotypischen und biologischen Unterschieden dar. Bisher ist noch unbekannt welche dieser Zelleigenschaften für eine Resistenz gegenüber Therapiemaßnahmen und einem aggressiveren Krankheitsverlauf verantwortlich sind. Das durchgeführte DFG-Projekt beschäftige sich vordergründig mit der Expression von microRNAs in CEPs und CTCs. Bei microRNAs handelt es sich um kleine, nicht-kodierende RNA-Moleküle welche an der Regulation der Genexpression der Zelle beteiligt sind. Das Ziel des Projektes war hierbei die Identifizierung von in CTCs/CEPs exprimierten miRNAs, welche eine Rolle bei der Entwicklung von Resistenzen gegenüber einer Therapie mit Bevacizumab und somit bei der Progression der Erkrankung in Patienten mit Darmkrebs spielen. Im Rahmen des Projektes konnten zunächst verschiedene, innovative Methoden etabliert werden um die sehr seltenen vorkommenden CEPs und CTCs aus dem Blut von Patienten anzureichern und anschließend die Analyse der miRNA-Expression von Einzelzellen zu ermöglichen. Mit Hilfe dieser Techniken konnte eine deutliche Heterogenität von CTCs aus Brust-, Darm- und Prostatakrebspatienten bezüglich der Expression der microRNA miR-10b gezeigt werden. Auf die weitere Analyse von CEPs musste aufgrund verschiedener Rahmenbedingungen verzichtet werden. Aufgrund einer begrenzten Zugänglichkeit von Probenmaterial aus Darmkrebspatienten unter Bevacizumab-Therapie, wurde auf die Aufarbeitung von Blutproben aus Prostatakrebspatienten unter Androgenentzugstherapie (ADT; androgen deprivation therapy) zurückgegriffen. Hierbei konnte gezeigt werden, dass CTCs aus metastasierten Prostatakrebspatienten eine heterogene Expression der microRNAs miR-10b, miR-200b und miR-181a aufweisen. Im Verlauf der ADT kommt es in der Regel zur Entwicklung einer Therapieresistenz und zum Fortschreiten der Erkrankung. Die Untersuchung von einzelnen CTCs aus Patienten vor und während der ADT konnte eine deutliche Zunahme des Anteils von CTCs mit einer Expression von miR-181a während der ADT demonstrieren. Diese Beobachtung führt zu der Annahme, dass die Expression von miR-181a in CTCs mit einer Resistenz gegenüber ADT und folglich einer Progression der Erkrankung assoziiert ist. Weiterführende Analysen der Rolle von miR-181a bei der Therapieresistenz und dem Metastasierungsprozess sind nötig um die potentielle Verwendbarkeit dieser microRNA als prognostischer Marker oder Zielmolekül neuer Therapieansätze näher zu untersuchen. Des Weiteren bilden die entwickelten Techniken eine vielversprechende Grundlage, um in zukünftigen Analysen das Zusammenspiel von CEPs und CTCs bei der Metastasierung und Tumorprogression weiter aufklären und folglich neue Therapiemöglichkeiten entwickeln zu können.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- C-C chemokine receptor 5 (CCR5) is required for tumour angiogenesis. 29th International Association for Breast Cancer Research 2014, Manly (Australia)
Plummer PN, Sax MJ, Gasch C, Swarbrick A, Mittal V, Mellick AS
- Molecular Analysis of Circulating Tumour Cells (CTCs) from the Blood of Patients with Colorectal Cancer (CRC) detected with the CellSearch System. 26th Lorne Cancer Conference 2014, Lorne (Australia)
Gasch C, Bauernhofer T, Heitzer E, Auer M, Plummer PN, Jovanovic L, Mauermann O, Geigl J, Speicher M, Nelson C, Pantel K, Riethdorf S, Mellick AS
- Molecular analysis of circulating tumour cells (CTCs) from the blood of patients with solid cancers. 29th International Association for Breast Cancer Research 2014, Manly (Australia)
Gasch C, Plummer PN, Jovanovic L, Nelson C, Pantel K, Riethdorf S, Mellick AS
- Heterogeneity of miR-10b expression in circulating tumor cells. Scientific Reports. (2015); Nov 2;5:15980
Gasch C, Plummer PN, Jovanovic L, McInnes L, Wescott D, Saunders C, Nelson C, Spring K, Riethdorf S, Thomson EW, Pantel K, Mellick AS
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/srep15980) - Heterogeneous subclones of circulating tumour cells (CTCs) in the blood of patients with solid tumours. 27th Lorne Cancer Conference 2015, Lorne (Australia)
Gasch C, Plummer P, Wescott D, Jovanovic L, Nelson C, Pantel K, Riethdorf S, Mellick AS
- Multivariate microRNA expression analysis in cancer by in situ hybridisation. 27th Lorne Cancer Conference 2015, Lorne (Australia)
Wescott D, Gasch C, Plummer PN, Mellick AS
- Cancer cell CCL5 mediates bone marrow independent angiogenesis in breast cancer. Oncotarget (2016); 7:85437-85449
Sax MJ, Gasch C, Athota VR, Freeman R, Rasighaemi P, Westcott DE, Day CJ, Nikolic I, Elsworth B, Wei M, Rogers K, Swarbrick A, Mittal V, Pouliot N, Mellick AS
(Siehe online unter https://doi.org/10.18632/oncotarget.13387)
