Klonale Evolution und molekulare Stratifizierung des urothelialen Carcinoma in situ der Harnblase
Reproduktionsmedizin, Urologie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen des Projekts wurde die Tumorevolution von 12 Harnblasenkarzinompatienten mit ausgedehntem Carcinoma in situ (CIS) anhand von vollständig eingebetteten und histologisch gesicherten Zystektomieproben, Exom-Sequenzierung von multiregionalen CIS, korrespondierenden invasiven Tumorund normalen Urothelproben (insgesamt n=84) rekonstruiert. Die Mutationslandschaft erwies sich als heterogen – allerdings mit dem Auftreten klassischer Treibermutation wie z.B. TP53 und ARID1A, welche sich bereits im CIS wiederfanden. Einige dieser oftmals in der Tumorentwicklung früh entstandenen Alterationen könnten zukünftig als Ziel für neue Therapieansätze dienen. Die Genome waren bereits im CIS von einer deutlichen Instabilität charakterisiert, was sich in einer hohen Zahl von Kopienzahl-Veränderungen chromosomaler Abschnitte zeigte. Die phylogenetische Rekonstruktion wies bei 10 Patienten einen monoklonalen Ursprung nach, während zwei Karzinome aus mindestens zwei unabhängigen Klonen entstanden sind. Parallel zeigte eine Gruppe invasiver Tumoren keine phylogenetisch früheren CIS-Vorläuferläsionen, die im Weiteren als „early invasive“ benannt wurden, während eine zweite („late invasive“) über diese im phylogenetischen Baum verfügte. Die Identifizierung genetischer Alterationen, die mit invasiven Ästen der Tumorentwicklung assoziiert sind, war limitiert – u.a. aufgrund der Probenanzahl pro Gruppe. Allerdings ist die genetische Dimension nicht zwingend die Einzige, die ein ganzes Expressionsnetzwerk orchestrieren kann, so dass es wahrscheinlich ist, dass andere regulative Mechanismen wie z.B. die Epigenetik eine Rolle spielen könnten. Aus diesem Grund wurde sich im weiteren Verlauf auf mutierte Gene fokussiert, die für epigenetische Regulatoren kodieren und eine Änderung der epigenetischen Konfiguration bedingen könnten. Diese Mutationen zeigten sich in einer TCGA-Pan-Cancer Analyse in Harnblasenkarzinomen angereichert und lagen wie z.B. KMT2A und KMT2D oftmals klonal vor. Um den Einfluss von KMTs, insbesondere KMT2A, auf die Tumorentwicklung besser zu verstehen, wurden abschließend zwei KMT2A Knockout (KO) Modelle mittels CrispR/Cas9 generiert - basierend auf einem Modell (UROtsa), das frühe Tumorentwicklungen nachstellt, sowie einem Modell (J82), das spätere Stufen reflektiert. UROtsa KMT2A KO Klone zeigten ein verringertes Klonogenitäts-Potential gegenüber korrespondierenden Kontrollen, während in J82 KO Zellen keine signifikanten Effekte zu beobachtet waren. Analog dazu führte der KMT2A KO in UROtsa zu einer massiven Veränderung des Transkriptoms und DNA Methyloms. RNA-seq Analysen lassen auf eine KMT2A Beteiligung z.B. am Zellzyklus und an zentralen Signalwegen, die die Immun- und Entzündungsreaktion regulieren, schließen. Somit könnte eine frühe Dysregulation von KMT2A, wie unsere Phylogenien nahelegen, in der Adaption der Immunantwort begründet sein, auch wenn dieser Mechanismus der Tumorzelle selbst keinen direkten Wachstumsvorteil verschafft.
