Entdeckung und Validierung von Plasma-DNA-Methylierungs-Biomarkern zur Erkennung von Magenkrebs

Obwohl die Inzidenz in den letzten Jahrzehnten deutlich zurückgegangen ist, kam es im Jahr 2012 schätzungsweise zu fast einer Million neuen Fällen von Magenkrebs. Damit ist Magenkrebs nach Lungen-, Brust-, Darm- und Prostatakrebs die fünfthäufigste bösartige Erkrankung weltweit. Mehr als 70 % der Fälle (677.000 Fälle) treten in Entwicklungsländern auf, die Hälfte in Ostasien (hauptsächlich in China). Obwohl Nordamerika als Region mit geringem Risiko gilt, werden in den USA jedes Jahr 22.000 Fälle diagnostiziert. Die Fünf-Jahres-Überlebensrate lag zwischen 2005 und 2011 in den USA bei weniger als 30 %, da Magenkrebs im Frühstadium im Allgemeinen asymptomatisch verläuft und zum Zeitpunkt der Diagnose häufig bereits Metastasen gebildet hat. Im Gegensatz dazu liegen die 5-Jahres-Überlebensraten in Südkorea und Japan bei fast 70 %, wo Massen-Screening-Programme eingeführt wurden und ein großer Teil von Magenkrebs in frühen Stadien erkannt wird. Die UGI-Endoskopie gilt als Goldstandard für die Diagnose von Magenkrebs, ein endoskopiebasiertes Massenscreening ist jedoch in Regionen mit relativ geringem Risiko oder weniger entwickelten Regionen möglicherweise nicht durchführbar. Daher ist die Identifizierung von Biomarkern für Erkrankungen im Frühstadium von entscheidender Bedeutung für die Entwicklung wirksamer Screening-Strategien. Angesichts der jüngsten Fortschritte in der Krebsgenetik und den Testtechnologien ist dies ein günstiger Zeitpunkt, minimalinvasive, spezifische und kostengünstige Biomarker zu entdecken.

Eine überraschende Entdeckung bei groß angelegten Krebsgenomprojekten wie TCGA war die enorme Variation der Mutationsmuster sowohl zwischen einzelnen Tumortypen als auch innerhalb derselben. Selbst die am häufigsten mutierten Gene waren typischerweise in weniger als der Hälfte der Fälle einer bestimmten Krebserkrankung verändert. Die beiden am häufigsten mutierten Treibergene bei Magenkrebs, TP53 (Tumorprotein p53) und ARID1A (AT-reiche interaktive Domäne 1A), waren nur in 44 % bzw. 17 % der Fälle mutiert. Die Mutationsraten für die verbleibenden Magenkrebs-Treibergene waren sogar noch niedriger. Wichtig ist, dass Mutationen dieser Gene häufig über mehrere Exons verteilt sind, was den Nachweis DNA-basierter Sequenzvariationen erschwert, da eine große Anzahl von Proben und eine umfangreiche Genotypisierung erforderlich sind, um eine angemessene Empfindlichkeit und Aussagekraft zu erreichen. Im Gegensatz dazu erzeugt die DNA-Methylierung, eine chemische Modifikation von CpG-Dinukleotiden, die die Basenpaarsequenz nicht verändert, im Vergleich zu genetischen Veränderungen ein robusteres Signal. Beispielsweise wurde eine Methylierung im Stratifin-Promotor bei 96 % (24/25) der Brustkarzinome, 83 % (15/18) der duktalen Karzinome in situ und 38 % (3/8) der gutartigen atypischen Hyperplasien gefunden, war jedoch der Fall fehlt im Brustgewebe gesunder Personen, was darauf hindeutet, dass der Methylierungsstatus dieses Locus ein frühes Ereignis von Brustkrebs ist, das als Brustkrebs-Biomarker dienen könnte. Eine fehlerhafte DNA-Methylierung tritt in einer frühen Phase der Karzinogenese auf und trägt zur Entwicklung und zum Fortschreiten bei. Bemerkenswert ist, dass eine umfassende molekulare Charakterisierung von 295 primären Magenkrebsarten im TCGA die Tumoren in vier molekulare Subtypen einteilte. Alle vier Typen zeigten eine DNA-Hypermethylierung in unterschiedlichem Ausmaß, wobei ein Typ stärker methyliert war als jede andere zuvor in TCGA analysierte Tumorgruppe. Darüber hinaus deuten auch andere Studien darauf hin, dass eine fehlerhafte Methylierung mit verschiedenen prämalignen Erkrankungen wie einer Helicobacter-pylori-Infektion, schwerer Gastritis, Darmmetaplasie und Dysplasie verbunden sein könnte, was auf eine Rolle für einen epigenetischen Feldeffekt schließen lässt, der die frühesten Schritte der neoplastischen Transformation widerspiegeln könnte des Magens. Wichtig ist, dass Hypermethylierung in zirkulierender zellfreier DNA (cfDNA) nachgewiesen werden kann, von der angenommen wird, dass sie aus präneoplastischem oder Tumorgewebe stammt. Bei verschiedenen Krebsarten werden Anstrengungen unternommen, blutbasierte DNA-Methylierungsmarker zu entdecken. Insbesondere plasmamethylierte SEPT9-DNA wurde zur Erkennung von Darmkrebs untersucht, und ein kommerzieller Bluttest hierfür wird derzeit auf Zulassung durch die US-amerikanische Food and Drug Administration geprüft.