DNA-Adduktomik für die Darmkrebsuntersuchung (adductomics)

Darmkrebs (CRC) entsteht durch multiple genetische Mutationen, die dazu führen, dass sich normales Darmepithel in ein kolorektales Karzinom verwandelt. Genetische Mutationen können durch viele verschiedene genetische Ereignisse verursacht werden, einschließlich chemischer Schäden an den DNA-Nukleosiden. Diese chemischen Modifikationen sind sowohl auf exogene Verbindungen zurückzuführen, die aus der Ernährung, der Umwelt und der Darmmikrobiota stammen, als auch auf endogene Verbindungen, die durch unsere eigenen Stoffwechselprozesse wie Entzündungen und oxidativen Stress produziert werden. Es wird angenommen, dass eine solche genetische Veränderung das auslösende Ereignis ist, das zur Entwicklung von sporadischem CRC führt. Es gibt jedoch wenig Verständnis darüber, welche DNA-Nukleosid-Modifikationen mit einem erhöhten CRC-Risiko und deren Wirkungsmechanismus verbunden sind. Die Untersuchung dieser DNA-Nukleosid-Modifikationen wurde in den letzten Jahren von einem neuen Forschungsgebiet, der sogenannten DNA-Adduktomik, in Angriff genommen. Die DNA-Adduktomik verwendet die neuen fortschrittlichen Instrumente der hochauflösenden Massenspektrometrie (HRMS) zur Identifizierung der Komplexe, die zwischen toxischen Verbindungen und DNA gebildet werden, nämlich DNA-Addukte.

In einigen Studien wurden zuvor DNA-Addukte bei CRC mit älterer Technologie identifiziert. Es gibt jedoch keine wirklichen Beweise dafür, welche DNA-Addukte mit sporadischem CRC, hereditärem nicht-polypösem Darmkrebs (HNPCC) und anderen Krankheiten wie familiärer adenomatöser Polyposis (FAP) zusammenhängen, die mit einem 95-prozentigen Risiko vor dem Alter von zu CRC werden 35. Das Fehlen neuerer Studien am Menschen zur DNA-Adduktomik ist hauptsächlich auf das Fehlen geeigneter Analysemethoden zurückzuführen. Die Entwicklung solcher Methoden erfordert ausreichend Probenmaterial und die Probenmenge in einer Dickdarmbiopsie ist zu gering, um für die Methodenentwicklung verwendet zu werden. In dieser Studie wird Epithelgewebe des Dickdarms, das durch Resektion des Dickdarms während einer Operation gewonnen wurde, zur Entwicklung einer empfindlicheren Methode verwendet, die in zukünftigen Studien möglicherweise die Analyse von DNA-Addukten aus Biopsien ermöglicht. Um sicherzustellen, dass die entwickelte Methode den Gehalt an DNA-Addukten zwischen vererbtem CRC, sporadischem CRC und Nicht-CRC-Patienten differenzieren kann, werden auch Materialien von anderen Gruppen erhalten, die zur Kolonresektion ins Krankenhaus kommen. Durch die Analyse der erhaltenen Materialien in einer Fall-Kontroll-Manier können wir möglicherweise auch klären, ob sich einige der DNA-Addukte zwischen den verschiedenen CRC-Fällen oder im Vergleich zu krebsfreien Probanden unterscheiden. Dieses Wissen sollte eine vorläufige Grundlage für die Empfehlung von Präventions- und Interventionsansätzen zur Verringerung der Morbidität und Mortalität von CRC bieten.

In Fall-Kontroll-Studien sollte jedoch eine geeignete Auswahl der Probanden durchgeführt werden, indem ein ausgewogenes Geschlechter- und Altersgleichgewicht zwischen der Kontrollgruppe und der CRC-Gruppe sichergestellt wird. Dies wird im ersten Teil der aktuellen Studie schwierig sein, da 1) die Möglichkeit, den resezierten Dickdarm von gesunden Probanden zu erhalten, begrenzt ist, 2) die CRC-Inzidenzraten bei Männern deutlich höher sind als bei Frauen, und 3) sich verschiedene Arten von CRC unterschiedlich entwickeln Alter. Es ist auch offensichtlich, dass ein Verfahren, das sich auf Analysen von Kolonresektionen stützt, eine begrenzte Anwendung in der Präventivmedizin hätte. Eine Lösung für diese Probleme kann die Verwendung geeigneter Ersatzproben wie Blut, Kot und Urin sein. Da DNA-Läsionen durch das DNA-Reparatursystem aus dem Genom entfernt werden können, werden sie tatsächlich oft im Urin, im Stuhl oder im Blut ausgeschieden. Um zu wissen, ob wir Gewebe durch Ersatzproben ersetzen können, werden wir untersuchen, ob es eine Korrelation zwischen dem Gehalt an DNA-Reparaturprodukten in Ersatzproben und DNA-Addukten in Dickdarmgeweben gibt. Der Ersatz von Dickdarmgewebe durch Ersatzstoffe oder die Entwicklung einer empfindlichen Methode zur DNA-Analyse aus Biopsien würde eine einfachere Entnahme der Proben ermöglichen und in Zukunft die Möglichkeit bieten, große und kontrollierte klinische Studien sowie weniger invasive Probennahmen von Patienten durchzuführen. Dies könnte es ermöglichen, einen kausalen Zusammenhang zwischen spezifischen DNA-Addukten und CRC zu bestätigen, was zu echten Fortschritten bei Präventions- und Interventionsansätzen führen würde.

Schließlich wird es nach der Identifizierung der möglicherweise mit CRC assoziierten DNA-Addukte und DNA-Reparaturprodukte wichtig sein, die wahre Ursache der Bildung von DNA-Addukten zu identifizieren. Unser letztes Ziel ist daher die Identifizierung, welche Lebensstil-, Ernährungs- oder Umweltfaktoren möglicherweise mit den in Dickdarm- bzw. Ersatzproben identifizierten DNA-Addukten und DNA-Reparaturprodukten in Verbindung stehen. Zu diesem Zweck führen wir ein metabolisches Profiling von Serum, Urin und Kot, ein mikrobielles Profiling von Kot durch und korrelieren es mit grundlegenden Informationen zum Lebensstil der Patienten zu Rauchen, Alkoholkonsum und Verzehr von rotem Fleisch, z. Faktoren, die im Verdacht stehen, das Risiko von Dickdarmerkrankungen zu beeinflussen.

Die Feststellung eines kausalen Zusammenhangs zwischen spezifischen DNA-Addukten und CRC oder anderen Dickdarmerkrankungen und das Verständnis der Ursachen für die Bildung von DNA-Addukten wird nicht nur zu viel umfassenderen Einblicken in die molekularen Defekte führen, sondern auch zu Fortschritten bei Präventions- und Interventionsansätzen führen.