Matthew Collin (Universität Newcastle, Newcastle upon Tyne, Großbritannien)
Erdheim Chester Die Krankheit (ECD) wird durch Mutationen in der DNA von Blutzellen verursacht. Blutzellen werden im Knochenmark aus Stammzellen gebildet, die viele Jahre lang leben und viele Generationen neuer Stammzellen produzieren können. Zu den häufigen Fragen, die Patienten zu ECD stellen, gehören: Woher kommt die Krankheit? Wie lange habe ich sie schon? Hätte man nicht schon früher etwas tun können? Warum betrifft meine Krankheit eine bestimmte Stelle? Unsere Forschung zielt darauf ab, ein neues Licht auf diese wichtigen Fragen zu werfen. Die Technik, die wir dabei anwenden, heißt ‘phylogenetische Kartierung’. Mit diesem Ansatz können wir in der Zeit zurückgehen und den Ursprung der Mutationen, die ECD verursachen, bis auf wenige Jahre in das frühere Leben eines Patienten zurückdatieren. Dazu werden viele Klone einzelner Stammzellen im Labor gezüchtet und das gesamte Genom eines jeden Klons sequenziert. Jeder Klon unterscheidet sich vom nächsten durch ein paar Mutationen in seiner DNA. Einige dieser Mutationen sind vor sehr langer Zeit bei den Vorfahren der Stammzelle entstanden, als der Patient noch jünger war. Durch die Sequenzierung von etwa hundert Klonen ist es möglich, die Lebensgeschichte der Stammzellen in einer Person zu rekonstruieren und so eine Zeitleiste der Mutationen zu erstellen, die im Laufe der Jahre aufgetreten sind. Unter diesen Mutationen wird sich auch die Mutation befinden, die bei dem Patienten ECD verursacht hat. Wenn wir die Zeitachse aller Mutationen kennen, können wir die ECD Mutation mit einem Zeitstempel versehen. Wir können dann abschätzen, wie lange die ECD Mutation im Körper geschlummert hat, wie schnell sie zu einer krankheitsverursachenden Größe angewachsen ist und ob sie auf ihrem Weg von anderen Mutationen unterstützt wurde. Dies sind grundlegende Fragen. Bei anderen verwandten Krankheiten, den so genannten myeloproliferativen Neoplasmen, entstehen die Mutationen in der Kindheit und entwickeln sich in Abhängigkeit von anderen Ereignissen im Leben eines Patienten über Jahrzehnte hinweg zu verschiedenen Arten von Krankheiten. Wenn wir diese Analyse auf ECD anwenden, sollten wir in der Lage sein, die Fragen nach dem Ursprung der Krankheit zu beantworten. Zu den potenziellen Vorteilen gehört auch die Möglichkeit, ECD in einem frühen Stadium zu erkennen, bevor es sich zu einer Krankheit entwickelt hat, festzustellen, warum es bei verschiedenen Patienten ein Spektrum von betroffenen Organen gibt und warum einige Patienten ein höheres Risiko haben, schneller zu erkranken. Und schließlich könnte die Entschlüsselung der “persönlichen Lebensgeschichte” von ECD uns in Zukunft bei der personalisierten Therapie helfen, um bessere Ergebnisse zu erzielen.
Betrag: 200.000 USD in Zusammenarbeit mit der Leukemia & Lymphoma Society
Zwischenbericht
Laienhafte Zusammenfassung der Forschung
Erdheim Chester Die Krankheit (ECD) wird durch Mutationen in der DNA von Blutzellen verursacht. Blutzellen werden im Knochenmark aus Stammzellen gebildet, die viele Jahre lang leben und viele Generationen neuer Stammzellen produzieren können. Zu den häufigen Fragen, die Patienten zu ECD stellen, gehören: Woher kommt die Krankheit? Wie lange habe ich sie schon? Hätte man nicht schon früher etwas tun können? Warum betrifft meine Krankheit eine bestimmte Stelle? Unsere Forschung zielt darauf ab, ein neues Licht auf diese wichtigen Fragen zu werfen. Die Technik, die wir dabei anwenden, heißt ‘phylogenetische Kartierung’. Mit diesem Ansatz können wir in der Zeit zurückgehen und den Ursprung der Mutationen, die ECD verursachen, bis auf wenige Jahre in das frühere Leben eines Patienten zurückdatieren. Dazu werden viele Klone einzelner Stammzellen im Labor gezüchtet und das gesamte Genom eines jeden Klons sequenziert. Jeder Klon unterscheidet sich vom nächsten durch ein paar Mutationen in seiner DNA. Einige dieser Mutationen sind vor sehr langer Zeit bei den Vorfahren der Stammzelle entstanden, als der Patient noch jünger war. Durch die Sequenzierung von etwa hundert Klonen ist es möglich, die Lebensgeschichte der Stammzellen einer Person zu rekonstruieren und so eine Zeitleiste der Mutationen zu erstellen, wie sie im Laufe der Jahre aufgetreten sind. Dies ist wie ein Stammbaum, der zeigt, wie alle Zellen miteinander verwandt sind und wird als “Phylogenie” bezeichnet. Unter diesen Mutationen befindet sich auch die Mutation, die bei dem Patienten ECD verursacht hat. Wenn wir den zeitlichen Ablauf aller Mutationen kennen, können wir die ECD Mutation mit einem ‘Datumsstempel’ versehen. Wir können dann abschätzen, wie lange die ECD Mutation im Körper geschlummert hat, wie schnell sie zu einer krankheitsverursachenden Größe angewachsen ist und ob sie auf dem Weg dorthin von anderen Mutationen unterstützt wurde. Dies sind grundlegende Fragen. Bei anderen verwandten Krankheiten, den so genannten myeloproliferativen Neoplasmen, entstehen die Mutationen in der Kindheit und entwickeln sich in Abhängigkeit von anderen Ereignissen im Leben eines Patienten über Jahrzehnte hinweg zu verschiedenen Arten von Krankheiten. Wenn wir diese Analyse auf ECD anwenden, sollten wir in der Lage sein, die Fragen über die Entstehung der Krankheit zu beantworten. Zu den potenziellen Vorteilen gehören auch: die Möglichkeit, ECD in einem frühen Stadium zu erkennen, bevor es sich zu einer Krankheit entwickelt hat; festzustellen, warum es bei verschiedenen Patienten ein Spektrum von betroffenen Organen gibt und warum einige Patienten ein höheres Krankheitsrisiko haben, das schneller voranschreitet. Schließlich könnte die Entschlüsselung der “persönlichen Lebensgeschichte” von ECD uns in Zukunft helfen, eine personalisierte Therapie für bessere Ergebnisse zu entwickeln.
Fortschritt
Wir haben erfolgreich Klone von 5 Patienten expandiert, 3 mit ECD, 1 mit ECD/LCH cross-over und 1 mit LCH. In 2 dieser Fälle konnten wir BRAFV600E-mutierte Klone einfangen, aber unerwarteterweise gab es bei 3 Patienten keine BRAFV600E-mutierten Klone, obwohl die Mutation in ihrem Blut nachweisbar war. Wir untersuchen weiter, wo die Mutation bei diesen Patienten liegt, um zu bestätigen, dass sie sich in der Stammzellpopulation befindet.
Bei den Patienten, bei denen wir erweiterte Klone mit mutierten BRAFV600E-Klonen erhalten haben, haben wir fast 300 ganze Genome sequenziert und die Stammbäume (Phylogenien) rekonstruiert. Wir stellten bei beiden Patienten fest, dass mindestens drei Mutationen fast gleichzeitig in den Genen KRAS, NRAS und BRAF aufgetreten waren. Überraschenderweise schienen dies unabhängige Ereignisse zu sein, da jede Mutation auf einem eigenen Zweig der Phylogenie gefunden wurde (siehe Abbildung). Das hatten wir nicht erwartet, denn die meisten Krebsarten entwickeln sich, wobei eine Mutation zu einer weiteren Mutation führt und so weiter, wobei alle Mutationen zu einem einzigen Zweig beitragen. Was wir bei ECD beobachtet haben, ist ein paralleler Prozess mit mehreren Zweigen, die sich alle gemeinsam entwickeln. Der nächste Schritt besteht darin, herauszufinden, ob diese parallelen Zweige alle zusammen Läsionen von ECD in den Geweben sind. Wenn dies bestätigt wird, deutet dies darauf hin, dass sie irgendwie
zusammenarbeiten. Dieses Muster ist bei keinem anderen Krebs zu beobachten und könnte ein sehr seltenes Ereignis sein. Möglicherweise könnte dies erklären, warum ECD so selten vorkommt.
Wie weit haben wir die Forschungsfragen beantwortet?
Die Fragen, die wir beantworten wollten, sind im Folgenden aufgeführt, wobei unsere bisherigen Fortschritte kursiv gedruckt sind
- In welchem Lebensalter treten die Mutationen auf, die ECD antreiben?
Wie schnell können sich Klone ausbreiten und Krankheiten verursachen?
Wie groß ist die Latenzzeit zwischen Mutation und Ausbruch der Krankheit?
Bei beiden Patienten, die über 50 Jahre alt waren, scheint es, dass die Mutationen mindestens zwei bis drei Jahrzehnte früher entstanden sind. Diese Merkmale ähneln denen von myeloproliferativen Neoplasmen. Theoretisch sollte es daher möglich sein, ein Risiko für ECD früher im Leben zu erkennen. - Wie interagiert BRAFV600E mit der klonalen Hämatopoese bei TET2-Mutationen?
Was ist die Reihenfolge der Mutationen?
Fördert die TET2-Mutation ECD durch einen zellautonomen Effekt?
Verbessert die TET2-Mutation die Fitness/Wachstumsrate von ECD Klonen?
TET2 wird bei diesen beiden Patienten noch untersucht. Von den anderen Genen, KRAS und NRAS, ist bekannt, dass sie mit ECD in Verbindung gebracht werden. Überraschenderweise stellten wir fest, dass jedes Gen in der Phylogenie unabhängig von BRAF agierte – das Gegenteil von dem, was wir erwartet hatten. Wir wissen, dass wir bestätigen müssen, ob dies auch im läsionalen Gewebe der Fall ist. - Werden neue Treibermutationen bei Patienten gefunden, denen bekannte Mutationen der klonalen Hämatopoese fehlen?
Wir haben noch keine neuen Treibermutationen gefunden, aber wir analysieren die Daten noch. Wir haben ein sehr ungewöhnliches Muster der Treibermutationen gefunden, wie oben beschrieben.
Plan für das zweite Jahr
Wir wollen in den nächsten 12 Monaten die folgenden Fragen lösen
- Wir müssen überprüfen, in welchen Zellen die BRAF-Mutation bei Patienten gefunden wird, deren expandierte Klone kein mutiertes BRAF enthielten. Entweder ist die Mutation nicht dort, wo wir sie erwarten, oder es gibt ein Problem mit der In-vitro-Expansion von Zellen, die mutiertes BRAF enthalten (Punkt 2).
- Wir erforschen auch eine neue Methode zur Erzeugung von DNA für die Sequenzierung, bei der keine Klone gezüchtet werden müssen. Wir gehen davon aus, dass dies uns helfen wird, Mutationen in BRAF-mutierten Zellen zu kartieren, die in vitro nicht zu Klonen expandieren.
- Wir müssen bestätigen, dass das ungewöhnliche parallele Muster, das wir bisher in den Phylogenien beobachtet haben, auch in den Läsionen der Patienten vorhanden ist
Erklärung, warum das Muster bei Histiozytose nie bei anderen Krebsarten beobachtet wurde.