Krebsforschung kombiniert Genscheren

Indem sie Methoden zur Genveränderungen miteinander kombiniert haben, konnten Forscher der ETH Zürich untersuchen, welche Bedeutung Mutationen für Krebs haben.

Für die Entwicklung neuer Krebstherapien ist es wichtig zu verstehen, welche Mutationen zur Entstehung von Krebs beitragen. Um hier einen entscheidenden Durchbruch zu schaffen, haben Forscher am Departement für Biosysteme der ETH Zürich in Basel nun verschiedene Crispr/Cas-Methoden einfach miteinander kombiniert. Das Team unter Leitung von ETH-Professor Randall Platt entschlüsselte damit, wie sich Mutationen im Erbgut auf die Funktion einer Zelle auswirken. Denn mit dem neuen Ansatz können die Forscher in der Petrischale zehntausende Zellen mit unterschiedlichen Genvarianten erzeugen. So können sie entschlüsseln, welche von den Varianten zur Krebsentstehung beitragen und welche die Krebszellen resistent gegen gängige Medikamente machen.

Die Kombi machts

Zwar war es bisher schon möglich, im Erbgut von Zellen einzelne Veränderungen vorzunehmen. Das Vorhaben der ETH-Forscher war aber wesentlich komplexer: Sie veränderten in zwei menschlichen Zelllinien ein Gen auf über 50.000 unterschiedliche Arten und schufen damit entsprechend viele unterschiedliche Zellvarianten. Diese Zellen testeten sie anschließend auf ihre Funktion. Im Rahmen eines Machbarkeitsnachweises arbeiteten sie mit dem Gen EGFR. Es ist bei der Entstehung verschiedener Krebsarten zentral, darunter Lungen- Hirn- und Brustkrebs.

Damit Platt und sein Team so viele Varianten dieses Gens herstellen konnten, kombinierten sie zwei Crispr/Cas-Methoden, die Wissenschaftler des MIT und der Harvard University in den USA in den letzten Jahren entwickelt haben. Beide Methoden haben Vor- und Nachteile. Mit der einen, dem sogenannten Base Editing, lassen sich einzelne Bausteine der DNA sehr einfach und zuverlässig verändern. Allerdings sind die Möglichkeiten beschränkt: Es kann nur den DNA-Baustein C durch den Baustein T oder A durch G ersetzen.

Die zweite verwendete Methode ist das Prime Editing. Theoretisch ist diese Methode sehr mächtig: Ähnlich wie bei der „Suchen und Ersetzen“-Funktion eines Textverarbeitungsprogramms können damit einzelne Genabschnitte gezielt verändert werden. „Wir können damit jeden beliebigen DNA-Baustein durch einen anderen austauschen. Wir können aber auch zum Beispiel drei oder zehn Bausteine ins Genom einfügen oder die gleiche Zahl aus diesem herausschneiden“, erklärt Platt. „Im Prinzip kann man damit machen, was man will.“

Aber: Das Prime Editing funktioniert nicht zuverlässig. Deshalb ist es schwierig, mit dieser Methode einen ganzen Pool von mehreren zehntausend unterschiedlich veränderten Zellen zu schaffen, die dann für ein Screening verwendet werden können. Platt ist dies mit seinem Team nun durch die Kombination beider Methoden gelungen.

Durchbruch für die Krebsmedizin

Zellpools mit unterschiedlichen Genvarianten sind für die Forschung sehr wichtig. Denn in der Onkologie werden bei Patienten immer häufiger die Erbinformation von Tumorzellen Baustein für Baustein analysiert. Die so gewonnenen Informationen geben Hinweise darauf, welche Medikamente bei einem individuellen Patienten wirken könnten.

So sind den letzten Jahren Datenbanken entstanden, die Tausende von unterschiedlichen Erbgutvarianten von Patienten enthalten. Bei etwa der Hälfte dieser Varianten sind auch deren Auswirkungen gut beschrieben. Von der anderen Hälfte weiß man zwar, dass sie in Patienten vorkommen, nicht aber, ob und welchen Einfluss sie auf die Entstehung oder die Therapie von Krebs haben. Wissenschaftler sprechen hier von „Varianten von unklarer Signifikanz“. Findet ein Mediziner bei einem Patienten eine solche Variante, nützt die Information bislang also herzlich wenig. Auch deshalb ist die Wissenschaft überzeugt, dass die Krebsmedizin enorm profitieren würde, wenn sie mehr Information zu diesen Varianten erhielte.

Neue relevante Varianten gefunden

Um systematisch Zellen mit praktisch allen möglichen relevanten Varianten des Gens EGFR zu erzeugen, identifizierten Platt und sein Team in diesem Gen zuerst die krebsrelevanten Regionen. Das sind solche, in denen Mutationen dazu führen, dass eine gesunde Zelle zu einer Krebszelle entartet, dass eine Krebszelle gegen Medikamente resistent wird oder umgekehrt auf die Medikamente anspricht. Weil das Team mittels Base Editing nicht alle diese Genvarianten erstellen konnten, nahmen sie das Prime Editing hinzu.

Anschließend untersuchten die Forscher diese Zellen. Für zehn EGFR-Genvarianten mit bisher unklarem Einfluss auf das Krebsgeschehen konnten sie mit der Genscheren-Kombination eine solche Bedeutung nachweisen und sie beschreiben: Diese Varianten spielen eine Rolle bei der Entstehung von Krebs oder machen ihn resistent gegen bestimmte Medikamente. Im Rahmen ihrer Studie fanden die ETH-Forscherauch einen neuen Mechanismus, wie durch eine Mutation im EGFR-Gen Krebs entstehen kann. Außerdem fanden sie sechs Genvarianten, die bei Krebs eine Rolle zu spielen scheinen, die aber bisher noch nicht beschrieben wurden – also völlig neue, relevante Genvarianten.

Das EGFR-Gen ist nur eines von mehreren hundert menschlichen Genen, die mit Krebs in Verbindung stehen. Der neue Forschungsansatz sei nun bereit, um auch bei allen anderen Genen die „Varianten von unklarer Signifikanz“ zu entschlüsseln, ist man an der ETH überzeugt.