Genetische Epidemiologie

Aus genetischer Sicht gilt das Prostatakarzinom als „komplexe Erkrankung“. Das bedeutet, dass der hauptsächliche Vererbungsmodus des Krankheitsbildes nicht bzw. noch nicht konkretisiert werden kann. Als Ursache für eine beobachtete familiäre Häufung des Tumorrisikos kommen sowohl Hochrisiko-Gene in Frage, als auch eine konzertierte Beteiligung verschiedener Einflussgrößen im Sinne einer multifaktoriellen Vererbung. Daneben werden genetische Varianten mit moderatem Risikoeinfluss erwartet, die insbesondere das Auftreten sporadischer Formen ohne (schwerer) familiärer Häufung begünstigen.

Für das Projekt „Molekulargenetik des familiären Prostatakarzinoms“ wurden in enger Kooperation mit der Urologischen Klinik in Ulm (Prof. Dr. Thomas Paiss und Dr. Kathleen Herkommer) Familien mit mehreren betroffenen Angehörigen gesammelt, die in Kopplungsstudien und Mutationsanalysen auf potentielle Hochrisiko-Gene hin untersucht werden [1] . Daneben steht ein Kollektiv an sporadisch erkrankten Probanden und Kontrollpersonen für Assoziationsstudien zur Verfügung.

Bisherige Untersuchungen am Ulmer Kollektiv haben in der chromosomalen Region 8p22 der stärkste Hinweis auf Kopplung hervorgebracht [2] . Tatsächlich konnten wir in dem dort lokalisierten Prostatakarinom-Gen MSR1 (OMIM *153622) innerhalb des zugrundeliegenden Familienkollektivs verschiedene Keimbahnmutationen identifizieren, die über das in anderen Populationen beschriebene Mutationspektrum hinausreichen [3] . Dennoch ist die Mutationsfrequenz in MSR1 insgesamt gering, und die damit einhergehende Penetranz eher moderat, sodass eine genetische Testung des MSR1 Gens derzeit als nicht sinnvoll erachtet werden muss. Ähnliches gilt für das „Hereditary Prostate Cancer Gene 1“, RNASEL (OMIM *180435) , dessen Mutationen in unserer, wie auch in anderen europäisch-stämmigen Populationen schwindend geringe Effekte aufweist [4] .

Da in Familien mit hereditären Prostatakarzinomen eine ausgeprägte Lokus-Heterogenität erwartet werden muss, kann mit der Definition von Einschlusskriterien die Chance verbessert werden, relevante Hochrisiko-Gene für das Prostatakarzinom zu identifizieren. Mit diesem Ziel werden Kopplungsanalysen in Untergruppen von Familien durchgeführt, die nach epidemiologischen oder klinischen Kriterien (wie beispielsweise einem jungen Erkrankungsalter) stratifiziert wurden [5;6] . Die Möglichkeiten der Subgruppenanalyse lassen sich weiter mit Parametern aus dem somatisch-molekulargenetischen Bereich verbessern. Aktuell stratifizieren wir unser Familienkollektiv nach dem Kriterium, ob bei mehreren Betroffenen eines Stammbaums krankheitsursächlich eine onkogene TMPRSS2:ERG Fusionen im Tumor vorgelegen hat.

Die genetische Epidemiologie ist in nationale und internationale Verbundprojekte eingebettet:

• DPKK - Deutsches Prostatakarzinom Konsortium e.V.
• PRACTICAL - PRostate cancer AssoCiation group To Investigate Cancer Associated aLterations in the genome

• ICPCG - International Consortium for Prostate Cancer Genetics

Expressionsveränderungen von Genen in Prostatatumoren werden in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe Prof. Dr. Günter Assum untersucht. Im Fokus stehen dabei dysregulierte Gene, deren chromosomale Lokalisation bereits in genetisch-epidemiologschen Studien aufgefallen sind. Dies betrifft beispielsweise das im Tumor hochregulierte Gen EZH2 aus dem chromosomalen Intervall 7q36, welcher als ein „aggressiveness Locus“ des hereditären Prostatakarzinoms gilt [7;8]. Des weiteren interessieren wir uns für das Onkogen CMYC, das es sich in Nachbarschaft zu einer kürzlich beschriebenen, und in unserer Population verifizierten Risikoregion in 8q25 befindet. Als potentielle Mechanismen der somatisch entgleisten Regulation dieser Gene werden die Promotormethylierung sowie Aspekte der Chromatinstruktur untersucht. Dabei kommt unter anderem die Bisulfit-Sequenzierung und die Chromatin-Immumopräzipitation (ChIP) zur Anwendung.

Für einige wenige Expressionsveränderungen im Prostatakarzinom ist ein kausaler Zusammenhang hinreichend gut belegt, dass mit dem Gedanken eines regulatorischen Eingriffs gespielt werden kann. Dies betrifft wohl am ehesten das im Prostatakarzinom rekurrente Fusiongen aus TMPRSS2 und dem dem Onkogen ERG (TMPRSS2:ERG), sowie den transkriptionalen Repressor EZH2. In Zusammenarbeit mit der Gruppe PD Dr. Dieter Kaufmann bemühen wir uns um die Ausschaltung dieser beiden Transkripte mittels der Strategie des „Gene-Blockings“. Im Gegensatz zum vielfach angewandten Silencing, welches sich gegen den mRNA-Pool eines Zielgens richtet, soll bei unserem Ansatz die genomische DNA für die Transkription gehemmt werden. Essentiell hierfür ist ein Effektormolekül mit hoher Stabilität und Affinität, was potentiell vom synthetischen Peptide-Nucleic-Acid (PNA) Oligomer verkörpert wird. Die Wirkung von PNA-Oligomeren gegen EZH2 und TMPRSS2:ERG wird derzeit im Zellkulturmodell überprüft.

Ausgehend von dem in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Günter Speit erhobenen Befund, dass Trägerinnen von Mutationen in den zum Mammakarzinom disponierenden Genen BRCA-1 und BRCA-2 eine erhöhte Radiosensitivität in den Lymphozyten des peripheren Blutes aufweisen, konnten wir zeigen, dass dies auch für einen beträchtlichen Teil sporadischer Fälle von Mammakarzinom gilt, obwohl diese keine Mutationen in den bekannten prädisponierenden Genen tragen. BRCA-1 und -2 sind integriert in einen großen Multienzymkomplex, der neben vielen anderen Proteinen sehr viele derjenigen Proteine enthält, deren Defekt bekanntermaßen zur Chromosomeninstabilität und Karzinomprädisposition führt, wie Ataxia teleangiectatica, Fanconi-Anämie, die Enzyme des Mismatch-Repairs (Lynch-Syndrom), Nijmegen-Breakage-Syndrom, um nur einige zu nennen. Für die weiteren Arbeiten ergeben sich hieraus zwei Ansätze:

1. Patienten mit den genannten Syndromen sowie deren obligat heterozygote Eltern sollen mit den gleichen Methoden (Mikronukleustest an zweikernigen Zellen aus Lymphozytenkulturen; siehe Abbildung) auf erhöhte Radiosensitivität untersucht werden. Parallel hierzu werden für Knock-out-Mäuse (und weitere, an dem Komplex beteiligte Gene) auf Radiosensitivität überprüft.
2. Eine erhöhte Radiosensitivität (bzw. reduzierte Reparaturkapazität für DNA-Schäden) müsste genetisch bedingt sein und sich dementsprechend, wie die Mutationen in den bekannten BRCA-1- und BRCA-2-Genen als in Familien vererbt mit dem Mikronukleustest nachweisen lassen. Als langfristiges Ziel ist es damit auch möglich, mit Hilfe von Kopplungsanalysen diese Gene im Genom zu lokalisieren und zu identifizieren.