Klinische und Molekulare Onkologie

HNO-Karzinome (HNNSC: head and neck squamous cell carcinoma) sind durch eine schlechte Prognose gekennzeichnet, welche durch das häufige Vorkommen von Metastasen, Rezidiven und durch eine hohe Resistenz gegenüber Standard-Therapien hervorgerufen wird. Die Arbeitsgruppe „Klinische und Molekulare Onkologie“ befasst mit der Charakterisierung molekularer Mechanismen der Tumorprogression und mit der Identifizierung und Validierung von Biomarkern in klinischen Kohorten zur verbesserten Stratifizierung von HNSCC Patienten.

Differenzierungsprozesse entlang der Epithelial-Mesenchymalen Transition (EMT) sind wesentlich bei der malignen Transformation und Metastasierung von Karzinomzellen (Abbildung 1) und bei Prozessen der embryonalen Stammzelldifferenzierung. Der (partielle) Wechsel von Karzinomzellen zu einem mesenchymalen Phänotyp steigert deren Migration, Invasion und Resistenz gegenüber Bestrahlung und Chemotherapie. Hierbei kommt es zu einer teilweise Neuprogrammierung der Zellen und zur differentiellen Expression epithelialer und mesenchymaler Marker (Abbbildung 2). Klinisch ist das Auftreten einer EMT mit einem aggressiven Phänotyp und mit einer schlechten Prognose korreliert und somit von hoher therapeutischer Relevanz.

Abbildung 1: Schematische Darstellung der metastatischen Kaskade bei der Progression von Karzinomen. Gesunde Epithelzellen werden durch Mutationen transformiert und bilden Karzinome, die im Verlauf lokal invasiv das umliegende Gewebe infiltrieren. Tumorzellen, die eine EMT durchlaufen haben, intravasieren in Blut- oder Lymphgefässe und werden als zirkulierende Tumorzellen (CTCs) bezeichnet. Nach erfolgter Extravasation in Lymphknoten oder distante Gewebe werden gestreute Tumorzellen als disseminierte Tumorzellen (DTCs) bezeichnet. CTCs und DTCs werden als Ursprung von lokoregionären und Fernmetastasen betrachtet. Tumorzellen geben zudem DNA frei, welche als Zirkulierende Tumor DNA (ctDNA) im Blut nachgewiesen werden kann.

Ein Schwerpunkt unserer Arbeitsgruppe liegt folglich in der molekularbiologischen und klinisch-translationalen Charakterisierung von Regulatoren der EMT. Hierzu werden „Candidate Approaches“ unter Verwendung bekannter Regulatoren der EMT, wie die beiden Rezeptoren EGFR und EpCAM und den EMT-Transkriptionsfaktor Slug, gewählt (Abbildung 3). Die Expression und Funktion der gewählten Moleküle wird in zellulären HNSCC-Modellen, Mausmodellen der Metastasierung und in pluripotenten embryonalen Stammzellen in vitro und in vivo untersucht. Komplementär werden „Screening Approaches“ zur Identifizierung neuer Regulatoren und Marker der EMT unter Anwendung von CRISPR-Cas9-Screens, „Next Generation Sequencing“ (NGS) und bioinformatischer Auswertung durchgeführt. Gewonnene Erkenntnisse werden in klinischen Kohorten an Tumorproben und Metastasen validiert und mit dem Verlauf von HNSCC Patienten zur Identifizierung von Biomarkern korreliert. Hierzu werden retrospektive und prospektive Kohorten von HNSCC Patienten an unserer Klinik etabliert und in engen Kooperationen (KKG „Personalisierte Radiotherapie bei Kopf-Halstumoren“) genetisch und molekular charakterisiert.

Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeitsgruppe liegt in der Verwendung zirkulierender Tumor-DNA als Biomarker für HNSCC Patienten. Tumoren setzen bei dem Zerfall von Zellen DNA frei, welche für kurze Zeit frei im Blut zirkuliert und dann durch den Körper abgebaut wird. Diese als ctDNA (circulating tumor DNA) bezeichnete DNA kann als Biomarker zur Diagnostik und Prognostik herangezogen werden.

Für die Detektion von ctDNA unterscheiden sich 2 Methoden: bei der spezifischen „Targeted Approach“ werden im Tumor festgestellte Mutationen anschließend in der zirkulierenden DNA gesucht. Hierbei kann neben einer qualitativen Analyse (z. B. klonale Selektion) auch eine quantitative Aussage der Menge an zirkulierender DNA getroffen werden. Bei der zweiten Methode des „Random Approach“ wird die gesamt zirkulierende DNA mit NGS-Methoden in geringerer Tiefe sequenziert und chromosomalen Abschnitten zugeordnet. Anhand der Anzahl an Kopien (Polyplioidität) kann nach bioinformatischer Aufarbeitung ein Copy number Instability Index (CNI) errechnet werden, um eine Aussage über die genetische Instabilität und die Menge an zirkulierender, tumorspezifischer DNA zu treffen.

Ziel der Entwicklung ist eine Nutzbarkeit von ctDNA als „Liquid Biopsy“ bei HNSCC-Karzinompatienten. Hierbei konnte durch unsere Arbeitsgruppe bereits dargestellt werden, dass sich der CNI Wert als prognostischer Marker für das Überleben und als prognostischer Wert für lymphogene Metastasierung eignet. Die Anwendbarkeit der ctDNA als Biomarker wird derzeit in prospektiven Studien an HNSCC Patienten validiert.

Klinische und Molekulare Onkologie

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