CLINICAL PROTEOMICS – Krebserkrankungen

Verbesserte Diagnostik durch Protein-Biomarker

Im Kompetenzbereich Medizinische Proteomanalyse liegt ein weiterer Forschungsschwerpunkt auf der Identifikation und Verifizierung potentieller Protein-Biomarker, die den Pathologen bei der alltäglichen Diagnose der jeweiligen Krebsarten eine zusätzliche Hilfe sein können. Des Weiteren werden mit dem Ziel, die Tumorgenese auf Proteinebene aufzuklären, Tumor-relevante Signalwege der Zellen untersucht. Diese Methode der Massenspektrometrie-basierten Proteomik erlaubt Untersuchungen an kleinsten Probenmengen, da für die Phase der Identifizierung Proteinmengen von 100-200 ng ausreichend sind. Ein großer Vorteil der Methodik ist daher, dass mit den kleinen Mengen isolierter Tumor-relevanter Zellen mittels Lasermikrodissektion gearbeitet werden kann, die oftmals aus den automatisierten Verfahren des Kompetenzbereichs Biospektroskopie stammen. Dadurch konzentriert sich die anschließende Analytik nur auf Krankheits-relevante Zellen und erhöht somit auch die Chance, vielversprechende Biomarker zu finden. Durch die vielversprechenden Ergebnisse haben wir unsere Methodik auch auf weitere Krebserkrankungen erweitert, wie z. B. Pankreaskrebs, Urachuskarzinom und Hautkrebs. Des Weiteren etablieren wir neue Methoden, um die klinische Proteinanalytik zu verbessern. Insbesondere werden weitere Quantifizierungsmethoden entwickelt, um die Proteinabdeckung aus einer Probe zu erhöhen. Besonderer Fokus liegt auch auf funktionellen Analysen der Tumor-relevanten Proteine, um ihre Funktion bei den Signalwegen der Krebsentstehung zu entschlüsseln und somit für den Patienten, neben vielversprechenden Biomarkern, in der Zukunft auch geeignete Drug Targets zu identifizieren.  Zusätzlich ermöglicht die Methodik auch die Erforschung von Therapieresistenzen, zB gegenüber Chemotherapeutika, einerseits zur Aufklärung von potentiellen Resistenzmechanismen und außerdem zur Identifizierung möglicher Biomarkerkandidaten zur Stratifizierung von Patienten, die gut oder weniger gut auf die untersuchte Therapie ansprechen.

Arten der Krebserkrankungen

Darmkrebs

Darmkrebs, oder spezifischer das kolorektale Karzinom, ist eine der weltweit häufigsten Ursachen für krebsbedingte Todesfälle. Die Behandlungsmethoden umfassen Tumorentnahme, Bestrahlung und Chemotherapie und in fortgeschrittenen Stadien auch Patienten- bzw. Tumorspezifische Antikörper- oder Inhibitoren-Therapien. Ein ausschlaggebender Faktor für eine erfolgreiche Behandlung liegt dabei in einer frühen und spezifischen Diagnose. In Zusammenarbeit mit den Kliniken der Ruhr-Universität Bochum und den anderen Kompetenzbereichen wurde daher eine Studie zur Differenzierung des kolorektalen Karzinoms von gesunden Dickdarmkrypten durchgeführt. Dabei konnte eine erfolgreiche Etablierung einer automatischen Annotation der verschiedenen Gewebetypen (Karzinom, gesunde Krypten) von Seiten des Kompetenzbereichs Biospektroskopie mittels anschließender massenspektrometrischer Proteomanalyse der automatisch Laser-mikrodissezierten Gewebezellen bestätigt werden. Des Weiteren wird auch der prognostischere Aspekt beider Subgruppen untersucht.

Blasenkrebs/Prostatakarzinom

Prostata- und Blasenkrebs sind die beiden häufigsten Krebserkrankungen des Urogenitaltrakts und besonders Blasenkrebs ist einerseits aufgrund der Häufigkeit der Überprüfung von low grade Tumoren einer der teuersten Krebsarten in seiner Behandlung, und andererseits ist oftmals die Unterscheidung von einer einfachen Entzündung der Blase, einem low grade Karizinom und einem nicht-invasiven high grade Karzinom (carcinoma in situ, CIS) aufgrund der Histologie sehr schwierig. Dabei entscheidet diese Diagnose oftmals über eine Entnahme der Blase, weshalb die Differentialdiagnose des Tumorgrades essentiell ist. In Zusammenarbeit mit den Kliniken der Ruhr-Universität Bochum und dem Kompetenzbereich Biospektroskopie konnte bereits eine automatisierte Charakterisierung von Blasentumoren mittels IR-Imaging etabliert und ein potentieller neuer Biomarker (AHNAK2) für die Diagnose von CIS identifiziert werden (Witzke et al. Am J Pathol. 2019). Dieser Ansatz wird in den kommenden Jahren auch auf das Prostatakarzinom erweitert, wo die exakte Bestimmung des Tumorgrades der therapieentscheidende Faktor ist. Diese Differentialdiagnose soll zukünftig durch unseren kombinierten Ansatz vereinfacht und verbessert werden.

Lungenkrebs

Lungenkrebs ist die häufigste Todesursache unter allen Krebsarten mit Rauchen als Hauptursache für seine Entwicklung. Aufgrund häufiger sehr später Erstdiagnosen ist die durchschnittliche Überlebensrate eher gering, weshalb Biomarker zur Früherkennung von Lungenkrebs dringend benötigt werden. Auch die Risikoprognose für die Entwicklung eines Lungenadenokarzinoms bei COPD (chronisch-obstruktive Lungenerkrankung) Patienten ist sehr wichtig, da diese grundsätzlich ein erhöhtes Risiko für Lungenkrebs haben. Daher untersuchen wir nicht nur lasermikrodissezierte Gewebeschnitte, sondern auch Plasmaproben von Patienten mit Lungenadenokarzinom, COPD oder beiden Diagnosen und Kontrollpatientenproben mit dem primären Ziel der Identifizierung potentieller frühdiagnostischer und prognostischer Biomarker für das Lungenkarzinom und COPD. Vorarbeiten gibt es dabei in Zusammenarbeit mit dem Kompetenzbereich Biospektroskopie, bei der auf Basis der ersten automatisierten Erkennung von Lungenadenokarzinom-Subtypen und darauf basierender Lasermikrodissektion eine Proteomanalyse zur Identifizierung neuer und bekannter Biomarkerkandidaten erfolgreich durchgeführt werden konnte (Großerueschkamp et al. Sci Rep. 2017). Durch diesen kombinierten Ansatz von automatisierter Annotation und Lasermikrodissektion zur Probengewinnung für die Proteomik ist es nun möglich, Proben für die Gewebeanalyse in bisher unerreichter Genauigkeit zu generieren.