Neue Erkenntnisse über Speiseröhrenkrebs und Mutationsreihenfolge

Jüngste Forschungen zeigen, dass die Reihenfolge der Veränderungen in den Genen von Zellen wichtig dafür ist, wie Krebs entsteht. In der Speiseröhre ist der Verlust beider Kopien des TP53-Gens eine der ersten Veränderungen, die auftritt und in frühen Krebssymptomen zu finden ist. Auf der anderen Seite werden Mutationen im NOTCH1-Gen häufiger in gesundem Gewebe als in krankhaftem Gewebe beobachtet. In Studien mit Mäusen führten Veränderungen im NOTCH1-Gen tatsächlich dazu, dass Tumore weniger wuchsen.

Die Speiseröhre bietet eine einzigartige Möglichkeit, zu untersuchen, wie die Reihenfolge von Genveränderungen Krebs im normalen Gewebe beeinflusst. Über viele Jahre hinweg wird das Speiseröhrengewebe von mutierten Zellen übernommen, die sich gut durchsetzen und um begrenzten Raum konkurrieren. Die Forscher begannen damit, ein grosses Gebiet von Gewebe älterer Personen zu untersuchen, um zu sehen, wie Mutationen auftreten.

#Kartierung der Mutationslandschaft

Um die Mutationen im gesunden Speiseröhrengewebe zu analysieren, verwendeten die Forscher drei verschiedene DNA-Sequenzierungsmethoden. Sie schauten sich Proben von 2.856 Personen an, kombinierten Daten von gesunden Transplantationsspendern im Alter von bis zu 79 Jahren und einigen anderen, die zuvor untersucht wurden. Alle Spender waren frei von Krebs oder Speiseröhrenerkrankungen. Die Analyse zeigte, dass diese Spender eine gute Vertretung der britischen Bevölkerung waren.

Die Proben wurden aus dem mittleren Teil der Speiseröhre entnommen, um ein umfassenderes Bild der mutierten Zellen zu erhalten. Die Forscher sammelten sorgfältig Proben in der Grösse von 2 mm² und kleiner 0,05 mm² für eine detaillierte Sequenzierung. Die vollständige Genomsequenzierung wurde an bestimmten klonalen Proben durchgeführt. Die Gesamtzahl der Mutationen wurde aus der Analyse von 2 mm²-Proben berechnet.

Insgesamt wurden 2.405 Proben von 2 mm² analysiert, was eine Fläche von 48,1 cm² abdeckte. Weitere 451 Proben wurden aus kleinen Bereichen von 0,05 mm² für die gezielte Sequenzierung von krebsbezogenen Genen entnommen.

#Schätzung der Mutationsraten

Die Schätzung der Mutationen bei allen Spendern zeigte eine Reihe von Substitutionslasten, die anzeigten, wie viele Veränderungen in ihrer DNA vorhanden waren. Die Analyse deutete darauf hin, dass die Anzahl der Mutationen mit dem Alter zunahm und bei Personen, die rauchten, höher war. Rauchen schien das Äquivalent von etwa 14 Jahren in Bezug auf die Mutationslast hinzuzufügen.

#Mutationssignaturen

Eine weitere Analyse zeigte drei spezifische Mutationsmuster, die mit dem Alter verbunden waren. Interessanterweise gab es wenig Variation in diesen Mustern basierend auf dem Rauchstatus, was mit früheren Studien über Speiseröhrenkrebs übereinstimmt.

Die Forscher kartierten dann die Mutationen über die grösseren Proben hinweg und identifizierten über 20.000 einzigartige Mutationen. Sie schauten sich auch die kleineren Proben von älteren Personen genau an und identifizierten mehr Mutationen in krebsbezogenen Genen.

#Auswahl der mutierten Gene

Die Analyse der Mutationen ermöglichte es den Forschern zu sehen, welche Gene unter positiver Selektion standen, was bedeutet, dass sie wahrscheinlicher im Gewebe vorhanden waren. Insgesamt wiesen 17 Gene auffällige Mutationen auf. Besonders bemerkenswert war, dass die Gene EPHA2 und EEF1A1 zuvor nicht mit klonaler Expansion in der normalen Speiseröhre assoziiert wurden.

Das Team erstellte Karten, um zu zeigen, wie sich diese klonalen Populationen mutierter Gene im Laufe des Alters veränderten. Sie fanden heraus, dass über 70 Jahre das Gewebe mit mutierten Klonen gefüllt war, die stark um Platz konkurrierten. Das Gen NOTCH1 war das häufigste, das in diesen Klonen gefunden wurde. Mit steigendem Alter wuchs auch der Anteil des Gewebes, das von TP53-Mutationen belegt war.

#Untersuchung klonaler Veränderungen

Um weiter zu forschen, führten die Forscher eine vollständige Genomsequenzierung an Proben mit einer signifikanten Anzahl von Mutationen durch. Sie fanden heraus, dass eine bestimmte Gruppe von Proben aus verschiedenen Klonen stammte, was auf unterschiedliche Linien genetischer Veränderungen hinweist. Die allgemeine Mutationsrate über die Proben hinweg war hoch, wobei mehrere Proben Muster zeigten, die mit Alkoholkonsum verbunden waren.

Die Analyse des Genoms der grösseren Klone ergab, dass bestimmte Gene häufig verändert wurden, darunter NOTCH1 und TP53. Die meisten Proben zeigten einen vollständigen Funktionsverlust dieser Gene.

#Untersuchung von Kopienzahlveränderungen

Die Forscher erweiterten ihre Analyse auf eine grössere Gruppe von Proben und suchten nach Veränderungen der Kopienzahl an den Genen NOTCH1 und TP53. Die Ergebnisse deuteten darauf hin, dass Veränderungen am NOTCH1-Standort recht verbreitet waren, während nur sehr wenige Veränderungen am TP53-Standort zu sehen waren. Ein grosser Prozentsatz der veränderten NOTCH1-Proben hatte auch Mutationen im Gen selbst. Dies zeigte, dass, während Genveränderungen auftraten, sie immer noch in ihrem Ausmass, wie stark sie die Gesamtstabilität des Genoms störten, begrenzt waren.

#Die Rolle der NOTCH1-Mutation

Die auffälligste Entdeckung war, dass NOTCH1-Mutationen bis zur Midlife einen Grossteil der Speiseröhre durchdrangen. Das wirft Fragen auf, wie sich das auf die späteren Mutationen auswirken könnte. Die Forscher verglichen die Anzahl der Mutationen in Proben mit hohen NOTCH1-Veränderungen mit denen mit niedrigeren Veränderungen. Sie fanden heraus, dass mehr NOTCH1-Mutationen die Wahrscheinlichkeit verringerten, dass TP53-Mutationen wuchsen, was auf eine Verschiebung in der Selektion hin zu anderen Mutationen hindeutet.

#Mausmodell-Experimente

Um diese Erkenntnisse weiter zu testen, verwendeten die Forscher ein Mausmodell. Mäuse haben eine einfachere Struktur in ihrer Speiseröhre im Vergleich zu Menschen, aber die Exposition gegenüber Mutagenen schafft eine ähnliche Mutationslandschaft. Durch die Schaffung von Mäusen ohne das NOTCH1-Gen konnten die Forscher beobachten, wie sich dies auf die Mutationsselektion auswirkte.

Nachdem die Mäuse älter geworden waren und ihre Speiseröhre entnommen wurde, zeigte eine weitere gezielte Sequenzierung, dass, während nur wenige spontane Mutationen auftraten, die meisten mit Veränderungen in NOTCH1 und NOTCH2 verbunden waren. Mutationen in NOTCH1 wurden im normalen Gewebe bevorzugt, während Mutationen in NOTCH2 in Gewebe ohne NOTCH1 bevorzugt wurden.

#Bestätigung durch Färbung

Um ihre Erkenntnisse zu validieren, führten die Forscher eine Immunfärbung des Speiseröhrengewebes von Mäusen durch. Veränderte Färbemuster wurden in Gewebe gefunden, das NOTCH1 verloren hatte, was auf eine grössere Selektion für NOTCH2 hinweist. Die gezielte Sequenzierung bestätigte, dass diese Bereiche Mutationen trugen, was mit ihrer früheren Analyse in menschlichen Proben übereinstimmte.

#Zusammenfassung der Erkenntnisse

Insgesamt fand die Studie heraus, dass das normale Speiseröhrengewebe im Vereinigten Königreich vor allem über 70 Jahre hinweg mit Mutationen gefüllt wird, wobei NOTCH1-Mutationen die häufigsten sind. Die Analyse der Klone ergab, dass nur sehr wenige Anzeichen zeigten, die typisch für Speiseröhrenkrebs-Genome sind. Das Vorhandensein von NOTCH1 scheint vor der Entwicklung von voll ausgeprägtem Krebs zu schützen, was auf seine potenzielle Rolle bei der Krankheitsprävention hinweist.

Wichtig ist, dass Veränderungen in NOTCH2 auch häufiger wurden, wenn Mutationen in NOTCH1 folgen. Das deutet darauf hin, dass das Vorhandensein bestimmter Mutationen beeinflussen kann, wie neue Mutationen ausgewählt werden und welche Arten von Mutationen im Gewebe gedeihen können.

#Fazit

Die Studie liefert Einblicke, wie Mutationen in normalem Speiseröhrengewebe auftreten und deutet darauf hin, dass spezifische Mutationen die Wahrscheinlichkeit, Krebs zu entwickeln, beeinflussen können. Die Dynamik der Mutationsselektion und der Wettbewerb unter den Zellen ist komplex, und diese Forschung hilft, die Prozesse zu beleuchten, die möglicherweise gegen oder für Krebs schützen. Eine weitere Erforschung dieser Wege könnte zu einem besseren Verständnis und potenziellen Strategien zur Krebsprävention führen.