Individuelle Proteinmuster für Krebsdiagnosen bestimmt

Personalisierte Medizin für präzise Diagnosen

Die Identifikation von Biomarkern ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur personalisierten Krebstherapie. Wissenschaftler der ETH Zürich, Pathologen des Universitätsspitals Zürich und Onkologen des Kantonsspitals St.Gallen haben ein neues Verfahren entwickelt, das bestimmte Muster von Biomarkern nachweist und Krebserkrankungen verlässlicher diagnostiziert als bisher.

Mit einem kleinen Piks in den Finger kann man vielleicht schon bald verschiedenste Arten von Krebs zuverlässig diagnostizieren und charakterisieren. Verfahren, die Tumor-Antigene im Blut nachweisen, liefern heute oft falsche Resultate. Die Patienten müssen sich deshalb teuren und manchmal schmerzhaften Biopsien unterziehen. Einem interdisziplinären Forschungsteam um Wilhelm Krek, Professor für Zellbiologie an der ETH Zürich, ist es gemeinsam mit Pathologen des Universitätsspitals Zürich und Onkologen des Kantonsspitals St.Gallen gelungen, eine hochpräzise Diagnosemethode für Prostatakrebs zu entwickeln. Das Verfahren, das auf der Identifikation von Biomarkern basiert, könnte bald auch der Frühdiagnose anderer Krebsarten dienen, wie die Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins PNAS berichten.

Vier Proteine in 20.000 Modellen

Ausgangspunkt der Forschungsarbeit war das Gen „Pten“, das in 60 Prozent aller Prostatakrebs-Patienten inaktiv ist und zu unkontrolliertem Zellwachstum führt. In einem ersten Schritt deaktivierten die Wissenschaftler dieses „Pten“-Gen in der Prostata von gesunden Mäusen. Anschliessend identifizierten sie Hunderte von Prostata-Oberflächenproteinen von unbehandelten Mäusen, aber auch von solchen, die aufgrund des inaktiven Gens Prostatakrebs entwickelt hatten. Aus dem Vergleich der beiden Proteinsätze ermittelten die Forscher ein Proteinmuster, das typisch ist für die mutierte Version von „Pten“ und somit für den Prostatakrebs.

In einem zweiten Schritt untersuchten die Forschenden, ob die Erkenntnisse aus dem Mausmodell auch auf menschliche Patienten anwendbar sind. Dazu untersuchten sie Gewebe- und Serumproben von 39 Prostatakrebs-Patienten und einer Kontrollgruppe. Anhand des Mausmodells hatten die Wissenschaftler eine Liste mit spezifischen Proteinen erstellt. Aus dieser identifizierten sie nun jene 39 Proteine im Menschen, die auf Prostatakrebs hinweisen. Informatiker der ETH Zürich berechneten über 20.000 Modelle und fanden jene vier Proteine, mit denen die zuverlässigste Diagnose gestellt werden kann.

ETH-Spin-off entwickelt Diagnose-Kit

Die Verlässlichkeit des Biomarker-Musters haben die Wissenschaftler schliesslich an einer neuen Patientengruppe getestet. «Wir konnten mit hoher Wahrscheinlichkeit bestimmen, ob eine Person an Prostatakrebs erkrankt war und die Testergebnisse reproduzieren», erklärt Wilhelm Krek. Er ist deshalb davon überzeugt, dass das Verfahren in einigen Jahren in der Praxis eingesetzt werden kann. Die Weiterentwicklung der vielversprechenden Methode hat bereits der ETH-Spin-off Proteomedix AG übernommen, der zurzeit ein Diagnose-Kit vorbereitet.

Proteinmuster als zuverlässiger Biomarker

Der Biomarker-Strategie liegt das Konzept zugrunde, dass eine Mutation – wie beispielsweise die Deaktivierung eines Gens – die Entstehung von Krebs auslöst und das Proteinmuster des betroffenen Organs verändert. Ungefähr 20 Prozent der Oberflächenproteine von bestimmten Geweben wie zum Beispiel der Prostata werden abgespalten und können im Serum nachgewiesen werden. Die Bestimmung der Proteinmuster ist deshalb sehr erfolgsversprechend.

Wissenschaftler versuchen schon seit Jahren mit verschiedenen Hightech-Methoden, Biomarker zu identifizieren – bislang jedoch ohne Erfolg. «Die Analysen waren bisher nicht sehr zielgerichtet und die ermittelten Proteinmuster widerspiegelten womöglich die Essgewohnheiten von Patienten, eigneten sich aber nicht dazu eine Krebserkrankung zu erkennen», erklärt Wilhelm Krek. Dass dies nun gelungen ist, führt Krek auf den interdisziplinären Ansatz des Forschungsprojekts zurück. «In der Wissenschaft erreicht man ein Ziel oft erst dann, wenn Forscher aus unterschiedlichsten Gebieten zusammenarbeiten – in diesem Fall waren es Zellbiologen, Proteomikexperten, Pathologen, klinische Onkologen und Informatiker.»

Originalveröffentlichung:
Cima I., Schiess R., Wild P., Kaelin M., Schüffler P., Lange V., Picotti P., Ossola R., Templeton A., Schubert O., Fuchs T., Leippold T., Wyler S., Zehetner J., Jochum W., Buhmann J., Cerny T., Moch H., Gillessen S., Aebersold R., Krek W.
Cancer genetics-guided discovery of serum biomarker signatures for diagnosis and prognosis of prostate cancer.
Published online before Print. PNAS, February 7, 2011. doi: 10.1073/pnas.1013699108

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