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Impfung gegen erblichen Darmkrebs

Bei den so genannten Mikrosatelliten-instabilen Krebsarten fehlt ein wichtiges zelluläres Reparatursystem, das normalerweise kleine Fehler im Erbgut korrigiert. Bleiben solche DNA-Defekte unkorrigiert, so kann die gesamte Bauanleitung für bestimmte Proteine aus dem Takt geraten. Die Zellen bilden dann neuartige Eiweißstrukturen, so genannte Neoantigene, die vom Immunsystem oft als fremd erkannt werden. Mikrosatelliten-instabile (MSI) Tumoren können spontan entstehen oder als Folge einer erblichen Veranlagung, dem Lynch-Syndrom. Etwa ein Viertel der MSI-Darmtumoren werden durch das Lynch-Syndrom verursacht.

Ein Team des Universitätsklinikums Heidelberg konnte in langjährigen Vorarbeiten zeigen, dass bei vielen Patienten mit Lynch-Syndrom identische Mutationen und damit auch identische Neoantigene im Tumor auftreten. Sie prüften auch, ob die häufig vorkommenden Neoantigene in der Lage sind, als Schutzimpfung das Immunsystem gegen die Tumorzellen zu aktivieren und so zu verhindern, dass Krebs entsteht.

Tatsächlich zeigten die Forscher jetzt erstmals an einem Tiermodell, dass eine Schutzimpfung mit MSI-typischen Neoantigenen tatsächlich vor Krebs schützen kann. Das Team untersuchte dazu einen Mausstamm, der in Folge eines Defekts der DNA-Reparaturenzyme Darmkrebs entwickelt.
Die geimpften „Lynch“-Mäuse überlebten im Durchschnitt 351 Tage, ungeimpfte Tiere dagegen nur 263 Tage. Auch die Tumormasse fiel deutlich geringer aus. Erhielten die Mäuse zusätzlich zur Impfung den Entzündungshemmer Naproxen, so steigerte dies den präventiven Effekt der Impfung. Die Forscher stellten auch fest, dass das Immunsystem bei ungeimpften Mäusen gegen die Neoantigene aktiv ist, die Impfung verstärkte also die vorhandene natürliche Immunreaktion gegen die Krebszellen.

Referenz:
DKFZ Heidelberg, Cornell Medical College, NY
Recurrent frameshift neoantigen vaccine elicits protective immunity with reduced tumor burden and improved overall survival in a Lynch syndrome mouse model, Gastroenterology 2021; https://www.gastrojournal.org/article/S0016-5085(21)03187-5

#lynchtumor #gastroenterologie #darmkrebs #neoantigene #impfung #mausmodell #medizin #medimpressions

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Die „gute“ Seite von Morbus Huntington

Die Huntington-Krankheit (früher als Veitstanz bekannt) ist eine seltene, genetisch bedingte Gehirnerkrankung, die meist um das 40. Lebensjahr herum ausbricht. Sie geht mit schweren Bewegungseinschränkungen, kognitiven Beeinträchtigungen (z. Bsp. früher Demenz) und Verhaltensauffälligkeiten einher. Dass die furchtbare Erkrankung auch eine „gute“ Seite hat, darauf weist nun ein deutsch-amerikanisches Forscherteam hin.

Üblicherweise wird Morbus Huntington mit einer erhöhten Anzahl von Wiederholungen der Basenabfolge CAG im Huntington-Gen in Verbindung gebracht. „Solche Wiederholungen kommen in vielen Genen vor und es gibt die Hypothese, dass Ihnen eine entscheidende Rolle in der Evolution zukommen könnte“, so Carsten Saft von der Ruhr-Universität Bochum. Ihm war bereits aufgefallen, dass viele der von ihm behandelten Huntington-Patienten vor dem Ausbruch ihrer Erkrankung wichtige Positionen innehatten, Firmen gründeten, sportlich erfolgreich waren oder mehrere Sprachen gesprochen hatten.

Tatsächlich konnte das Forschungsteam jetzt in einer Untersuchung an 21 000 Menschen, darunter Mutationsträger ohne Beschwerden sowie Kontrollpersonen aus den betroffenen Familien, nachweisen, dass die Anzahl der CAG-Wiederholungen signifikant mit der Leistung bei verschiedenen kognitiven Aufgaben korrelierte. Mit den Tests wurden exekutive Funktionen und Aufmerksamkeit erfasst. Menschen mit mehr CAG-Wiederholungen schnitten durchschnittlich besser ab. Ein Indiz dafür, dass der Gendefekt, der zu dieser schrecklichen Krankheit führt, auch eine positive Rolle haben könnte.

Die Ergebnisse sind auch für sogenannte Huntingtin-Lowering-Therapien von Bedeutung, die derzeit in Studien untersucht werden. Mithilfe verschiedener Substanzen wird dabei versucht, die Menge des Huntingtin-Proteins im Gehirn zu reduzieren.

Referenz:
Ruhr-Universität Bochum, University of Iowa
Association of CAG repeat length in the Huntington gene with cognitive performance in young adults, Neurology 2021, https://n.neurology.org/content/96/19/e2407.long

#huntington #gendefekt #gehirn #kognitiveleistung #cag #intelligenz #medizin #medimpressions

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Frühe Tumorzellen: klein, aber schon sehr böse

Ein internationales Forscherteam hat ein innovatives genetisches Modell entwickelt, mit dem bereits die ersten Schritte erkannt werden können, die zur Krebsentwicklung in Mäusen führen. Diese sind nur schwer nachweisbar, da der Prozess innerhalb einer einzigen Zelle beginnt. In dieser kritischen Phase erwirbt eine sogenannte Keimzelle eine krebsfördernde Mutation, die als „erster onkogener Hit“ bezeichnet wird.

„Durch eine spezielle tief-zielende DNA-Sequenzierung haben wir festgestellt, dass krebsassoziierte Mutationen bereits in normalem Gewebe vorhanden sind, was sehr beängstigend ist“, beschreibt IMBA-Forschungsleiter Bon-Kyoung Koo diesen Wendepunkt in der Krebsentwicklung. Da die meisten Krebsarten ihren Ursprung im Epithel, der obersten Zellschicht des Haut- und Schleimhautgewebes haben, bauten die Forscher ein Modell („Red2Onco“), um die Auswirkungen der ersten onkogenen Veränderungen im Mausdarm zu untersuchen. Anhand dieses Modells zeigte sich, dass mutierte Zellen eine feindliche Umgebung für ihre benachbarten nicht-mutanten Zellen schaffen und die normale Stammzellumgebung im Darmgewebe der Maus massiv deregulieren. Wobei die Forscher zu ihrer Überraschung herausfanden, dass sogar im Fall eines ersten onkogenen Treffers die mutierte prä-onkogene Zelle, oder Keimzelle, einen negativen Einfluss auf ihre Nachbarn ausübt. Dieser Prozess erhöht die Chance auf weitere onkogene Treffer, die wiederum zu Krebs führen können“, erklärt Coautor Benjamin Simons, University of Cambridge. Untersucht wurden die Auswirkungen von zwei separaten ersten onkogenen Hits (KRAS bzw. PI3K).

Die Autoren konnten aber auch belegen, dass die Unterdrückung von Signalen, die von der onkogenen Mutante ausgehen, den negativen Einfluss auf die normalen Stammzellen lindert, was den Weg für künftige Interventionen öffnen könnte.

Referenz:
IMBA Vienna, University of Cambridge
Tracing oncogene-driven remodelling of the intestinal stem cell niche, Nature 2021, https://www.nature.com/articles/s41586-021-03605-0

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Gen-Editierung senkt Cholesterinwerte dauerhaft

Ein internationales Forschungsteam unter Leitung der Universität Zürich (UZH) konnte zeigen, dass hohe LDL-Cholesterinwerte, die zu den größten Risikofaktoren von Herz-, Kreislauferkrankungen zählen, mit einer neuartigen präzisen Methode der Gen-Editierung dauerhaft gesenkt werden können. Das Team schleuste eine einzelne Punktmutation in das Gen ein, welches das Enzym PCSK9 kodiert. Dieses Protein ist an der Aufnahme von Cholesterin aus dem Blut in die Zellen beteiligt.

Die verwendete Technologie der Gen-Editierung basiert auf sogenannten Basen-Editoren. Diese Proteine können im DNA-Molekül einen einzelnen „Buchstaben“ eines Gens auswechseln. Ein Adenin (A) wird so zum Beispiel zu einem Guanin (G).
Um das Werkzeug kontrolliert in die Leber zu platzieren, adaptierten die Forschenden die RNA-Technologie, die in COVID-19-Impfstoffen verwendet wird. Anstatt jedoch eine RNA, die für das Spike-Protein von SARS-CoV2 kodiert, in Lipid-Nanopartikel einzuhüllen, taten sie dies mit einer RNA, die für den Adenin-Basen-Editoren kodiert.
Die Verbindungen aus RNA und Lipid-Nanopartikeln wurden zwei Tierarten intravenös verabreicht, was zur Aufnahme und einer vorübergehenden Produktion des Basen-Editor-Werkzeugs in der Leber führte. Bei Mäusen konnten so bis zu zwei Drittel der PCSK9-Gene dauerhaft verändert werden, bei Makaken rund ein Drittel. In beiden Fällen führte dies zu einer deutlichen Senkung des LDL-Cholesterinspiegels.

Mit dieser präzisen und effizienten Methode eröffnen sich neue Therapieperspektiven für Patienten mit familiärer Hypercholesterinämie, einer vererbten Form von hohen Cholesterinwerten. Da etwa 30 Prozent aller erblichen, krankmachenden Mutationen von einzelnen fehlgeleiteten Basen verursacht werden, könnten sich künftig auch Störungen des Aminosäuren-Haushalts oder des Harnstoffzyklus auf diesem Weg behandeln lassen.

Referenz:
Universität Zürich
In vivo adenine base editing of PCSK9 in macaques reduces LDL cholesterol levels, Nature Biotech 2021; https://www.nature.com/articles/s41587-021-00933-4

#geneditierung #cholesterin #basentausch #hypercholesterinaemie #mutation #enzym #rna #medizin #medimpressions

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Computerspiele für Forscher

Je größer und umfassender Netzwerke sind, desto schwieriger wird auch ihre Darstellung auf dem Bildschirm. Dies betrifft auch die Interaktion verschiedener Proteinkomplexe im menschlichen Körper. Der Netzwerkwissenschaftler Jörg Menche und seine Forschungsgruppe am CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin entwickelten nun eine Virtual Reality-Plattform, die es ermöglicht, riesige Datenmengen und deren komplexes Zusammenspiel auf eine einzigartige, intuitive Weise zu untersuchen. Dabei bedienten sie sich der Technologie, die normalerweise in der Entwicklung von 3-D-Computerspielen genutzt wird.

Der menschliche Körper stellt mit seinen rund 20.000 Proteinen, die im menschlichen Genom codiert sind und miteinander interagieren, ein riesiges komplexes Netzwerk dar. Stellt man die Protein-Interaktionen dar, entsteht ein kaum darstellbares Bild aus rund 18.000 Punkten – Proteinen – und rund 300.000 Strichen zwischen diesen Punkten.
Um dieses Bild „lesbar“ zu machen, schafften es die ForscherInnen erstmals, die Gesamtheit der Proteininteraktion sichtbar zu machen, um das riesige und komplexe Netzwerk interaktiv erkunden zu können.

Die 3-dimensionale Darstellung kann insbesondere bei der Identifikation seltener Gendefekte wichtig und entscheidend für therapeutische Maßnahmen sein. „Unsere Studie stellt einerseits einen wichtigen „Proof of concept“ unserer VR-Plattform dar, andererseits zeigt sie unmittelbar das enorme Potenzial der Visualisierung molekularer Netzwerke“, so Projektleiter Menche. „Gerade bei seltenen Erkrankungen, schweren Immunerkrankungen, können Proteinkomplexe, die mit spezifischen klinischen Symptomen assoziiert werden, genauer analysiert werden, um Hypothesen über ihre jeweiligen pathobiologischen Mechanismen zu entwickeln. Dies erleichtert die Annäherung an Erkrankungsursachen sowie infolge die Suche nach gezielten therapeutischen Maßnahmen.“

Referenz:
CeMM, St. Anna Kinderkrebsforschung Wien
VRNetzer: A Virtual Reality Network Analysis Platform, Nature Communications 2021; https://www.nature.com/articles/s41467-021-22570-w

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Deep Learning identifiziert 165 neue Krebsgene

Wenn Krebszellen außer Kontrolle geraten, sind in aller Regel DNA-Veränderungen in Krebsgenen daran schuld. Doch einige Krebsarten entstehen bereits bei nur sehr wenigen mutierten Genen. In diesen Fällen führen andere, wenig verstandene Ursachen zur Erkrankung.

Ein Forschungsteam vom Max-Planck-Institut für molekulare Genetik in Berlin und das Institut für Computational Biology des Helmholtz Zentrums München hat nun einen neuen Algorithmus entwickelt, der mit Hilfe von maschinellem Lernen 165 zuvor unbekannte Krebsgene identifizierte. Von diesen Genen sind längst nicht alle mutiert – die neu entdeckten Gene stehen jedoch alle in engem Austausch mit bereits bekannten Krebsgenen. Überdies sind sie überlebenswichtig für Tumorzellen, wie sich im Zellkulturexperiment herausstellte.

Das auf den Namen „EMOGI“ getaufte Programm kann auch erklären, welche zellulären Zusammenhänge jedes der identifizierten Gene zu einem Krebsgen machen. Dazu kombiniert das Programm zehntausende Datensätze aus Patientenproben. Diese enthalten neben Sequenzdaten mit Mutationen auch Informationen über DNA-Methylierungen, die Aktivität einzelner Gene und Interaktionen von Proteinen, die an zellulären Signalwegen beteiligt sind. Ein Deep-Learning-Algorithmus erkennt in diesen Daten die Muster und molekularen Gesetzmäßigkeiten, die zu Krebs führen. So wurden z. B. Gene identifiziert, deren Sequenz bei Krebs meist unverändert bleibt, die jedoch trotzdem für den Tumor unverzichtbar sind, weil sie beispielsweise die Energiezufuhr regulieren.
In der Klinik helfen diese Daten für Erkrankte die jeweils beste Therapie zu finden – also die wirksamste Behandlung mit den wenigsten Nebenwirkungen. Zudem lässt sich anhand der molekularen Eigenschaften eine Krebserkrankung schon frühzeitig erkennen.

Referenz:
MPIMG Berlin, Helmholtz Zentrum München
Integration of Multi-Omics Data with Graph Convolutional Networks to Identify New Cancer Genes and their Associated Molecular Mechanisms, Nature Mach Intell 2021;

https://www.nature.com/articles/s42256-021-00325-y

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Neue Medikamente in Sicht: Molecular Glue Degraders

„Molecular Glue Degraders“ sind eine immer mehr ins Zentrum der Aufmerksamkeit rückende, bislang aber wenig erforschte Klasse kleiner Wirkstoffe, welche den Abbau von Proteinen induzieren (targeted protein degradation, TPD), die gemeinhin als medikamentös inert gelten. Degrader bewirken eine Neuprogrammierung des zellulären Proteinqualitätskontrollsystems, der sogenannten E3-Ubiquitin-Ligase, die schädliche Proteine erkennt und markiert, damit diese von der zellulären Müllabfuhr abgebaut werden können.

Forscher am CeMM, dem Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, haben nun eine Strategie beschrieben, welche erstmals die rationale und hochgradig skalierbare Entdeckung von neuen Molecular Glue Degraders ermöglicht.

Die Wissenschaftler entwickelten zelluläre Systeme mit stark eingeschränkter E3-Aktivität, um gezielt potenzielle Molecular Glue Degraders zu ermitteln. Gesucht wurde speziell nach Degradern, die das Wachstum von Blutkrebszellen unterbinden. Um die aussichtsreichsten Wirkstoffe zu charakterisieren, integrierten sie funktionelle Genomik mit Proteomik. Dies führte interessanterweise zur Entdeckung neuer Molecular Glues, die den Abbau des Proteins Cyclin-K induzieren, das in verschiedenen Krebsarten eine wesentliche Rolle spielt. Dieser molekulare Wirkmechanismus wurde bisher noch nie therapeutisch verwendet.

Georg Winter, Principal Investigator der Studie meinte dazu: „Das ist das erste Kapitel von vielen – wir werden eine Revolution der Art und Weise erleben, wie Forscher therapeutische Strategien für bislang unheilbare Erkrankungen planen und ausführen.“

Referenzen:
CeMM https://cemm.at/news/
Rational discovery of molecular glue degraders via scalable chemical profiling; 3.8.2020; Nature Chemical Biology;
https://doi.org/10.1038/s41589-020-0594-x

#mgd #tpd #degrader #e3s #cemm #leukämie #proteomik #cyclink #medizin #medimpressions

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