Epigenetische Risikoabschätzung und Biomarker-Entwicklung für Brustkrebs (EpiMark)

Trotz der Verfügbarkeit von neuen Chemotherapeutika und Fortschritten in der Früherkennung ist Brustkrebs immer noch die häufigste Krebserkrankung bei Frauen in der entwickelten Welt. Epigenetische Veränderungen sind im primären Mammakarzinom allgegenwärtig. Aber über die umweltbedingten und endogenen Ursachen dieser Veränderungen ist wenig bekannt. Diesem Projekt liegt die Hypothese zugrunde, dass Umweltfaktoren und endogene Signale zu Veränderungen in genomweiten DNA-Methylierungsmustern führen und damit zur Entstehung von Brustkrebs beitragen; und dass diese epigenetischen Veränderungen als Biomarker in der primären und sekundären Brustkrebs-Prävention dienen können. Das Projekt hat drei Hauptziele: (1) Veränderungen der genomweiten DNA-Methylierung bei Brustkrebs im primären Tumor und in Surrogat-Gewebe in einer großen Stichprobe von mehreren tausend Probanden aus einer prospektiven Kohortenstudie zu identifizieren, (2) umweltbedingte und endogene Ursachen dieser Veränderungen zu bestimmen, und (3) Biomarker für Brustkrebs auf Basis der DNA-Methylierung zu identifizieren und zu validieren. Dieses Projekt basiert auf der European Prospective Investigation in Cancer and Nutrition (EPIC) Kohorte einer Studie, die von 23 Zentren in 10 europäischen Ländern getragen wird. Diese Studie wird einzigartige Einblicke in die Rolle von Risikofaktoren für epigenetische Veränderungen in Brustkrebs bieten und Ziele für neue Biomarker und präventive Strategien identifizieren. Innerhalb von EpiMark wird der Beitrag der Arbeitsgruppe von Christoph Bock am CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin (http://epigenomics.cemm.oeaw.ac.at) und der Biomedical Sequencing Facility (http://biomedical-sequencing.at) vor allem im Bereich der Hochdurchsatz-Analyse von DNA- Methylierung in gefrorenen und Formalin-fixierten Patientenproben sowie der integrative bioinformatische Analyse der so erzeugten Datensätze liegen.

Dieses Projekt war Teil einer europäischen Initiative mit dem Ziel, eine robuste Assoziation von Veränderungen der DNA-Methylierung und der Entwicklung von Brustkrebs zu identifizieren und eine solche Assoziation als einen möglichen Biomarker zu etablieren. In dem von Internationale Agentur für Krebsforschung (IARC) der Weltgesundheitsorganisation (WHO) koordinierten Projektkonsortium konzentrierte sich der Beitrag von CeMM auf die Entwicklung und Anwendung von Methoden zur Analyse der DNA-Methylierung in Patientenproben. Aus dem CeMM-Beitrag zum TRANSCAN EpiMark-Projekt sind vier Hauptergebnisse hervor- gegangen, von denen drei bereits zu einer wissenschaftlichen Veröffentlichung in einer hoch- karätigen Zeitschrift geführt haben: 1. Wir haben eine Hochdurchsatz-Pipeline für die DNA-Methylierungsanalyse entwickelt, die auf einem optimierten RRBS-Protokoll basiert (https://doi.org/10.1016/j.celrep.2015.11.024). Mit diesem Protokoll haben wir die >1.000 Proben für das TRANSCAN EpiMark Projekt sowie eine große Anzahl zusätzlicher Proben in Zusammenarbeit mit Forschern weltweit prozessiert. 2. Ergänzend zum Fokus des RRBS-Protokolls auf hohen Probendurchsatz haben wir ein Protokoll namens WGBS/scWGBS für die DNA-Methylierungsanalyse mit geringem Input und Einzelzellen entwickelt (https://doi.org/10.1016/j.celrep.2015.02. 001). Dieses Protokoll eröffnet neue Möglichkeiten für die Analyse von Tumorheterogenität und zellfreier Plasma- DNA. 3. Um die DNA-Methylierungsunterschiede zwischen verschiedenen Proben zu analysieren, haben wir das LOLA-Softwaretool (ein R/Bioconductor Package) für die Analyse genomischer Regionen entwickelt (https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btv612). Mit über 3.500 Downloads wird diese Software bereits häufig für die Analyse von genomischen Daten verwendet. 4. Besonders zentral für das TRANSCAN EpiMark Projekt war die mit dem RRBS-Protokoll durchgeführte DNA-Methylierungsanalyse von >1.000 Proben aus einer prospektiven Brust- krebs-Risiko-Kohorte und Referenzproben, die vom Konsortium zur Verfügung gestellt wur- den. Der resultierende Datensatz bildet die Grundlage für laufende Analysen der Projektpartner. Eine Veröffentlichung auf Konsortialebene ist geplant und in Vorbereitung.