Deregulation von microRNAs im Medulloblastom

Das Medulloblastom (MB) ist einer der bösartigsten und häufigsten Hirntumoren bei Kindern und besteht aus vier molekularen Subtgruppen: Wingless (WNT), Sonic Hedgehog (SHH), Gruppe 3 und Gruppe 4. microRNAs (miRNAs) sind 21-25 Nukleotid lange nicht-kodierende RNAs,die die Genexpressionposttranslational durch Basenpaarungmit der komplementären mRNA-Sequenzregulieren. Schätzungsweise werden ca. 60% der menschlichen Gene durch miRNAs reguliert. Eine Veränderung der miRNA-Expression wurde in verschiedenen Krebsarten nachgewiesen und mit Tumorgenese, Chemoresistenz, Invasion und Metastasierung in Verbindung gebracht. Eine Studie zur Identifizierung von deregulierten miRNAs im Medulloblastom wurde bis heute nicht durchgeführt. Um ein solches miRNA Expressionsprofil zu erstellen, werden 150 Gewebeproben bekannter MB Subgruppen und der neu identifizierten Subtypen innerhalb der vier Subgruppen mittels Sequenzierungder kleinen RNA-Fraktion analysiert. Das gesamtemiRNA Expressionsmuster wird mit den verschiedenen Subgruppen/Subtypen verglichen, um ein spezifisches miRNA Muster zu erkennen. Die verschiedenen deregulierten miRNAs werden mittels RT-qPCR validiert und auf ihre Eignung als Serum/ Liquor basierter Biomarker geprüft, um der Früherkennung oder Prognose der Krankheit zu dienen. Üblicherweise werden invasive Biomarker häufig für die personalisierte Behandlung eingesetzt, trotzdem besteht ein enormer Bedarf an neuen nichtinvasiven Markern. Extrazelluläre Vesikel (EVs) sind kleine membranumschlossene Partikel, die massiv von Krebszellen sezerniert werden und allerhand Informationen über den Tumor enthalten. EVs stellen eine "liquid biopsy" Plattform für die minimalinvasive Diagnose von Tumoren dar. Überexprimierte miRNAs werden ausgewählt, um diese im Serum/ Liquor oder in EVs von MB Patienten nachzuweisen. Die Neuheit dieses Projektes besteht darin, dass Gewebe von mehr als 150 Medulloblastomen verwendet wird, um eine deregulierte miRNA-Signatur zu identifizieren und diese mit einer definierten Subgruppe/Subtyp zu verknüpfen. Die Identifizierung einer veränderten miRNA Expression wird zu einem besseren Verständnis der Tumorgenese führen, welche einen kritischen Schritt in der Entwicklung von dauerhaft wirksamen Behandlungen für Kinder darstellt. Die Möglichkeit deregulierte miRNAs als "liquid biopsy" Plattform für eine minimalinvasive Tumordiagnostik zur Früherkennung einzusetzen, könnte das Leben vieler Kinder verbessern.

Tumore im zentralen Nervensystem (ZNS) sind bei Kindern die zweithäufigste Art von malignen Erkrankungen und die führende Ursache für krebsbedingte Todesfälle in dieser Altersgruppe. Unter den Hirntumoren im Kindesalter ist das Medulloblastom (MB) einer der gefährlichsten und am häufigsten auftretenden Tumore und lässt sich in. vier molekulare Gruppen unterteilen: Wingless (WNT), Sonic Hedgehog TP53-mutiert/TP53-wildtyp (SHH), Gruppe 3 und Gruppe 4. Kürzlich wurden diese Gruppen weiter in verschiedene Subtypen unterteilt. Mikro-RNAs (miRNAs) sind kleine, nicht-kodierende RNA-Moleküle von 21-25 Nukleotiden Länge, die die Genexpression nach der Transkription durch Bindung an komplementäre mRNA-Sequenzen regulieren. Anhand eines miRNA-Expressionsdatensatzes aus 80 Tumoren konnten wir das MB nach Gruppen einteilen und spezifische miRNAs identifizieren. Extrazelluläre Vesikel (EVs) sind kleine membranumhüllte Vesikel, die von Krebszellen in großer Menge abgegeben werden und umfassende Informationen über den jeweiligen Tumor enthalten und daher als Plattform für die minimal-invasive Diagnose von Tumoren dienen könnten. Unser Ziel bestand darin, eine miRNA-Signatur für die flüssige Biopsie zu verwenden, um zwischen verschiedenen Hirntumoren im zu unterscheiden. Dazu haben wir EVs aus verschiedenen Zelllinien von pädiatrischen Hirntumoren, Kurzzeitkulturen, frisch entnommenen Tumorproben und Liquorproben isoliert und eine Sequenzierung miRNAs durchgeführt. In der EV-Fraktion von MB der Gruppe 3 haben wir stark erhöhte miRNAs identifiziert, darunter Mitglieder der miR-183/182/96-Familie, miR-1290 und miR-375-3p. Des Weiteren zeigten EVs aus einer ETMR-Zelllinie eine signifikante Hochregulierung von Mitgliedern des C19MC-Clusters. In allen Liquorproben konnten wir miRNAs identifizieren, jedoch wiesen Tumorproben im Vergleich zu Kontrollproben eine größere Anzahl von miRNAs auf. Durch Gruppierung der Proben basierend auf ihrer EV-miRNA-Signatur konnten wir eine klare Trennung von MB und anderen Hirntumoren feststellen. Bei weiteren Untersuchungen stellten wir fest, dass die Mehrheit der etablierten Zelllinien dem Subtyp II angehörte, der eine starke Hochregulierung des miR-183/182/96-Clusters zeigte. Anschließend haben wir die Eignung dieser miRNAs als potenzielle Instrumente für die flüssige Biopsie untersucht. In unserer Kohorte, die aus 20 Tumoren der Gruppe 3 bestand, gehörten nur 5 zu den Subtypen mit erhöhter Expression. Im Allgemeinen zeigten miR-182-5p und miR-183-5p eine höhere Expression bei MB-Patienten der Gruppe 3. Bei einem Patienten mit MYC-Amplifikation konnten wir den Krankheitsverlauf von der Diagnose bis zur Progression und Metastasierung anhand der Expressionsmuster von miR-182-5p und miR-183-5p verfolgen. Derzeit arbeiten wir daran, die Größe unserer Kohorte zu erweitern, um unsere Forschungsbemühungen weiter zu verbessern. Vor allem hochaggressive und tödliche Hirntumore, so genannte ETMRs, weisen eine einzigartige zellfreie miRNA-Signatur auf. Diese Tumoren sind durch eine Amplifikation des C19MC miRNA-Clusters gekennzeichnet, der 58 miRNAs umfasst. Mit Hilfe von miR-517a haben wir eine zuverlässige und effiziente Methode zum schnellen Nachweis von tumorbedingter miRNA speziell bei ETMR-Patienten entwickelt. Diese Methode bietet den Vorteil, dass sie nur minimale Kosten und Ausrüstungsanforderungen mit sich bringt und Testergebnisse innerhalb einer kurzen Durchlaufzeit von nur 4 Stunden liefert.