Analyse des Epigenoms und dessen Regulation bei Neuroblastom

Das Neuroblastom (NB) ist eine pädiatrische Krebserkrankung des sympathischen Nervensystems und stellt einen der häufigsten soliden Tumore im Kindesalter dar. Mehrere Studien hatten in den letzten Jahren bereits die komplexe genetische Natur von NB analysiert, konnten jedoch die Heterogenität der Krankheit und das Fehlen von rekurrierenden somatischen Mutationen nicht komplett erklären. Dies unterstreicht die Notwendigkeit, den Zusammenhang zwischen genetischen Faktoren und epigenetischen Modifikationen im Rahmen von NB zu erforschen. Epigenetische Modifikationen sind vererbbare Veränderungen, die an der DNA entstehen, ohne dass die DNA-Sequenz an sich verändert wird. Epigenetische Mechanismen sind von zentraler Bedeutung für normale und krankhafte Prozesse. Das Erforschen der epigenetischen Architektur und der Gene, die von diesen Modifikationen kontrolliert werden, ergibt somit einen alternativen Forschungsansatz, um neue Mechanismen zu identifizieren, die mit NB in Verbindung stehen. In diesem Forschungsprojekt werden wir die Rolle der verschiedenen epigenetischen Aspekte in unterschiedlichen NB-Modellen mit einer Reihe von molekularbiologischen und biochemischen Technologien systematisch untersuchen. Wir erwarten, dass unsere Forschungsergebnisse eine Plattform für die Entwicklung neuartiger Biomarker bieten werden, die bessere diagnostische Möglichkeiten und das Screening neuer Medikamente ermöglichen, wodurch der Weg für innovative und verbesserte Behandlungsmöglichkeiten ermöglichen werden sollte.

Das Neuroblastom (NB) ist eine der häufigsten pädiatrischen Krebserkrankungen, bei der mehr als 90% der metastasierten NB-Tumoren im Knochenmark (KM) auftreten, was zu einem ungünstigen klinischen Ergebnis führt. Das Knochenmark bietet eine einzigartige Mikroumgebung, die das Wachstum von Tumoren fördert. Die Rollen der verschiedenen Knochenmarkzellen, deren molekulare Eigenschaften und Interaktionen mit Tumorzellen sind jedoch großteils unbekannt. Wir erstellten Einzelzell-Transkriptom- und Epigenom-Profile von KM-Aspiraten in verschiedenen NB-Subgruppen, um: (i) Unterschiede in der zellulären Plastizität zwischen NB-Subtypen in metastatischen und primären Tumoren zu untersuchen, (ii) die Interaktionen zwischen Tumorzellen und KM-Zellgruppen zu erforschen und (iii) Metastasen-induzierte Veränderungen im BM zu entschlüsseln. Unsere Studien zeigten, dass der Tumorphänotyp bei der Metastasierung über verschiedene NB-Subtypen hinweg im Vergleich zu Primärtumoren konserviert ist. Die Untersuchung der Zusammensetzung der KM-Mikroumgebung in NB-Subtypen ergab eine abweichende Präsenz verschiedener Immunzellen in NB-Metastasen im Vergleich zu Kontrollen. Darüber hinaus senden NB-Zellen Signale an die KM-Mikroumgebung und fördern ein entzündliches Umfeld, das durch die Aktivierung von pro- und anti-inflammatorischen Programmen und die Expression tumorfördernder Faktoren gekennzeichnet ist. Schließlich wurden die in dieser Studie identifizierten Moleküle, die die Kommunikation zwischen Tumor- und BM-Zellen vermitteln, in den letzten Jahren intensiv als neue therapeutische Ziele bei verschiedenen Tumoren untersucht. Die aktuellen genetischen Studien bieten einen Rahmen für ein klassisches Panel für das genetische Screening von NB, aber nur etwa 30% der NB-Fälle haben einen klar definierten genetischen Faktor. Epigenetische Veränderungen treten bei allen Krankheiten auf, und die Identifizierung einer epigenetischen Komponente wird den Weg für bessere Diagnose- und Behandlungsansätze bei NB öffnen. Um das komplizierte Zusammenspiel zwischen Chromatin und damit verbundenen epigenetischen Mechanismen bei der Kontrolle der Genexpression und die Entscheidungen über das Zellschicksal sowie deren Rolle bei der Pathogenese von NB zu erfassen, (1) untersuchten wir, wie ATRX-Mutationen (ein Chromatin-Remodeler) die Funktion und Interaktionen mit anderen epigenetischen regulatorischen Elementen beeinflussen, was zu einer aberranten Chromatin-Landschaft und einer nachgeschalteten Genexpression führt, wie sie bei NB mit hohem Risiko gefunden wird. Unter Berücksichtigung des Entwicklungsaspekts des NBs (2) schlossen wir die Lücken bei der Identifizierung der Stadien während der sympathoadrenalen Differenzierung, in denen ATRX-Mutationen den Entwicklungsverlauf verzerren und zum Beginn der Tumorentstehung führen. Letztlich identifizierten diese Studien die ATRX-assoziierten Proteine, die das Epigenom in den sich entwickelnden Geweben des NBs regulieren, und lieferten eine umfassende Charakterisierung der ATRX-bezogenen transkriptionellen und epigenetischen Entwicklungsveränderungen, die die Bildung des NBs erfassen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass wir einen zellulären Atlas des NBs über alle Subgruppen hinweg erstellten, der die jeder NB-Subgruppe zugrunde liegenden zellulären Zustände definiert und die Determinanten der intra- und intertumoralen Heterogenität entschlüsselt. Wichtig ist, dass die in unserer Studie identifizierten Liganden/Rezeptor-Paare und Mitglieder des ATRX-Proteinkomplexes in normalen und krankheitsbedingten Zuständen pleiotrope Rollen spielen und neue molekulare Ziele für therapeutische Möglichkeiten bei NB bieten.