Klonale Komplexität des Glioblastoms

Zielgerichtete Therapien stellen einen Meilenstein in der Krebstherapie dar. Während sie sich bei einigen Krebserkrankungen als wahre Wunderwaffen entpuppen, bleibt der gewünschte Erfolg bei anderen aus. Als Ursache dafür wird die Tumorheterogenität angesehen. Heterogenität bedeutet, dass nicht alle, sondern nur ein Teil der Tumorzellen durch die Therapie gezielt bekämpft wird; ähnlich einem Baum, der nicht am Stamm, sondern an kleineren Seitenästen abgesägt wird. Die Tumorheterogenität ist für ein schlechtes Therapieansprechen, ein frühes Tumorrezidiv und ein kurzes Überleben der Patienten verantwortlich. Dennoch wird sie in der Klinik nicht standardmäßig erfasst und spielt bei Therapieentscheidungen eine meist untergeordnete Rolle. Das Glioblastom ist ein prototypisches Beispiel für einen genetisch heterogenen Tumor. Aber wie heterogen ist heterogen? Wie sind die unterschiedlichen Tumorzellklone räumlich und zeitlich verteilt und ist das von klinischer Bedeutung? In diesem Projekt stellen wir die Hypothese auf, dass Anzahl und Zusammensetzung der Tumorzellklone variieren. Dabei gilt: je komplexer, umso Therapie-resistenter. In unserem methodischen Ansatz kombinieren wir Tiefensequenzierungen mit anspruchsvollen räumlichen und zeitlichen Modellierungen und einem ex-vivo Modell, das ein Testen der Wirksamkeit von Medikamenten bei erhaltener Tumorheterogenität erlaubt. Das transformative Potential dieses Projekts liegt nicht nur darin, die Tumorheterogenität einen Schritt weiter zu einem klinischen Biomarker zu entwickeln, sondern sie durch ein besseres mechanistisches Verständnis letztlich direkt beeinflussen zu können.

Das vorliegende Projekt untersuchte die räumliche genetische Architektur des Glioblastoms, eines prototypischen Beispiels für einen Tumor mit hoher molekularer Heterogenität und dadurch hoher endogener Behandlungsresistenz. In unserem Ansatz kombinierten wir tief sequenzierte Exom-Profile von 75 multiregionalen Proben von 16 Patienten mit klinischer und therapeutischer Annotation, sowie funktioneller Validierung in kultivierten und behandelten Tumorschnitten, die u.a. mittels räumlich aufgelöster RNA Sequenzierung analysiert wurden. Die phylogenetische Entwicklung folgte grob zwei Mustern, linear und verzweigt, mit durchschnittlich 6 Subklonen pro Tumor. Die Entstehung neuer Klone, die durch genetische Treiberveränderungen definiert sind, schien auch durch die Lage des Tumors und das Alter des Patienten beeinflusst zu werden. Ebenso variierten die Tumore in ihrer molekularen Diversität wie der genetischen Distanz nach Nei. Diese korrelierte mit der physischen Ausdehnung nur bei Tumoren mit geordneted räumlichen Mustern (d.h. weniger zelluläre Durchmischung am ehesten aufgrund weniger beweglicher Klone). In diesem vorläufigen Rahmen fanden wir Hinweise auf eine klinische Relevanz mit einer kürzeren Zeit bis zur Tumorprogression bei Patienten deren Tumorproben eine hohe genetische Distanz aufwiesen (p=0,013) und einem nicht signifikanten Trend zu einem schlechteren Überleben von Patienten mit zufälliger räumlicher Heterogenität (p=0,35). Funktionelle Experimente ermöglichten es uns, die genetische Diversität mit unterschiedlichen Signalwegen zwischen Tumoren, die auf die Behandlung ansprechen, und solchen, die nicht darauf ansprechen, in Verbindung zu bringen, wobei EMT und angiogene Signalwege eine wichtige Rolle spielen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich Glioblastome in ihrer molekularen Vielfalt und deren räumlichen Muster unterscheiden, mit ersten Hinweise für eine klinische Relevanz, die in größeren prospektiven Kohorten validiert werden muss. Die Ergebnisse sprechen dafür, die Erstellung multiregionaler Tumorprofile auch in der Routinediagnostik einzusetzen, und weisen auf die Tumorzellmotilität als eine potenzielle Achillesferse hin, um eine zufällige "durchmischte" Anordnung der Klone in geordnetere räumliche Muster zu revertieren und dadurch die Behandlungseffizienz zu steigern. Komplementäre Erkenntnisse aus anderen Krebsarten, einschließlich solchen außerhalb des Gehirns, deuten auf ein gemeinsames Prinzip, das letztlich für viele Patienten mit unterschiedlichen Krebserkrankungen relevant sein könnte.