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Als Telomere bezeichnet man die aus einzelsträngiger DNA und Proteinen bestehenden Endkappen unserer Chromosomen, die für die Stabilität und den Schutz der Chromosomen entscheidend sind. Telomeropathien sind seltene Multi-System-Erkrankungen, die durch eine mutations-bedingte frühzeitige Verkürzung von Telomeren verursacht werden und zur frühzeitigen Alterung der Zellen führen. Diese Mutationen betreffen Proteine, die wichtig für die Stabilität, die Synthese oder das Verlängern der Telomere sind. In geschätzt 30% der Fälle ist die ursächliche Mutation jedoch nicht bekannt.In dieser Studie konnten wir in vier Individuen mit Telomeropathie-Erkrankung drei unterschiedliche missense Mutationen im Gen RPA1 identifizieren und bringen damit zum ersten Mal RPA1 mit Telomeropathien in Verbindung. Das Gen kodiert für Replikations-Protein A1 (RPA1), welches Einzelstrang DNA bindet und schützt und essentiell für die Verdoppelung und die Reparatur der DNA ist. Zwei der von uns identifizierten RPA1 Mutationen führten in Zellkultur-Experimenten zu einer stärkeren Bindung an Einzelstrang-DNA und Telomersequenzen, sind also sogenannte „Gain-of-Function“ Mutationen, die dritte identifizierte RPA1 Mutation hatte keinen relevanten Einfluss auf die Bindungskapazität. Wir nehmen an, dass die RPA1 Mutationen möglicherweise andere Telomer-erhaltende Proteine daran hindern, Zugang zur DNA zu bekommen, wodurch es zu einer schnelleren Erosion der Telomere kommt.

Interessanterweise haben wir in einem Fall weitere, später erworbene genetische Veränderungen in blutbildenden Zellen entdeckt, die die RPA1 Gain-of-Function Mutation durch verschiedene Mechanismen eliminieren. Diese Art der „natürlichen“ Gentherapie konnten wir in einer früheren Studie auch bei MDS Patient*innen mit Genveränderungen in den Genen SAMD9 oder SAMD9L nachweisen. Diese „natürliche“ Gentherapie liefert entscheidende Hinweise für eine zukünftig mögliche Behandlung und Heilung mit einer kontrollierten Gentherapie.

Natürliche Gentherapie bei Blutkrebs im Kindesalter häufiger als angenommen: Studie zu Blutkrebs bei Kindern

Um die Entwicklung einer seltenen Blutkrebs-Art bei Kindern besser zu verstehen, haben Forscher*innen des Universitätsklinikums Freiburg 18 Jahre intensiv geforscht und jetzt wichtige neue Erkenntnisse in Nature Medicine veröffentlicht.

Seltene Krankheiten sind schwer zu erforschen. Denn die meisten Ärzt*innen sehen in ihrem Berufsleben höchstens wenige Betroffene. Gleichzeitig stehen seltene Erkrankungen oft modellhaft für Prinzipien in der Medizin.

Wie wichtige daher Fortschritte bei seltenen Erkrankungen sind, zeigen nun Wissenschaftler*innen des Universitätsklinikums Freiburg gemeinsam mit internationalen Kolleg*innen. Sie untersuchten in einer seit 1998 laufenden internationalen Studie genetische Veränderungen bei Kindern mit myelodysplastischem Syndrom, kurz MDS. Die beteiligten Forscher*innen zeigten, dass etwa acht Prozent der Betroffenen vererbbare Genveränderungen in denen Genen SAMD9 oder SAMD9L haben, die ursächlich für die Krankheit sind. Die Genveränderungen in SAMD9/SAMD9L führen zu einer Wachstumshemmung der Blutstammzellen im Knochenmark. In 61 Prozent der Fälle konnten die Forscher zeigen, dass die Stammzellen weitere Genveränderungen erwerben, die das erkrankte Gen ausschalten. Bei einigen Patienten führten diese zusätzlichen Veränderungen dazu, dass die Erkrankung aggressiver wurde, bei anderen Patienten konnte das erkrankte Gen erfolgreich stillgelegt werden, und der Patient war geheilt.  Von dieser Art der „natürlichen“ Gentherapie können die Wissenschaftler*innen nun lernen, wie die Krankheit gezielt behandelt werden könnte. Die Studie wurde am 7. Oktober 2021 im renommierten Fachmagazin Nature Medicine veröffentlicht und stellt eine wichtige Grundlage für die Entwicklung diagnostischer und therapeutischer Ansätze dar.

„Wir konnten in unserer Studie zeigen, dass bestimmte natürliche genetische Veränderungen die MDS ausbremsen. Bei manchen Patient*innen konkurrierten auch krebsfördernde und krebshemmende Genveränderungen in den Krebszellen um die Vorherrschaft. Diese „natürliche“ Gentherapie liefert uns entscheidende Hinweise darauf, wie wir zukünftig Patienten mit einer „künstlichen“ Gentherapie behandeln und heilen könnten“, sagt Prof. Dr. Charlotte Niemeyer. Die Ärztliche Direktorin der Klinik für Pädiatrische Hämatologie und Onkologie des Universitätsklinikums Freiburg leitet seit 1998 die europäische Studie EWOG-MDS zur Erforschung von myelodysplastischen Syndromen (MDS) und juveniler myelomonozytärer Leukämie (JMML) im Kindesalter. Ziel dieses weltweit größten pädiatrischen MDS-Registers ist, die Erkrankung in all ihren Facetten von der Diagnostik über die Therapie und die klinische Prognose zu untersuchen.

Die Untersuchungen der veränderten Gene legen den Grundstein, um den Veränderungsprozess zukünftig im Detail erforschen und verstehen zu können. „Wir wollen herausfinden, wie wir die entsprechenden Gene manipulieren können“, sagt Studienleiter Dr. Marcin Wlodarski, der die Arbeiten am Universitätsklinikum Freiburg begann und mit seiner Arbeitsgruppe am St. Jude Children’s Hospital in Memphis, USA, erfolgreich weiterführte.

„Die Studie ist ein hervorragendes Beispiel dafür, wie Grundlagenforschung und klinische Forschung in der universitären Spitzenmedizin ineinandergreifen. Sie zeigt außerdem, dass ein langer Atem gerade bei der Erforschung seltener Krankheiten enorm wichtig ist“, so Prof. Dr. Lutz Hein, Dekan der Medizinischen Fakultät der Universität Freiburg.

Forscherinnen und Forschern des Universitätsklinikums Tübingen ist es gelungen, neue molekularen Mechanismen für die Leukämieentstehung zu identifizieren. Ihre Erkenntnisse, die aktuell in der Fachzeitschrift Cell Stem Cell publiziert wurden, sind ein weiterer Schritt in die gezieltere Behandlung oder Vorbeugung von Leukämie bei Patienten mit angeborenen prä-leukämischen Knochenmarkversagenssyndromen oder de novo Leukämie.

Schwere kongenitale Neutropenie (CN) ist eine seltene hämatologische Erkrankung, die durch eine verminderte Anzahl von Neutrophilen gekennzeichnet ist, einem spezifischen Blutzelltyp, der zum Schutz vor bakteriellen und Pilzinfektionen unerlässlich ist. Betroffene entwickeln bereits kurz nach der Geburt schwere bakterielle Infektionen und ihre einzige mögliche Therapie ist die lebenslange Behandlung mit einem rekombinanten humanen Zytokin, dem Granulozyten-Kolonie-stimulierenden Faktor (G-CSF). Noch wichtiger ist, dass zwanzig Prozent der Patienten mit kongenitaler Neutropenie eine Leukämie entwickeln.

Als Leiterin des Referenzlabors für Diagnostik, Biobanking und Forschung des internationalen Registers für schwere chronische Neutropenien (SCNIR) zielen die Forschungsbemühungen von Prof. Skokowa darauf ab, große Datenmengen von Patientinnen und Patienten mit seltenen Erkrankungen zu analysieren, um deren Diagnose und Behandlung zu verbessern. In der aktuellen Studie im Rahmen des BMBF-Konsortiums „MyPred“ ist es der Arbeitsgruppe von Prof. Skokowa in Zusammenarbeit mit Konsortiums-Mitgliedern aus Freiburg und Hannover gelungen, einen Schlüsselfaktor bei der Leukämieentstehung zu identifizieren und eine vielversprechende neue Therapie zu konzipieren.

Da es für das Fortschreiten der kongenitalen Neutropenie zur Leukämie keine Tiermodelle gibt und die Menge des verfügbaren Materials von betroffenen Patienten begrenzt ist, entwickelten die Forscherinnen und Forscher ein neuartiges Versuchsmodell. Dabei reprogrammierten sie die Blutzellen von Neutropenie-Patienten mithilfe molekularer Methoden in einen frühen embryonalen Zustand – in sogenannte induzierte pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen). Unter Verwendung einer neuartigen Technologie des Gen-Editierens, der so genannten „genetischen Schere“ (CRISPR/Cas9 und Base-Editoren), fügten sie Leukämie-verursachende Genemutationen in die iPS-Zellen ein. Diese Zellen wurden dann kultiviert, um hämatopoetischer Zellen und reifer Neutrophiler zu generieren. Auf diese Weise gelang es den Expertinnen und Experten, in Zellkulturen Leukämiezellen zu generieren, die den primären Leukämiezellen der Neutropenie-Patienten sehr ähnlich sind.

Anhand dieses Modells identifizierten die Forscherinnen und Forschern Gene, die in Leukämiezellen häufiger vorhanden sind als in gesunden Zellen. Um die Relevanz dieser Kandidatengene für die

Leukämieentwicklung zu untersuchen, wurden die Gene im iPS-Modell mit der gleichen CRISPR/Cas9-Technologie inaktiviert. Es zeigte sich, dass die Inaktivierung eines einzigen Gens – BAALC – ausreichte, um den Tod der Leukämiezellen einzuleiten. Durch Analysen der Aktivierung BAALC-abhängigen Gene konnten Prof. Skokowa und ihr Team den molekularen Mechanismus der Leukämieentstehung entschlüsseln und einen niedermolekularen Inhibitor (CMPD1) identifizieren, der Leukämiezellen angreifen kann, ohne gesunde blutbildende Zellen zu beeinträchtigen. Diese wichtige Studie liefert nicht nur ein besseres Verständnis der Krankheitsentwicklung, sondern stellt auch eine vielversprechende therapeutische Option zur Behandlung oder Vorbeugung von akuter myeloischer Leukämie dar.

Autorin: Prof. Julia Skokowa, MD, Ph.D., Universitätsklinikum Tübingen

Die juvenile myelomonozytäre Leukämie (JMML) ist eine seltene Blutkrebsart des frühen Kindesalters. Bisherige Forschungsaktivitäten haben gezeigt, dass sich JMML-Patienten aufgrund bestimmter Erbgutmarkierungen, der DNA-Methylierung, in drei Gruppen einteilen lassen. Je nach Untergruppe können Aussagen über den Krankheitsverlauf getroffen werden. Wissenschaftler des Universitätsklinikums Freiburg haben nun zusammen mit dem Deutschen Krebsforschungszentrum in Heidelberg und internationalen Kollegen auf der Datenbasis von 255 Patienten eine weltweit gültige einheitliche Methodik für den Einsatz des Methylierungsstatus als Biomarker bei der JMML definiert. Je nachdem, wie stark die DNA methyliert ist, lassen sich JMML-Patienten in drei Gruppen einteilen: Patienten, bei denen das Erbgut der Tumorzellen stark methyliert ist, weisen meist Merkmale auf, die mit einem erhöhten Rückfallrisiko nach Stammzelltransplantation verknüpft sind. Bei einer weiteren Patientengruppe, deren Tumorgenom nur schwach methyliert ist, verläuft die Krankheit in der Regel milder. Eine dritte Gruppe hat ein mittleres Maß an DNA-Methylierung. Die Analyse konnte das Methylierungsmuster als einzigen signifikanten unabhängigen Faktor nachweisen, der das Gesamtüberleben bei dieser speziellen Erkrankung vorhersagen kann. Die Methode überprüften die Forscher in einer unabhängigen Patientengruppe und untersuchten darüber hinaus, ob die Analysen auch an verschiedenen Orten und mit unterschiedlichen technischen Gegebenheiten verlässliche Ergebnisse produzieren. Die Ergebnisse der Gruppeneinteilung stimmten in 98 Prozent überein und bewiesen damit eine hohe Zuverlässigkeit der Klassifizierungsmethode. Die Methode zur Klassifizierung ist so konzipiert, dass sie im klinischen Alltag eingesetzt werden kann. „Dank dem internationalen Standardverfahren können JMML-Patienten jetzt zuverlässiger den drei Untergruppen zugeordnet werden. Insbesondere Hochrisikopatienten, für die eine allogene Blutstammzelltransplantation nicht heilend ist, können nun schneller identifiziert werden“, sagt Christian Flotho, Arzt und Wissenschaftler im Konsortium MyPred am Universitätsklinikum Freiburg. Für diese herausfordernde Patientengruppe werden zusammen mit der europäischen Studiengruppe EWOG-MDS klinische Studien entwickelt, die den Zugang zu innovativen Behandlungsmöglichkeiten eröffnen.

Autor: Prof. Dr. med. Christian Flotho