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Spectrum Dermatologie 02/10

Focus Onkologie: Melanom- und Naevus-Forschung in Down Under

KONTEXT: Prof. H. Peter Soyer aus Graz ist seit drei Jahren Leiter des Dermatology Research Centre an der University of Queensland und seit zwei Jahren auch Leiter der Dermatologischen Abteilung am Princess Alexandra Hospital (PAH) in Brisbane, Australien (Abb. 1). Diese „Doppelrolle“ spiegelt die gut strukturierte Trennung von Forschung und Klinik in Down Under wieder. Die hervorragende interdisziplinäre Zusammen arbeit mit hochkarätigen Grundlagenforschern am Biosystem Haut macht die Forschung hier besonders interessant. Das Spektrum der klinischen Dermatologie ist ein wenig eingeschränkt und überschattet durch die massiv ausgeprägten UV-Schäden der hellhäutigen Bevölkerung im subtropischen Queensland. Unsere Forschungsschwerpunkte umfassen Teledermatologie, Korrelation von genetischem Phänotyp mit Naevusmorphologie, Bio-optical Imaging einschließlich konfokaler Laser- Scanning-Mikroskopie und Multi-Photon-Mikroskopie sowie Cutaneous Systems Biology. Der letztere Bereich wird von Associate Prof. Stephen Gilmore geführt. Weitere Mitglieder unseres bunt gemischten Forschungsteams (Abb. 2) sind zwei PhD-Studierende, zahlreiche ForschungsassistentInnen (meist Aspiranten auf eine dermatologische Ausbildungsstelle), und immer wieder projektbezogen angestellte „Overseas Researchers“, unter welchen sich zurzeit auch zwei Österreicher, Dr. Elisabeth Wurm und Univ.-Doz. Dr. Helmut Schaider, finden. In den folgenden Abschnitten möchten wir einige unserer Forschungsprojekte vorstellen.

Dermatoskopie und sequenzielle Ganzkörperphotographie

Melanomrisikoassoziierte phänotypische Merkmale sind wohl bekannt und primär von den pigmentären Charakteristika einer Person abhängig, wie etwa Haarfarbe, Augenfarbe und Naevusanzahl. Die zugrunde liegenden morphologischen Veränderungen welche sowohl de novo als auch aus einem vorbestehenden Naevus zur Melanomentwicklung führen, sind jedoch nicht vollständig erforscht.
In Studien wurde gezeigt¹, dass braune „Globuli“ in der Peripherie einer Läsion ein charakteristisches dermatoskopisches Merkmal sich symmetrisch vergrößernder melanozytärer Naevi sind.
Wachstum alleine ist jedoch in einem Naevus ohne zusätzliche Melanom-Kriterien kein Zeichen von Malignität. Andere dermatoskopische Charakteristika, wie Zunahme im Pigmentgehalt einer Läsion (black dots, brown globules oder network pigmentation), Veränderungen in Form und Architektur sowie Regression sind klinische Warnhinweise. Es gibt jedoch Melanome, die sich ohne diese klassischen dermatoskopischen Malignitätskriterien entwickeln².
Am UQ Dermatology Research Centre führen wir derzeit eine groß angelegte Studie zur Veränderung und Neuentstehung von Naevi über einen langen Zeitraum hinweg durch. Unser Ziel ist es, durch wiederholte sequenzielle Ganzkörperfotografie und individuelle dermatoskopischen Naevusaufnahmen eine vollständige Charakterisierung der Zeitabfolge von morphologischen Veränderungen im Lebenszyklus von Naevi vorzunehmen.
In einigen Fällen werden wir sicherlich auch die Entwicklung von einem Naevus zum Melanom oder De-novo-Melanomentstehung beobachten können.
Zu diesem Zweck rekrutieren wir Hochrisikopatienten, die entweder in der Anamnese bereits an einem Melanom erkrankt sind oder eine positive Familien anamnese aufweisen, und eine Kontrollgruppe aus der Queenslander Bevölkerung. Ein Follow-up aller Teilnehmer wird zumindest alle 6 Monate mit wiederholter Ganzkörperphotographie und dermatoskopischer Aufnahme ausgewählter Naevi durchgeführt. Vervollständigt wird dies durch gezielte anamnestische Fragebögen.
Sämtliche Naevi werden dermatoskopisch klassifiziert und die Veränderungen festgehalten. Diese Studie wird in Kooperation mit Professor Adele Green und David Whiteman vom Queensland Institute of Medical Research (QIMR) und Associate Professor Mark Smithers (Melanoma Unit, Princess Alexandra Hospital) durchgeführt. Verdächtige Naevi oder frühe Melanome werden operativ entfernt und neben klassischer Histopathologie wird auch eine molekularbiologische Aufarbeitung durchgeführt. Die gut etablierte Tumorbank am Princess Alexandra Hospital und die hervorragende Zusammenarbeit mit dem hiesigen Pathologie Department (Dr. Duncan Lambie & Dr. Geoff Strutton) und dem Melanom-Cluster des UQ Diamantina Institutes (Dr. Brian Gabrielli) ermöglicht dieses Forschungsprojekt.

Konstitutionelle genetische Analysen bei HochrisikopatientInnen

Einige Gene, wie z.B. MC1R, IRF4, MATP und PLA2G6, werden mit Naevusentwicklung in Verbindung gebracht.
Beispielsweise haben Polymorphismen im MC1R-Locus (Melanocortin-1-Rezeptor-Locus), der einen Schlüsselfaktor für Haarfarbe, Augenfarbe und Hautfarbe darstellt, den größten prädiktiven Wert zur genetischen Auswirkung auf das Melanomrisiko. Ob diese Gene mit dem dermatoskopischen Subtyp korrelieren, ist jedoch völlig unbekannt. Daher ist das Ziel dieses Forschungsprojektes, herauszufinden, ob eine Beziehung zwischen Genotyp und Naevusgröße, Naevusprofil, Naevusfarbe und dermatoskopischer Morphologie besteht und ob im Falle einer Korrelation die Bestimmung des Melanomrisikos verbessert werden kann.
Diese Studie wird in Zusammenarbeit mit Professor Rick Sturm (Institute for Molecular Biology, The University of Queensland), und Dr. David Duffy (Queensland Institute of Medical Research) durchgeführt. Zur genetischen Analyse werden Speichelproben der Teilnehmer der zuvor beschriebenen Studie verwendet. Die Kombination aus der Bestimmung des Phänotyps, der dermatoskopischen Naevusarchitektur und des zugrunde liegenden Genotyps könnte uns eine neue Möglichkeit zur Vorhersage des Melanomrisikos bieten.

Konfokale Laser-Scanning-Mikroskopie

Im Bemühen, die Genauigkeit dermatologischer Diagnosestellung zu verbessern, sind in den letzten Jahren zahlreiche nichtinvasive bildgebende Verfahren entwickelt worden. Unter diesen hebt sich die konfokale Laser-Scanning-Mikroskopie (confocal laser scanning microscopy, CLSM) vor allem durch die ho he Auflösung hervor³. Prinzipiell kann CLSM in zwei Modi durchgeführt werden, Fluoreszensmodus (der die Applikation von exogenen Fluoreszenzmarkern erfordert) und die reflectance confocal microscopy (RCM), die auf der Reflexion von Laserlicht beruht. Letztere ist die zurzeit gebräuchlichste Methode, jedoch sind Kombinationsgeräte am Markt. RCM nützt die unterschiedlichen Refraktivitätsindices von Zellstrukturen. Das VivaScope 1500, das derzeit am weitesten verbreitete Konfokalmikroskop für In-vivo-Anwendungen, ist mit einem Laser mit einer Wellenlänge von 830 nm, welche nahe am Infrarotbereich liegt, ausgestattet. Mit dem Laserstrahl wird ein kleines Hautareal beleuchtet. Das Licht, welches aus dieser in der Schärfeebene (im Fokus) liegenden Region reflektiert wird, gelangt an einen Detektor, alle anderen Lichtstrahlen werden durch eine Lochblende blockiert. Durch Abrastern (Scannen) eines Areals entsteht das vollständige (schwarz-weiße) Bild, das „live“ am Computer-Bildschirm dargestellt wird. Strukturen, die hell (weiß) erscheinen, sind durch hohen Brechungsindex gekennzeichnet, im Vergleich zu umliegenden dunkleren (schwarzen) Strukturen. Im Gegensatz zu den vertikalen Histopathologie-Schnitten sind RCM-Aufnahmen horizontal, d.h. parallel zur Hautoberfläche ausgerichtet. Ein einzelnes Bild hat eine Größe von 500 x 500 μm. Diese Einzelbilder können durch Software zu einem größeren Mosaik zusammengesetzt werden, und somit können Hautareale von 8 x 8 mm gescannt werden. Diese horizontal ausgerichteten Bilder können beliebig oft bis zu einer Tiefe von etwa 150 μm wiederholt aufgenommen werden. Diese Eindringtiefe entspricht in etwa der papillären Dermis.
Dieses Tiefenlimit ist ein erheblicher Nachteil des Verfahrens, da tiefer gelegene pathologische Veränderungen nicht eingesehen werden können. Melanin und Melanosome geben starken Kontrast in RCM, daher hat sich die Konfokal-Forschung in den letzten Jahren besonders auf melanozytäre Hautläsionen konzentriert⁴. Wir möchten daher einen kurzen Überblick über die wichtigsten RCM-Eigenschaften melanozytärer Läsionen geben: Naevi sind durch eine durchwegs regelmäßige Struktur gekennzeichnet. Pigmentierte Naevuszellen entlang der dermoepithelialen Junktionszone erscheinen als gleichmäßiges Pflastersteinmuster (cobblestone pattern). Die horizontal „geschnittenen“ dermalen Papillen erscheinen als dunkle Ringe, umrahmt von einheitlichen hellen Zellen, in der englischsprachigen Literatur edged papillae genannt⁵. Homogene, runde, hell erscheinende Zellaggregate in der Dermis entsprechen dermalen Naevuszellnestern.
Melanome haben im Vergleich dazu eine unregelmäßigere Architektur. Atypische Zellen in der Epidermis sind oft rundlich oder dendritisch mit pagetoidem Verteilungsmuster und daher spezifisch für die Melanomdiagnose (Abb. 3). Die dermalen Papillen sind, wenn sie im Melanom überhaupt vorhanden sind, unscharf begrenzt (non-edged papillae). Dermale Nester sind irregulär mit einzelnen polymorphen Zellen⁶.
Das Dermatology Research Centre konzentriert sich auf klinische Studien zur Korrelation von klinischem Erscheinungsbild, Dermatoskopie, RCM und Histopathologie vor allem von melanozytären Läsionen, aber auch zur Differenzialdiagnose in der Bildgebung von Basaliomen und seborrhoischen Keratosen (Abb. 4). Die Durchführung dieser Studien ist durch die ausgezeichnete Zusammen arbeit mit dem Pathologie-Department des Princess Alexandra Hospital möglich. Ein weiterer Fokus unseres Forschungsteams sind die durch UV-Strahlung ausgelösten Veränderungen „normaler“ Haut. Die hellhäutige Queenslander Bevölkerung, deren Haut durch schwerste Sonnenschäden charakterisiert ist, bietet uns die ideale Studienpopulation. Weiters erforschen wir die praktische Anwendbarkeit von RCM zur Überprüfung des Therapieerfolges nichtinvasiver und invasiver Behandlungsmethoden.

Epithelial-mesenchymale Transkriptionsfaktoren am Beginn der Melanomentstehung

Epithelial-mesenchymale Transkriptionsfaktoren (EMTF) sind sowohl bei der Invasion von epithelialen Tumorzellen in das mesenchymale Gewebe als auch für den umgekehrten Prozess im Zuge der Metastasierung von entscheidender Bedeutung. Die Wichtigkeit dieser Faktoren für die Pathogenese des Melanoms ist noch weitgehend unbekannt, insbesondere, da melanozytäre Zellen nicht epithelialen Ursprungs sind. Erste Untersuchungen zum Effekt von EMTF konnten nun zeigen, dass diese Transkriptionsfaktoren sehr wohl auch im Zuge der Melanomentstehung einen wichtigen Stellenwert einnehmen könnten7. Eine Reihe von Faktoren, wie zum Beispiel Wachstumsfaktoren, regulieren die Expression von EMTF und können damit jene biologischen Veränderungen herbeiführen, die die Motilität und Invasivität von melanozytären Zellen erhöhen8. Um die Bedeutung dieser Transkriptionsfaktoren in der Naevusentwicklung zu untersuchen, wollen wir in verschiedenen Studien das Genexpressionsmuster von gewöhnlichen und atypischen Naevi, die nach dermatoskopischen und klinischen Kriterien kategorisiert worden sind, bestimmen. Des Weiteren ist geplant, die transformierende Wirkung von EMTF in melanozytären Zellen zu untersuchen und Proteinkomplexe, welche die Aktivität von EMTF regulieren, näher zu charakterisieren. Schließlich sollen die Wirkungen einzelner EMTFs in In-vivo-Modellen untersucht werden.

Resümee

Zusammenfassend ist festzuhalten, dass die detaillierte phänotypische und geno - typische Aufarbeitung, insbesondere von Hochrisiko-Melanom-Patienten, die Grundlage für weiterführende molekularbiologische Studien darstellt. Es gibt zahlreiche Kooperationen mit anderen klinischen Forschungseinheiten und eine starke translationale Verbindung unserer klinischen Forschung mit der hochkarätigen Queenslander „Skin Cancer“-Grundlagenforschung. Wir profitieren von der Möglichkeit, mit hochrangigen Forschern, wie z. B. Ian Fraser (dem „Vater“ der HPV-Impfung) und den bekannten Epidemiologen Adele Green und David Whiteman zusammenzuarbeiten. Interdisziplinäre und translationale „Skin-Cancer-Forschung“ ist in Australien im Allgemeinen und in Queensland im Besonderen ein Thema von größter Bedeutung und auch in weiten Teilen der Bevölkerung stark verankert. In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, dass grundlegende epidemiologische Studien zum Thema Hautkrebs in Queensland durchgeführt wurden und werden, und auch das Thema „skin cancer awareness“ wird mit Top-Priorität behandelt. Auch sind wir Europäer immer wieder überrascht über die hohe Bereitschaft der Bevölkerung in Queensland, an Studien teilzunehmen. Die begeisterten Sportler unseres Teams, das eine bunte Mischung aus einheimischen Doktoren und zahlreichen „Overseas“-Forschern darstellt, hat es besonders gefreut, dass unser Konfokalprojekt von den lokalen Rugby-Legenden gesponsert wurde (Abb. 5).

Dr. Elisabeth Wurm¹, Univ.-Doz. Dr. Helmut Schaider^1–3, Univ.-Prof. Dr. H. Peter Soyer^{1, 4}
1 Dermatology Research Centre, The University of Queensland, School of Medicine, Princess Alexandra Hospital, Brisbane, Australia
2 Cancer Biology Unit, Department of Dermatology, Medical University Graz
3 Center for Medical Research (ZMF), Medical University Graz
4 Department of Dermatology, Princess Alexandra Hospital, Brisbane, Australia

^{1 Kittler H, Seltenheim M, Dawid M, Pehamberger H, Wolff K, Binder M, Frequency and Characteristics of Enlarging Common Melanocytic Nevi. Arch Dermatol. 2000; 136:316–320.
2 Menzies SW, Guteney A, Avramidis M, Batrac A, McCarthy WH, Short-term Digital Surface Microscopic Monitoring of Atypical or Changing Melanocytic Lesions. Arch Dermatol. 2001; 137:1583–1589.
3 Esmaeili AT, Scope A, Halpern AC, Marghoob AA, Imaging techniques for the in vivo diagnosis of melanoma. Semin Cutan Med Surg 2008; 27:2–10.
4 Hofmann-Wellenhof R, Wurm EM, Ahlgrimm-Siess V et al., Reflectance confocal microscopy-state-of-art and research overview. Semin Cutan Med Surg 2009; 28:172–9.
5 Pellacani G, Vinceti M, Bassoli S et al., Reflectance confocal microscopy and features of melanocytic lesions: an internet-based study of the reproducibility of terminology. Arch Dermatol 2009; 145:1137–43.
6 Pellacani G, Guitera P, Longo C et al., The impact of in vivo reflectance confocal microscopy for the diagnostic accuracy of melanoma and equivocal melanocytic lesions. J Invest Dermatol 2007; 127:2759–65.
7 Gupta PB, Kuperwasser C, Brunet JP, Ramaswamy S, Kuo WL, Gray JW, Naber SP, Weinberg RA, The melanocyte differentiation program predisposes to metastasis after neoplastic transformation. Nat Genet 2005, 37:1047–1054.
8 Damm S, Koefinger P, Stefan M, Wels C, Mehes G, Richtig E, Kerl H, Otte M, Schaider H. HGF Promoted Motility in Primary Human Melanocytes Depends on CD44v6 Regulated via NF-kappa-beta, Egr-1 and C/EBP-beta. J Invest Dermatol, 2010; 130:1893–1903.}