Melanom – DNA-Reparaturenzym-Polymorphismen beeinflussen den klinischen Verlauf

Das Melanom stellt hinsichtlich Häufigkeit und Verlauf den aggressivsten Hauttumor dar. In der Tat beträgt die 5-Jahres-Überlebensrate für Patienten mit Fernmetastasen nur 15-20%. Einen wichtigen Risikofaktor für die Melanomenstehung stellt die UV-Strahlung dar, was von der WHO kürzlich als komplettes Karzinogen eingestuft wurde. Dabei können UV-A-Strahlen durch Einzelstrangbrüche, DNA-Protein-Vernetzungen und das Entstehen von freien Sauerstoffradikalen und UV-B durch Pyrimidin-Dimere und Photoprodukte DNA-Schäden bewirken. Solche Schäden können entweder zum Zelltod oder aber zum unkontrollierten Wachstum und zur Tumorentstehung führen.

DNA-Reparatur

Um die Unversehrtheit der DNA zu gewährleisten, gibt es mindestens vier verschiedene Arten der DNA-Reparatur: Die Basenexzisionsreparatur (BER) korrigiert kleine, die Nukleotidexzisionsreparatur (NER) umfangreichere DNA-Läsionen, während die homologe Rekombination sowie das nicht-homologe End-Joining Doppelstrangbrüche beheben können (Goode et al. 2002). Defekte bei der DNA-Reparatur dürften somit über genetische Instabilität zu Tumoren führen. In der Tat weisen Patienten mit defekten Reparaturenzymen, wie z.B. bei Xeroderma pigmentosum, welches durch genetische Defekte im NER verursacht ist, ein 1.000-fach erhöhtes Risiko auf, an einem Hauttumor zu erkranken (Kraemer et al. 2007).

Polymorphismen beeinflussen DNA-Reparaturleistung

Die DNA-Reparaturleistung kann aber auch in der Normalbevölkerung durch Polymorphismen in den entsprechenden Genen variieren. Daher wurde bereits in vielen Studien die Assoziation von solchen Polymorphismen mit der Suszeptibilität, an einem bestimmten Tumor zu erkranken, untersucht.
Auch für das Melanom wurden bereits mehrere Polymorphismen beschrieben, die mit einem erhöhten Risiko der Erkrankung einhergingen. Genetische Instabilität kann aber nicht nur bei der Tumorentstehung eine Rolle spielen, sondern auch für den Verlauf der Krankheit relevant sein. So ist ein Sauerstoffmangel (die sog. Hypoxie), welcher eine genetische Instabilität verursachen kann, oftmals mit einem schlechteren Verlauf der Tumorerkrankung verknüpft (Bristow & Hill, 2008). Ebenso nimmt die Zahl der genetischen Veränderungen in der Tumorzelle in der Progression vom Primärtumor zur Metastase zu.

Studie untersucht Einfluss von acht Polymorphismen

Daher haben wir in einer 742 Melanompatienten umfassenden Studie den Einfluss auf den Krankheitsverlauf von acht Einzelnukleotid-Polymorphismen (SNP) von sieben Genen, die an den unterschiedlichen DNA-Reparaturprozessen beteiligt sind, untersucht. Alle ausgewählten Polymorphismen sind nicht-synonym, d.h. sie führen zu einem Aminosäureaustausch und haben eine Frequenz von mindestens 5% in der normalen Bevölkerung. Sie gehören zu den am häufigsten untersuchten Polymorphismen für die Melanomsuszeptibilität bzw. bei einem der Gene ist eine Mutation mit dem Auftreten von Melanomen verknüpft.
Serum der Patienten diente als Quelle für die genomische DNA, die Genotypbestimmung erfolgte anschließend mittels allelischer Diskriminierung. Bei den Patienten, die eingeschlossen wurden, mussten (i) das Melanom histologisch bestätigt sein, (ii) der Patient kaukasischen Ursprungs sein und (iii) detaillier te Informationen zum klinischen Verlauf vorliegen.

Zwei unabhängige prognostische Faktoren für das Überleben

Kaplan-Meier-Überlebensanalysen ergaben für den ERCC5 (XPG) p.Asp1104His- Polymorphismus eine signifikante Assoziation mit dem Überleben; Patienten mit His/His-Phänotyp wiesen eine deutlich schlechtere Prognose auf als Patienten mit Asp/His oder Asp/Asp an Codon 1104 von ERCC5. Dies zeigte sich auch, wenn man im Rahmen einer Landmark-Analyse gezielt nur das 5-Jahres-Überleben betrachtet: 56% für Patienten mit dem His/His-Polymorphismus im Vergleich zu 82% für Patienten mit Asp/Asp lebten nach fünf Jahren noch.
Wichtig für eventuelle prognostische Faktoren ist deren Unabhängigkeit von etablierten Faktoren. Daher wurden die sog. Hazard Ratios (diese geben das relative Risiko für das Fortschreiten einer Erkrankung an) der SNPs berechnet, wobei diese sowohl gegenüber den einzelnen SNPs als auch zu anderen prognostischen Faktoren wie z.B. Geschlecht, Alter und Tumorstadium bei Diagnose in Relation gesetzt wurden. Dabei zeigte sich, dass nicht nur ERCC5 p.Asp1104His, sondern auch ERCC2 (XPD) p.Lys751Gln ein unabhängiger prognostischer Faktor für das Überleben beim Melanom ist (s. Tab.).
Prinzipiell können solche Assoziationen von genetischen Markern mit der Prognose der Erkrankung auf direkte oder indirekte Effekte zurückgeführt werden: Entweder wirkt sich der SNP direkt auf die Funktion des Enzyms aus – in diesem Fall auf die beiden Proteine, die an der NER beteiligt sind – und bewirkt somit unterschiedliche DNA-Reparaturkapazität oder der SNP ist in einem sog. Linkage Disequilibrium mit einem anderen krankheitsmodulierendem SNP. Bemerkenswerterweise scheint der ERCC5 p.Asp1104His-SNP auch mit der Prognose bei Lungenkrebs assoziiert zu sein (Matakidou et al. 2007) – eine Beobachtung, die die Relevanz der hier dargestellten Ergebnisse unterstreicht.

Tab.: Multivariate Hazard-Ratio-Analyse

Faktor

Ausprägung

Multivariate Hazard Ratio (95% CI)1

p-Wert

Geschlecht

weiblich

1

männlich

2,1 (1,3-3,2 )

0,001

Alter

 45

1

46-60

1,4 (0,8-2,6)

0,328

> 60

2,1 (1,2-3,6 )

0,009

Stadium bei

IA

1

Erstdiagnose

IB

1,5 (0,6-3,8)

0,269

IIA

3,2 (1,4-7,4)

0,006

IIB/C

5,1 (2,6-11,5)

< 0,001

IIIA

8,3 (3,2-23)

< 0,001

IIIB/C

24,2 (10,4-56,4)

< 0,001

IV

321,2 (86-1.200,4)

< 0,001

ERCC5

Asp/Asp

1

p.Asp1104His

Asp/His

1,6 (1-2,7)

0,060

His/His

4,5 (2,5-8)

< 0,001

ERCC2

Lys/Lys

1

p.Lys751Gln

Lys/Gln

1,4 (0,9-2,3)

0,161

Gln/Gln

2,3 (1,2-4,1)

0,009

XRCC3

Thr/Thr

1

p.Thr241Met

Thr/Met

1,3 (0,8-2,0)

0,292

Met/Met

0,8 (0,4-1,5)

0,568

APEX1

Asp/Asp

1

p.Asp148Glu

Asp/Glu

1,4 (0,8-2,3)

0,312

Glu/Glu

0,8 (0,4-1,5)

0,432

NBN

Glu/Glu

1

p.Glu185Gln

Glu/Gln

1,1 (0,7-1,8)

0,543

Gln/Gln

1,7 (0,8-3,4)

0,151

XPC

Ala/Ala

1

p.Ala499Val

Ala/Val

1,1 (0,7-1,7)

0,785

Val/Val

1,4 (0,6-3,2)

0,439

XRCC1

Arg/Arg

1

Arg399Gln

Arg/Gln

1,4 (0,6-2,9)

0,494

Gln/Gln

1,0 (0,5-2,18)

0,994

XPC

Lys/Lys

1

p.Lys939Gln

Lys/Gln

1 (0,6-1,6)

0,966

Gln/Gln

1,3 (0,7-2,5)

0,436

1 Insgesamt konnten 492 Patienten in diese Analyse eingeschlossen werden, da bei 250 Patienten einer oder mehrere der eingeschlossenen Faktoren nicht bekannt waren.

(adaptiert nach Schrama et al. 2011)

Resümee

Genetische Prädispositionen scheinen nicht nur bei der Entstehung von Tumoren, sondern auch beim Verlauf der Krankheit und für das Therapieansprechen eine Rolle zu spielen (s. Abb.) (Ugurel et al. 2008). Weitere Studien zu den beiden SNPs, die wir als prognostische Faktoren für das Melanom identifizieren konnten, sind nötig, um ihre Rolle für die Prognose, also direkt oder indirekt, zu bestimmen. Genetisch prädiktive und prognostische Faktoren bieten aber den großen Vorteil, dass sie leicht zu bestimmen sind. Die Identifizierung von „günstigen“ oder „ungünstigen“ Polymorphismen und die Etablierung ihrer Bestimmung sollte es langfristig ermöglichen, Patienten sowohl individuell angepasste Nachsorge als auch entsprechende Therapien anzubieten.

ERCC5 p.Asp1104His and ERCC2 p.Lys751Gln Polymorphisms are Independent Prognostic Factors for the Clinical Course of Melanoma.
Schrama D, Scherer D, Schneider M, Zapatka M, Brocker EB, Schadendorf D, Ugurel S, Kumar R, Becker JC.
J Invest Dermatol 2011 Jun; 131(6): 1280-90; Epub 2011 Mar 10

Referenzen:
1 Bristow RG, Hill RP. Hypoxia and metabolism. Hypoxia, DNA repair and genetic instability. Nat Rev Cancer 2008; 8(3): 180-92
2 Goode EL, Ulrich CM, Potter JD. Polymorphisms in DNA repair genes and associations with cancer risk. Cancer Epidemiol Biomarkers Prev 2002; 11(12): 1513-30
3 Kraemer KH, Patronas NJ, Schiffmann R, Brooks BP, Tamura D, Di Giovanna JJ. Xeroderma pigmentosum, trichothiodystrophy and Cockayne syn – drome: A complex genotype-phenotype relationship. Neuroscience 2007; 145(4): 1388-96
4 Matakidou A, El Galta R, Webb EL, Rudd MF, Bridle H, Eisen T, Houlston RS. Genetic variation in the DNA repair genes is predictive of outcome in lung cancer. Hum Mol Genet 2007; 16(19): 2333-40
5 Schrama D, Scherer D, Schneider M, Zapatka M, Brocker EB, Schadendorf D, Ugurel S, Kumar R, Becker JC. ERCC5 p.Asp1104His and ERCC2 p.Lys751Gln polymorphisms are independent prognostic factors for the clinical course of melanoma. J Invest Dermatol 2011; 131(6): 1280-90
6 Ugurel S, Schrama D, Keller G, Schadendorf D, Brocker EB, Houben R, Zapatka M, Fink W, Kaufman HL, Becker JC. Impact of the CCR5 gene polymorphism on the survival of metastatic melanoma patients receiving immunotherapy. Cancer Immunol Immunother 2008; 57(5): 685-91