DNA methylation analysis of progression patterns in ductal carcinoma in situ of triple-negative breast cancer

Brustkrebs beginnt oft als ein leises, lokal begrenztes Wachstum namens duktalem Karzinom in situ oder DCIS. In diesem frühen Stadium sind die abnormalen Zellen in den Milchgängen der Brust gefangen und können nicht in andere Teile des Körpers streuen. Für viele Frauen bleibt dieser Zustand lebenslang harmlos. Für andere jedoch brechen dieselben Zellen schließlich durch die Gangwand und werden invasiv, indem sie in das umliegende Gewebe streuen und potenziell in entfernte Organe. Die Herausforderung für Ärzte besteht darin, dass aktuelle Tests nicht zuverlässig vorhersagen können, welche Patientinnen in welche Gruppe fallen. Diese Ungewissheit führt oft zu aggressiven Behandlungen für alle, einschließlich derer, deren Krebs sich vielleicht nie weiterentwickelt hätte. Um dies zu lösen, suchen Wissenschaftler nach molekularen Hinweisen, die in den Zellen selbst verborgen sind, speziell nach Veränderungen in der Art und Weise, wie Gene an- oder ausgeschaltet werden, ohne den genetischen Code zu verändern. Ein solcher Mechanismus ist die DNA-Methylierung, eine chemische Markierung, die wie ein Dimmer für Gene wirkt und diese oft ausschaltet, wenn sie an der falschen Stelle platziert wird. Das Verständnis darüber, wann und wie diese Schalter während des Übergangs von einem lokal begrenzten Wachstum zu einem invasiven Krebs umgelegt werden, könnte Ärzten eines Tages helfen, zwischen einer Läsion, die eine sofortige Operation erfordert, und einer, die sicher beobachtet werden kann, zu unterscheiden.

Ein Forschungsteam des Okayama University Hospital und der Tsukioki Clinic setzte sich zum Ziel, diese spezifischen molekularen Schalter in einer besonders aggressiven Form des Brustkrebses zu finden, die als triple-negativer Brustkrebs bekannt ist. Dieser Subtyp ist durch das Fehlen von drei häufigen Rezeptoren definiert, die normalerweise das Krebswachstum antreiben, was ihn schwieriger mit Standard-Hormontherapien behandelbar macht. Die Forscher konzentrierten sich auf eine einzigartige Situation, in der der Tumor eines einzelnen Patienten sowohl die lokal begrenzten, nicht-invasiven Zellen als auch die invasiven Zellen direkt nebeneinander enthielt. Durch die Untersuchung dieser gemischten Tumoren konnten sie die beiden Zelltypen direkt vergleichen und so die Verwirrung durch Unterschiede zwischen einzelnen Patienten eliminieren. Sie schlossen auch Proben von Patientinnen ein, die nur die lokalisierte Form der Erkrankung hatten, um eine schrittweise Progression zu untersuchen. Um eine klare Sicht zu erhalten, verwendeten die Wissenschaftler ein präzises Werkzeug namens Laser-Capturing-Mikrodissektion, das wie ein mikroskopisches Skalpell wirkt, um nur die spezifischen Krebszellen aus der Gewebeprobe herauszuschneiden und die gesunden Zellen zurückzulassen. Sie analysierten dann die chemischen Markierungen auf der DNA dieser isolierten Zellen, um zu sehen, welche sich veränderten, während der Krebs invasiv wurde.

Die Studie umfasste insgesamt fünf Patientinnen. Drei von ihnen hatten Tumore, die sowohl die lokal begrenzten als auch die invasiven Anteile enthielten, während zwei nur die lokalisierte Form aufwiesen. Die invasiven Anteile in den gemischten Tumoren waren klein, weniger als einen Zentimeter messend, was den Forschern half, sich auf die frühesten Stadien der Invasion zu konzentrieren. Nach der sorgfältigen Isolierung der Zellen und der Vorbereitung ihrer DNA nutzte das Team einen hochmodernen Chip, um die Methylierungswerte an Hunderttausenden von Stellen im gesamten Genom zu messen. Sie suchten nach Mustern, die konsistent auftraten, wenn der Krebs vom lokal begrenzten Zustand in den invasiven Zustand überging. Beim Vergleich zwischen den lokal begrenzten und den invasiven Teilen der gemischten Tumore fanden die Forscher hunderte von Stellen, an denen sich die chemischen Markierungen verändert hatten. Die meisten dieser Veränderungen beinhalteten eine Zunahme der Markierungen, ein Prozess, der als Hypermethylierung bekannt ist und typischerweise Gene ausschaltet. Ein spezifischer Bereich in der Nähe eines Gens namens RASSF1 stach hervor und zeigte eine signifikante Zunahme dieser Markierungen in den invasiven Zellen im Vergleich zu den lokal begrenzten Zellen. Da die Studie jedoch klein war, war die statistische Evidenz nicht stark genug, um diesen Befund als definitive Regel zu deklarieren, und die Forscher bezeichneten dies als einen vielversprechenden Hinweis, der weiterer Tests bedarf.

Die Forscher betrachteten auch das größere Gesamtbild, indem sie die lokal begrenzten Zellen aus den gemischten Tumoren mit den lokal begrenzten Zellen von Patientinnen verglichen, die überhaupt keinen invasiven Krebs hatten. Hier fanden sie ein anderes Muster. Anstatt einer Zunahme der Markierungen zeigten die lokal begrenzten Zellen, die direkt neben dem invasiven Krebs lagen, eine Abnahme der Markierungen im Vergleich zu den lokal begrenzten Zellen, die allein auftraten. Dies deutet darauf hin, dass die Anwesenheit einer invasiven Komponente mit einer anderen chemischen Umgebung innerhalb des Tumors verbunden sein könnte, noch bevor die Invasion stattfindet. Darüber hinaus identifizierte das Team hunderte von Stellen, an denen sich die chemischen Markierungen in einer stetigen, schrittweisen Weise über die drei Gruppen hinweg veränderten: beginnend mit der Gruppe mit nur lokal begrenzten Zellen, übergehend zu den lokal begrenzten Teilen der gemischten Gruppe und schließlich Erreichen des invasiven Teils. Einige dieser Stellen zeigten eine stetige Zunahme der Markierungen, während andere eine stetige Abnahme zeigten. Diese schrittweisen Veränderungen bieten eine potenzielle Roadmap dafür, wie sich der Krebs entwickelt, was darauf hindeutet, dass der Übergang zur Invasion kein plötzliches Ereignis ist, sondern eine graduelle Akkumulation molekularer Veränderungen.

Trotz dieser interessanten Muster betonen die Autoren vorsichtig, dass ihre Ergebnisse explorativer Natur sind. Die Studie umfasste nur fünf Patientinnen, was eine sehr kleine Zahl für diese Art der Genforschung ist. Aufgrund dieser geringen Größe war das statistische Vertrauen nicht hoch genug, um die Möglichkeit auszuschließen, dass die Ergebnisse durch Zufall entstanden sind. Die Forscher stellen ausdrücklich klar, dass keiner der Befunde zum jetzigen Zeitpunkt für medizinische Entscheidungen herangezogen werden sollte. Die RASSF1-Region, die die dramatischste Veränderung zeigte, erfordert eine Bestätigung in größeren Patientengruppen. Zudem enthielt die Studie kein normales Brustgewebe, daher ist unklar, ob diese Veränderungen bereits vor der Entstehung des Krebses begannen oder erst mit dessen Invasivität auftraten. Das Team merkte auch an, dass sie keine Informationen darüber hatten, ob die Patientinnen erbliche Genmutationen trugen, was die Ergebnisse beeinflussen könnte.

Der Wert dieser Arbeit liegt in ihrer Methode und ihrer Richtung als vielmehr in einer endgültigen Antwort. Indem sie die spezifischen Zellen isolierten und sie innerhalb desselben Patienten verglichen, schufen die Forscher ein klareres Bild der molekularen Unterschiede zwischen lokal begrenztem und invasivem Krebs als vorherige Studien, die verschiedene Patienten vermischten. Sie haben eine Liste von Kandidatengenen und Regionen identifiziert, die als Marker für die Invasion bei triple-negativem Brustkrebs fungieren könnten. Diese Kandidaten, einschließlich der RASSF1-Region und der hunderte von schrittweise veränderlichen Stellen, dienen nun als Ausgangspunkt für zukünftige Forschung. Die nächsten Schritte werden darin bestehen, diese Hinweise in größeren Patientengruppen zu testen und zu prüfen, ob sie vorhersagen können, welche lokal begrenzten Krebse schließlich invasiv werden. Bis dahin bleibt die Studie eine sorgfältige wissenschaftliche Untersuchung der unsichtbaren chemischen Veränderungen, die Ärzten eines Tages helfen könnten, Patientinnen unnötige Operationen zu ersparen, während sie gleichzeitig sicherstellen, dass andere die notwendige Behandlung erhalten.