Krebs-Biomarker

Wo stehen wir?

100 80 60 40 20 0 20 40 60 80 100

GLOBOCAN 2002, IARC

BrustKolon und Rektum

LungeProstata

BlaseMagen

Non-Hodgkin LymphomHaut-Melanom

LeukämieNiere etc.

MundhöhleCorpus uteri

PankreasOvar etc.Pharynx

Gehirn, NervensystemCervix uteriÖsophagus

LarynxLeberTestis

Multiples MyelomSchilddrüse

Hodgkin LymphomNasopharynx

InzidenzMortalität

Männer Frauen

1altersstandardisierter Anteil pro 100.000; www-dep.iarc.fr/GLOBCAN

Bösartige Erkrankungen in Westeuropa: Inzidenz und Mortalität1

Anwendungsfelder von Krebs-Biomarkern

• Dispositionsdiagnostik• Screening - Früherkennung• Diagnose nach Auftreten von Symptomen• Prädiktion einer Therapieempfindlichkeit/-Resistenz• Verlaufskontrolle

– Rezidiv nach intendierter kurativer Therapie– Therapieresistenz

Auf jedem Feld gibt es für einzelne Tumorentitäten Beispieleerfolgreicher Anwendungen

Funktioneller PhänotypMedikamentenempfindlichkeitInvasion, Metastasierung

Phänotyp I Phänotyp II

Biochemischer Pänotyp(mRNA/Protein/PTM)Pfade/Muster

Phänotyp I Phänotyp II Phänotyp III

Genotyp - Phänotyp-Korrelation in der Tumorentwicklung

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Genom

Genomische Veränderungen

Ebenen der In-vitro-Tumordiagnostik

• Genom• Epigenom• Transkriptom• Proteom• PTMom

– Tyrosinphosphorylierung– Glykosylierung– Proteolyse

• Metabonom

Auf fast jeder Ebene gibt es für einzelne Tumorentitäten Beispieleerfolgreicher Anwendungen

In der Serumeiweißelektrophorese stellen sich dieGammaglobuline normalerweise als breiteFraktion dar, da Antikörper von vielenverschiedenen Plasmazellklonen gebildet werden.Das Plasmozytom ist ein monoklonaler Tumor. Diedadurch verursachte monklonale Gammopathieäußert sich in der Elektrophorese alsschmalbasiger Gipfel.

Normogammaglobulinämie

Polyklonale Gammopathie

Monoklonale Gammopathie

Monoklonaler Ursprung von Tumoren

Die Konsequenzen für Zellzahl und Differenzierung sind nicht dargestellt. Die Zahlen beziehen sich aufEreignisse, die in zeitlicher Folge auftreten und die gemeinsam die maligne Entartung herbeiführen. Diegraue Form unterhalb der Stammzelle symbolisiert die Stammzellnische.

NN

N

N

T1T1

T1

T1

T1+2T1+2

T1+2

T1+2 T1+2+3

T1+2+3

T1+2+3

T1+2+3

prämaligne prämaligne maligne

Klonale Evolution der Tumorstammzelle

The Genomic Landscapes of Human Breast andColorectal Cancers

Wood et al. (2007). Science 318, 1108

DNA-Sequenz von 11 kolorektalen Karzinomen und 11 MammakarzinomenDNA-Sequenz von 20 857 Transkripten von 18 191 Genen1 718 der 18 191 (9,4%) Gene hatten mindestens eine Mutation (‚non-silent‘)

Insgesamt 280 CAN-Gene, jeweils 140 für kolorektale Karzinome undMammakarzinome

Passenger Mutation Rates

Obs - Exp = Σ (nk - tk )NkTkk

theoretical number of non-synonymousmutations of type k (e.g. C>G)

theoretical number of allmutations of type k (e.g. C>G)

observed number of mutationsof type k (e.g. C>G)

observed number of non-synonymousmutations of type k (e.g. C>G)

Greenman et al. (2007). Nature 446, 153

Genomweite Mutationsanalysen in Tumoren desMenschen

?7?71514mutierte CAN-Gene pro Tumor

47487684mutierte Gene proTumor

43856140140CAN-Gene,gesamt

685513278481137mutierte Gene,gesamt

2224114114Zahl untersuchterTumoren/Zelllinien

Glioblastom3Pankreas-Ca2kolorektales Ca1Mamma-Ca1

1Sjöblom et al. (2006). Science 314, 268; Wood et al. (2007). Science 318, 11082Jones et al. (2008). Science 321, 18013Parsons et al. (2008). Science 321, 8074mutierte Gene in weiteren 24 Tumoren analysiert5ohne Tumor Br27P mit extrem hoher Mutationsrate6Zahl der Gene, die mindestens in 2 Tumoren mutiert waren7Abgrenzung von Pathways

Genomweite Mutationsanalysen in Tumoren desMenschen

?7?71514mutierte CAN-Gene pro Tumor

47487684mutierte Gene proTumor

43856140140CAN-Gene,gesamt

685513278481137mutierte Gene,gesamt

2224114114Zahl untersuchterTumoren/Zelllinien

Glioblastom3Pankreas-Ca2kolorektales Ca1Mamma-Ca1

1Sjöblom et al. (2006). Science 314, 268; Wood et al. (2007). Science 318, 11082Jones et al. (2008). Science 321, 18013Parsons et al. (2008). Science 321, 8074mutierte Gene in weiteren 24 Tumoren analysiert5ohne Tumor Br27P mit extrem hoher Mutationsrate6Zahl der Gene, die mindestens in 2 Tumoren mutiert waren7Abgrenzung von Pathways

Veränderte Kopienzahl in kolorektalenKarzinomen und Mammakarzinomen des

Menschen

Insgesamt 614 Amplifikationen und 463 homozygote Deletionen

Durchschnittliche Zahl an veränderten Kopienzahlen

Mamma-Ca: 7 HDs und 11 AmplifikationenKolorektale Karzinome: 4 HDs und 3 Amplifikationen

Leary et al. (2008). PNAS 105, 16224

Jeder Tumor ist einIndividuum

Mutationen im Phosphatidylinositol-3-OH-KinaseSignalweg in kolorektalen Karzinomen

In 97% aller untersuchten Tumoren war jeweils nur eineKomponente des Signalwegs betroffen.

Parsons et al. (2005). Nature 436, 792

Durch Genmutationen veränderte Pfade undProzesse in Pankreaskarzinomen (I)

3 Integrin-α-Gene, 3Laminin-α-Gene, FN1, ILK

67%Integrin-Signalweg

5 Cadherin-Gene, 9Protocadherin-Gene

79%Homophile Zelladhäsion

TBX5, SOX3, GLI1, GLI3100%Hedgehog-Signalweg

CDKN2A, FBXW7, CDH1100%Regulation der G1/S-Phasen-Transition

ERCC4, ERCC6, TP5383%Kontrolle von DNA-Schäden

CASP10, VCP100%Apoptose

Beispiele mutierter GeneAnteil an Tumoren mitwenigstens einemmutierten Gen im Pfad

Prozess bzw. Pfad

2Jones et al. (2008). Science 321, 1801

Durch Genmutationen veränderte Pfade undProzesse in Pankreaskarzinomen (II)

MYC, PPP2R3A, WNT9A,TSC2, GATA6, TCF4

100%WNT/Notch-Signalweg

TGFR2, BMPR2, SMAD3,SMAD4

100%TGF-β-Signalweg

AGHGEF7, ARHGEF9,CDC42BPA

79%von kleinen GTPasen abh.Signale (ohne RAS)

3 ADAM-Gene,ADAMTS15

92%Regulation des invasivenWachstums

KRAS, MAP2K4,RASGRP3

100%KRAS-Signalweg

MAP4K3, TNF, ATF296%JAK-Signalweg

Beispiele mutierter GeneAnteil an Tumoren mitwenigstens einemmutierten Gen im Pfad

Prozess bzw. Pfad

2Jones et al. (2008). Science 321, 1801

Disposition

NN

N

N

T1T1

T1

T1

T1+2T1+2

T1+2

T1+2 T1+2+3

T1+2+3

T1+2+3

T1+2+3

prämaligne prämaligne maligne

Der positve prädiktive Wert einer definierten Störungeines Pfades hängt von der Wahrscheinlichkeit

nachfolgender Ereignisse ab

P1 P2

Kouvaraki et al. (2005). Thyroid 15, 531

MEN2B

918883

804+806804+904

FMTC532533630768

V804M844912

MEN2A609611618620634790791

V804L891

635637

Korrelation zwischen Mutationen in Codons des RET-Gens und dem Phänotyp von Erkrankungen mit erblichem

medullärem Schilddrüsenkarzinom

RET-Mutationen: Risiken für Medulläres Schilddrüsenkarzinom

Tab. 5.6. RET-Mutationen: Risiken für Medulläres Schilddrüsenkarzinom

Hohes Risiko Gruppe 1

Höheres Risiko Gruppe 2

Höchstes Risiko Gruppe 3

Mutiertes Codo n 609, 768, 790, 791, 804, 891

611, 618, 620, 634 883, 918

Klinischer Subtyp (prozentualer Anteil in jeweiliger Risikogruppe

MEN2A (11%) FMTC (33%) nicht klassifiiert (56% )

MEN2A (68%) FMTC (14%) nicht klassifiziert (18% )

MEN2B (100% )

FMTC, familial medullary thyroid carcinoma; MEN, multiple endokrine Neoplasie Kuvaraki et al. (2005). Thyroid 15, 531

Richtlinien zur Therapie von MEN Typ 1 und Typ 2

Gruppe 1: Thyreoidektomie im Alter von 5 - 10 Jahren (kein Konsens)Gruppe 2: Thyreoidektomie im Alter von 5 JahrenGruppe 3: Thyreoidektomie im Alter von 6 Monaten

Brandi et al. (2001). J. Clin. Endocrinol. Metab. 86, 5658

Penetranz von Brustkrebs bei Carrieren vonBRCA1- und BRCA2-Mutationen in einer

Bevölkerungsgruppe von Ashkenazi-Juden

Penetranz im Altervon 70 Jahren

46 %

26 %

BRCA1*

BRCA2*

* 185delAG and 5382insC** 6174delT

Satopagan et al. (2001). Cancer Epidemiol. Biomarkers Prev. 10, 467

Gen (vemutete) Funktion des Genprodukts Zitation

HNF1B Transkriptionsfaktor (Homöodomäne) 1

CTBP2 transkriptioneller Repressor 1

JAZF1 transkriptioneller Repressor, Fusionspartner des

SUZ12-Gens in Endometriumkarzinomen

1

CPNE3 Assoziation mit Innenseite der Zellmembran;

Regulation von Integrinen(?)

1

IL16 Cytokin 1

CDH13 Cadherin 13, Zelladhäsion 1

MSMB Seminalprotein 1,2

LMTK2 intrazellulärer Transport 2

KLK3 Kallikrein-Proteinase 2

Kandidatengene in Loci, die mit Suszeptibilitätfür Prostatakarzinom assoziiert sind

1) Thomas et al., 2008.2) Eeles et al., 2008.

Voraussetzungen für einesinnvolle Dispositionsdiagnostik

bei radikalen therapeutischen Maßnahmen: hohePenetranz

bei geringerer Pentranz: effektive und vertretbareFolgediagnostik

Therapierbarkeit

ScreeningFrühdiagnose

Becker & Wahrendorf (1998). Krebsatlas der Bundesrepublik Deutschland.

25

20

15

10

5

0

1950 !55 !60 !65 !70 !75 !80 !85 !90 !95

Calender Year

Trend der Mortalität an Brustkrebs inWestdeutschland zwischen 1952 und 1995

Trend der Mortalität am Zervixkarzinom inWestdeutschland zwischen 1952 und 1995

Becker & Wahrendorf (1998). Krebsatlas der Bundesrepublik Deutschland.

12

10

6

4

2

0

1950 !55 !60 !65 !70 !75 !80 !85 !90 !95

8

Calender Year

100 80 60 40 20 0 20 40 60 80 100

GLOBOCAN 2002, IARC

BrustKolon und Rektum

LungeProstata

BlaseMagen

Non-Hodgkin LymphomHaut-Melanom

LeukämieNiere etc.

MundhöhleCorpus uteri

PankreasOvar etc.Pharynx

Gehirn, NervensystemCervix uteriÖsophagus

LarynxLeberTestis

Multiples MyelomSchilddrüse

Hodgkin LymphomNasopharynx

InzidenzMortalität

Männer Frauen

1altersstandardisierter Anteil pro 100.000; www-dep.iarc.fr/GLOBCAN

***

*

*

*

*

Bösartige Erkrankungen in Westeuropa: Inzidenz und Mortalität1

* Programme zur Frühdiagnose

Fäkaler okkulter Bluttest

(FOBT)

1 Mandel et al. (1993). N. Engl. J. Med. 328, 1365-13712 Hardcastle et al. (1996). The Lancet 348, 1472-14773 Kronborg et al. (1996). The Lancet 348, 1467-14714 Mandel et al. (2000). N. Engl. J. Med. 343, 1603-1607

Positivitätsrate

Senkung der

•Darmkrebssterblichkeit bei

jährl. Screeningangebot

2-jährl. Screeningangebot

a) gesamte Gruppe

b) bei mind. 1x Teilnahme

•Darmkrebshäufigkeit bei

jährl. Screeningangebot

2-jährl. Screeningangebot

Positiver Vorhersagewert

für Darmkrebs

für größere Adenome od. Krebs

9,8 %

33 %

21 %

–

20 %

17 %

1,9 bzw. 2,7 %

20 - 32 %

1,7 - 0,5 %

–

18 %

41 %

8 - 17 %

31 - 49 %

2,1 - 1,2 %

–

15 %

39 %

9,9 - 17,1 %

43 - 55 %

Ergebnisse USA 1,4 Dänemark

3England

2

Faekaler Bluttest

HUBERT HORATIO HUMPHREY

P53mutationidentified

BRIEF REPORT: MOLECULAR BIOLOGYAND THE EARLY DETECTION OF

CARCINOMA OF THE BLADDER — THECASE OF HUBERT H. HUMPHREY

RALPH H. HRUBAN, M.D.,

PETER VAN DER RIET, M.D.,

YENER S. EROZAN, M.D.,

AND DAVID SIDRANSKY, M.D.

May 1967 hematuria, cytoscopycytology→ no evidence of cancer

August 1976 recurent hematuriabiopsy→ infiltrading carcinoma

of the bladderJanuary 13, 1978 Humphrey died of bladder cancer

N. Engl. J. Med. 330, 1276-1278 (1994)

StoolPancreatic juiceUrineSputum

Single cells

ProteinsRNADNA

Methylation Mutations Expressionpattern

Posttranslationalmodifications

Lumen of

large bowel

Lumen

Lumen Lumen Lumen

Basal lamina

Single proliferative cell Dysplasia

CarcinomaCarcinoma in-situAdenoma

Invasion of

blood vessels

Invasion of

lymphatic vessels

Mutations in Tumour Detected by Primer-Mediated RFLP Analysis and Corresponding Stool Samples Analyzed by Mutant-Enriched PCR

Case Tumour mutationat codon 12

Tumour mutationat codon 13

Mutation in stoolsat codon 12

Mutation in stoolsat codon 13

1 Already detected by primer-mediated RFLPanalysis2 Mutant signal with weak intensity compared tothe corresponding wild-type signal

1349

1013141617192223242533405462838890919496

GATTGT

---

GTT-

GTT-

GCTGCT

-GCT

-GTTGTT

-GTT

-GAT

---

GTT

-------------

GAC3

--

TGC-

GAC--

GACGAC

-

GAT1

TGT - - - - -GTTGAT2

GCTGCT -GCT2

- -GTT -GTT -GAT - -GATGTT

-------------

GAC-

n.d.4TGC

----

GACGAC

-3 Detected by mutant enriched PCRonly4 Not doneNollau et al. (1996). Int. J. Cancer 66, 332-336

Charakterisierung von Patienten mit KRAS-Mutations in Stuhlproben

1 Pathological staging according to TNM classification and WHO recommendations, respectively (Kronborg, 1993)2 C, colon.-B-cell type3 Not available

Diameter (cm)

5

5

4.5

n.a.3

3.5

4

5.5

5.5

4

5

4

5

4.5

3

2.5

T2N0M0

T3N0M0

T3N2M0

T3N3M1

Adenoma

T3N2M0

T3N1M1

T3N0M0

T3N1M0

T3N0M0

T3N1M0

T3N0M0

T3N2M0

T3N0M0

T3N2M0

Age

71

69

53

58

67

57

68

44

81

40

49

80

68

89

73

Case

1

3

16

17

19

22

24

25

40

54

62

88

91

94

96

Staging1Tumor localization

Rectum

Rectum

Rectum

Cecum

Sigmoid colon

C. ascendens

Rectum

Rectum

Rectum

Rectum

C. ascendens

Rectum

Rectum

C. ascendens

Rectum

Sex

F

M

F

F

F

F

F

F

F

F

M

M

F

F

F

Nollau et al. (1996). Int. J. Cancer 66, 332-336

PIK3CA

Mutations in KRAS- und PIK3CA-Genen

KRAS

IVIIIIIExon I

Codon 12/13 Codon 61

C2RBDp85 Helical Kinase

8% 47% 33%

TumorColonBrainGastricBreastLung

Fraction mutated74/234 (32%)4/15 (27%)3/12 (25%)1/12 (8%) 1/24 (4%)

APC

Mutationen in TP53- und APC-Genen

175

248

245

273

249

282

IIIIII IV V

653 1000 1500 2843

(AS)

Exon 1-14 Exon 15

p53

Point mutationsDeletions/Insertions

Massively parallel sequencing has the potential toidentify the compendium of rare subclones of genetic

variants that may exist in human tumors in anunbiased fashion, unlike more conventional

genotyping methods that require a priori knowledgeof mutations.

Campbell et al. (2008). PNAS 105, 13081

Ultra-deep Sequencing: Illumina

Ultra-deep Sequencing: Roche 454

Applied Biosystems SOLiD Sequencer

PIK3CA-Mutation

32%

andereVeränderungen

normales

Epithelium

Carcinoma

in-situ

hyperprolifera-

tives Epithelium

frühes

Adenom

mittleres

Adenom

spätes

Adenom

invasives

Karzinom

APC-Mutation>90%

KRAS-Mutation30-40%

P53-MutationCa. 50%

Fearon & Vogelstein, 1990, Cell 91, 759ergänzt um Daten von Samuels et al. (2004). Science 304, 554

Progressionsmodell der kolorektalenKarzinogenese („Vogelgram“)

Tab. 5.8. APC- und KRAS-Mutationen in nicht-malignen kolorektalen

Läsionen

Läsion Anteil APC-

Mutationen [%]

Anteil KRAS-

Mutationen [%]

hyperplastische Polypen 0 22

dysplastische Polypen 82 25

nicht-dysplastische aberrante

Crypten-Foci (ACFs)

0 100

Jen et al. (1994). Cancer Res. 54, 5523

siPCR, subtractive iterative polymerase chainreaction; Wild-type sequence GGT, GGC

1 GGT GGC2 GGT GGC3 GGT GGC4 CGT GGC5 GGT GGC6 GGT GGC7 GGT GGC8 GGT GGC9 GGT GGC

1 CGT GGC2 GCT GGC3 CGT GGC4 CGT GGC5 GCT GGC6 GTT GGC

Chronic pancreatitis Carcinoma

KRAS Codons 12 and 13 of siPCR-Processed DNA from Pancreatic Juice

Fischer et al. (2001). Lab. Invest. 81, 827

Prädiktive Biomarker imTumorgewebe

Prädiktive Biomarker imTumorgewebe

Tumorzellen• DNA

- primäre Therapieentscheidung- Resistenz

• RNA• Proteine• posttranslationale Modifikationen

Tumorstroma• RNA

molekulareTherapie

genomischeVeränderung

molekulareTherapieBiomarker

HerceptinHER2/NEU

HerceptinHER2/NEU-Biomarker

Imatinib(Gleevec)BCR-ABL

Imatinib(Gleevec)

BCR-ABL-Biomarker

Nachweis von Leukämiezellen bei CML durch qRT-PCR

Funktioneller PhänotypMedikamentenempfindlichkeitInvasion, Metastasierung

Phänotyp

Biochemischer Phänotyp(mRNA/Protein/PTM)Pfade/Muster

Phänotyp

Ideale Genotyp - Phänotyp-Korrelation für einenprädiktiven Biomarker

Genom Genomische Veränderung

nach den Richtlinien der „American Society of Clinical Oncology“ und des „College of AmericanPathologists“ (Wolff et al. (2007). J. Clin. Oncol. 25, 118)

Tumor(invasiver Anteil)

Zweifelhafter Befund(IHC 2+)

Immunhistochemischer Nachweis des HER2/NEU-Proteins

mit validiertem Test

Testung aufERBB2-Amplifikation mit validiertem Test

Zweifelhafter Befund

Positiv(definiert als einheitliche

intensive Membranfärbung von > 30% der invasiven Tumorzellen)

Negativ(ICH 0 oder 1+)

Positiv Negativ

Algorithmus zum Nachweis des HER2/NEU-Proteins(Produkt des ERBB2-Gens)

Tumor(invasiver Anteil)

Zweifelhafter Befund(FISH-Quotient 1,8–2,2 oder ERBB2-Kopienzahl 4,0–6,0)

Testung auf ERBB2-Amplifikation mit

validiertem FISH-Assay

FISH-Testung weiterer Zellen oder immunhistochemischer

HER2/NEU-Nachweis

Zweifelhafter Amplifikationsbefund

Positiv(FISH-Quotient > 2,2 oder ERBB2-Kopienzahl > 6,0)

Negativ(FISH-Quotient < 1,8 oder ERBB2-Kopienzahl < 4,0)

Algorithmus zum Nachweis des HER2/NEU-Proteins(Produkt des ERBB2-Gens)

nach den Richtlinien der „American Society of Clinical Oncology“ und des „College of AmericanPathologists“ (Wolff et al. (2007). J. Clin. Oncol. 25, 118)

Mutation Proteinfunktion

Proteinmenge ProteinfunktionAmplifikation

Transkriptionx

Voraussetzungen für den genotypischenNachweis therapeutisch relevanter

Proteinfunktionen

Die Mutationen werden hauptsächlich in Adenokarzinomen von Frauen aus Ostasien ohne Tabakrauch-Exposition gefunden (Shigematsu & Gazdar (2006). Int. J. Cancer 118, 257).

41%Exon 21: L858R

5%Exon 20: Insertionen

Exon 18: G719X

4%6%

44% Exon 19: Deletionen

Exon 18-21: seltene Missense-Mutationen

Mutationen des EGFR-Gens in Lungenkarzinomen

Uramoto & Mitsudomi (2007). Br. J. Cancer 96, 857

Somatische Mutationen als Targets für diemolekulare Therapie maligner Tumoren

Zielgen Tumor Therapeutikum

BCR-ABL CML Imatinib (Gleevec)

KIT GIST Imatinib (Gleevec)

ERBB (EGFR) NSCLC Gefinitib (Iressa)Erlotinib (Tarcera)

CRC, NSCLC Cetuximab (Erbitux)

ERBB2 Mamma-Ca Trastuzumab (Herceptin)(EGFR2, HER2)

E2-Rezeptor Mamma-Ca Tamoxifen

Nachweis somatischer Mutationen für diemolekulare Therapie maligner Tumoren

Zielgen Tumor Therapeutikum Test

BCR-ABL CML Imatinib (Gleevec) Cytogenetik, BCR-ABL quantitative PCR

KIT GIST Imatinib (Gleevec) Expression von KIT (?)

ERBB (EGFR) NSCLC Gefinitib (Iressa) IHC, FISH, Sequenzierung (?)Erlotinib (Tarcera)

CRC, NSCLC Cetuximab (Erbitux) IHC (?)

ERBB2 Mamma-Ca Trastuzumab (Herceptin) IHC + FISH (Hercep-Test)(EGFR, HER2)

E2-Rezeptor Mamma-Ca Tamoxifen Bioch. RezeptorbestimmungAromatase-Hemmer (FISH? PCR?)

Tyrosinkinasen als zentrale Targets einer gezieltenmolekularen Therapie: Wie können wir die Aktivitätvon Tyrosinkinasen im Tumorgewebe beurteilen?

PDGFβ - Receptor Signaling

modified from Waksman et al., Cell, 1993

SH2 - Domains

• modular binding domains

• ~ 115 domains in human

• pTyr-N1-N2-Ψ3-N4-N5-N6

• KD = 0.1 -1.0 µM

• phospho-specific sensors

• probes for SH2-profilingSRC-SH2 domain

SH2-Profiling in breast cancer

mRNA-Expressionsmuster

ClusteranalysePfadanalyse

80

60

40

20

0

20

Patients who would be

cured by surgery and

radiotherapy alone but

receive unneccessary

adjuvant treatment

Patients who need

adjuvant treatment

Current predictive

criteria

Microarray

analysis

mRNA-Expressionsanalytik inMammakarzinomen

van t´Veer et al. (2002). Nature 415, 530

Percen

tag

e o

f p

ati

en

ts

St. Gallen Guidelines

Goldhirsch et al. (2005). Ann. Oncol. 16, 1569

Gain in Predictive Accuracy by the 70 GeneSignature1 for Survival in Breast Cancer

1Van‘t Veer et al. (2002). Nature 415, 530

Dunkler et al. (2007). Eur. J. Cancer 42, 745

Gene Expression Signatures in Breast Cancer

Massague et al. (2007). N. Engl. J. Med. 356, 294

Therapieresistenz

Mit einer Resistenz gegen Imatinib-Therapie assoziierteMutationen in der Bcr-Abl-Kinasedomäne

Meloh & Chuah (2007). Cancer Letters 249, 121

Map of Bcr-Abl kinase domain mutations associated with clinical resistance to imatinib.P, P-loop; B, imatinib binding site; C, catalytic domain; A, activation loop. Amino-acid substitutionsin green indicate mutations detected in 2-10% and in red in >10% of patients with mutations.(Adapted with permission from Dr. Susan Branford, IMVS, Adelaide, Australia)

P B C A

E255K/V

T3151/A/D

G250E/A/F

Q252H/RY253H/F

L248V

G238E

F311L/I/VC3056V253L

L298VP288H

E292VV289/VI

F317L/I

G321EL324QM343TA344VS348LA350VK357R

F382LG383DL384M

L387F/MM388L

A397P

H396R/P Q447RE450Q/Q/K

F4889

E453Q/K/A/V

S417Y

E459K/QS438CV379I

L364IF358V/C/D/I

E355G/O

M351T/LM244V

E279K

E275KD276G

T277AD241G

M237IK285N

E281A

Prädiktive Biomarker in derZirkulation

?

Zidan et al. (2005). Br. J. Cancer 93, 552

Kong et al. (2006). Clin. Chem. 52, 1510

Etablierte und potenzielle biologische Funktionenetablierter Tumormarker

Kallikrein-ProteinaseProteinPSA

Protein

Protein

Protein, Lex,Lactosamino-Glykane

Si-Lea

Protein

funktionelleGruppe(n)

biologische Funktion(en)Tumormarker

Kovalente Bindung vonIodotyrosyl-Resten

TBG

HormonHCG

Lektinbindung (DC-SIGN,Galectine), Bakterienbindung

CEA

Lektinbindung ?CA 19-9

OestrogenbindungAFP

Zirkulierende Marker derTumorprogression

• zirkulierende Tumor-DNA

• Tumorzellen

• Proteine/Glykoproteine

• posttranslationale Modifikationen- Glykosylierung- Proteolyse

• Angiogenesemarker

Nature Methods 3, 95 (2006)

Zell-Zell-Interaktion(z.B. E-Cadherin)

Rezeptoren und andereProteine der Zelloberfläche(z.B. FGF-Rezeptor 1)

Wachstumsfaktoren, Angiogenesefaktoren,chemotaktisch wirkende Faktoren(z.B. Heparin-bindender EGF, TNFα)

Bindungsproteine und anderelösliche Proteine (z.B. IGF-BPs)

Bioaktive ECM-Fragmente(z.B. Tumstatin)

Zell-Matrix-Interaktion(z.B. Laminin)

Zellbiologische Wirkungen von Matrix-Metalloproteinasenund ADAMs

DC-SIGN Binds Lewis x

DC

-SIGN

In spite of the many candidate biomarkers of angiogenesistested in preclinical and clinical studies, there are noestablished methods in routine clinical use to monitorangiogenesis or predict response to antiangiogenic drugs.

Sessa et al. (2008). Nat. Clin. Pract. Oncol. 5, 378

Wo wollen wir hin?

Krebs-Biomarker

Empfohlene Krebs-Biomarker (I)1

-CA 19-9-Pankreaskarzinom

Mismatch-Repair-Gene (HNPCC)APC-Gen (FAP)

FOBTCEA

KRAS2Kolonkarzinom

BRCA1, BRCA2CA 125-Ovarialkarzinom

BRCA1, BRCA2Tumormarker nichtempfohlen

ER, PR, HER2/NEU21-Gen-RT-PCR(optional)

Mammakarzinom

GenetischeDisposition

BlutSekrete/Exkrete

GewebeTumor

1NCCN-Empfehlungen, Abfrage vom 25.10.2008; Empfehlungen anderer Institutionen sindspeziell ausgewiesen.2Richtlinien-Empfehlung: van Krieken et al. (2008). Virchows Archiv, ePub Sept. 18

Empfohlene Krebs-Biomarker (II)1

RETCalcitonin, CEARETSchilddrüsenkarzinom,medullär

-Thyreoglobulin (Tg),Tg-AntikörperTSH

-Schilddrüsenkarzinom,papillär und follikulär

-PSA-Prostatakarzinom

-Tumormarker nichtempfohlen

EGFR, KRASLungenkarzinom(NSCLC)

GenetischeDisposition

BlutSekrete/Exkrete

GewebeTumor

1NCCN-Empfehlungen, Abfrage vom 25.10.2008

Empfohlene Krebs-Biomarker (III)1

-„urothelialeTumormarker“(optional)

(Cytologie)Blasenkarzinom

-AFP, HCG-Keimzelltumor, nichtseminomatös

-CEA & CA 19-9(optional)

-CholangiozelluläresKarzinom

-AFP-HepatozelluläresKarzinom

GenetischeDisposition

BlutSekrete/Exkrete

GewebeTumor

1NCCN-Empfehlungen, Abfrage vom 25.10.2008

Tumoren ohne empfohlene Krebs-Biomarker

---Gallenblasenkarzinom

---Zervix- undEndometriumkarzinom

---KleinzelligesLungenkarzinom

CDH1--Magenkarzinom

-(LDH)-Nierenkarzinom

GenetischeDisposition

BlutSekrete/Exkrete

GewebeTumor

1NCCN-Empfehlungen, Abfrage vom 25.10.2008

Ausblick

Je effektiver die Therapie, desto

größer wird die Bedeutung von

Tumormarkern für die

Therapiekontrolle.

Ausblick

Die Zukunft gehört den funktionellen

Biomarkern.