Genomet og kræftsygdommene

Kræft skyldes DNA-skader, der bibringer kroppens celler evnen til at dele sig uhæmmet. Mange års
forskning inden for området har givet os en meget detaljeret forståelse af de involverede gener og mekanismerne for sygdommen ved både arvelige og sporadiske tilfælde. Det har dels skabt grundlag for brugen af gendiagnostik baseret på de tilgrundliggende molekylære abnormiteter, dels muliggjort fremstillingen af nye farmaka, som med høj specificitet kan hæmme centrale proteiner i kræftcellerne. Selvom kræftprocessen følger bestemte veje, er især solide tumorer heterogene, og hver tumor har sit særlige mønster af mutationer og ændringer i genekspression. Derfor har genomisk baserede metoder som microarray og next generation sequencing (NGS), der giver et globalt billede af de patogene forandringer, fået en særlig plads i moderne kræftdiagnostik.

KRÆFTBIOLOGI

Fra de tidligste embryonale stadier akkumuleres mutationer i cellernes genom. Mutationer opstår under celledelingen eller efter eksponering for kemikalier, mikroorganismer eller stråling. Karcinogenesen kan anskues som en evolutionær proces, hvor erhvervede mutationer og epigenetiske forandringer på et givent tidspunkt bibringer en celle og dens efterkommere evnen til at dele sig ukontrolleret. Cellerne mister samtidigt evnen til at undergå programmeret celledød (apoptose), ligesom de bliver i stand til at invadere det omkringliggende væv, danne kar, metastasere og udvikle resistens over for evt. væksthæmmere [1]. Antallet af tumorspecifikke mutationer varierer inden for de forskellige tumorformer. Mange hæmatologiske cancere og børnecancere har forholdsvis få mutationer, ligesom thyroideakarcinomer kun har 500-700 mutationer pr. genom, hvorimod man i lungetumorer og melanomer kan finde op til 10.000-30.000 mutationer [2]. De fleste erhvervede mutationer spiller formentlig ingen kausal rolle for karcinogenesen og er blot tilskuere til processen. Ser man kun på de proteinkodende områder – exomet, der udgør ca. 2% af genomet – finder man i størrelsesordenen 100-200 mutationer, og kun 10-20 antages at være direkte impliceret i tumorvæksten. Så selvom karcinogenesen er en kompleks proces, hvor en række faktorer spiller sammen, er det med moderne genombaseret teknologi muligt at kortlægge og tolke både arvelige og sporadiske genvarianter i de enkelte tumorer.

GENOMBASERET KRÆFTDIAGNOSTIK

Microarray-baseret diagnostik, hvor man karakteriserer genernes udtryk, har i løbet af de seneste ti år udviklet sig fra at være et forskningsredskab til rutineundersøgelse. Signaturdiagnostik anvendes til klassifikation samt til at give information om prognose og behandling. Sammenlignet med histologiske undersøgelser er præcisionen og reproducerbarheden af microarray-undersøgelser høj. Mange ser derfor, at en del af tumorklassifikationen med fordel kan udføres med microarrays. Med transskriptomprofilerne vil man i mange tilfælde kunne opdele en given tumorgruppe i flere biologisk relevante grupper, ligesom man får information om udtrykket af biomarkører og mulige behandlingsrelaterede faktorer. Et eksempel på dette er den reviderede transskriptombaserede klassifikation af brystkræft [3], hvor man ved signaturdiagnostik inddeler brysttumorer i seks grupper, som bedre korresponderer til prognose og behandling og kromosomale forandringer end den nuværende histologiske klassifikation.

DNA- og RNA-sekventering er en forudsætning for identifikation af genvarianter og sygdomsfremkaldende mutationer, og udviklingen i sekventeringsteknologierne har udviklet det bærende element i genomisk medicin. I starten af 1990’erne kunne man på et laboratorium sekventere få tusinde baser om ugen, hvilket svarede til den kodende del af et lille gen i en enkelt patient. I 2000’erne blev det ved anvendelse af fluorescerende dideoxynukleotider og kapillærelektroforese muligt at tidoble kapaciteten, og molekylærgenetiske analyser af mindre gener blev rutine. Indtil afslutningen af det humane genomprojekt havde man således kun sekventeret et enkelt genom [4], og det var først omkring 2005, hvor man udviklede de første maskiner til massiv parallelsekventering (MPS), at udviklingen tog fart. MPS, som nu betegnes NGS, er baseret på en række forskellige teknologier, hvis fællesnævner er, at genomet fragmenteres i millioner af små stykker DNA, der kobles på en overflade eller indesluttes i små nanopartikler og amplificieres, hvorefter man følger sekventeringen af hver enkelt DNA-klon (Figur 1). Sekvenserne kortlægges og sammenlignes med en kendt referencesekvens. Med den seneste teknologi er det muligt at sekventere et fuldt genom på ca. ti dage eller et exom på nogle få dage (Figur 2).

ARVELIG KRÆFT

Vi kender i dag mindst 40 forskellige gener, som disponerer for kræft i et eller flere organer. De mest almindelige er BRCA1 og BRCA2, som disponerer for bryst- og ovariekræft samt HNPCC-generne MLH1 og MSH2 [5]. Er man bærer af en sygdomsfremkaldende mutation i et kræftgen, har man en høj (40-90%) risiko for at få kræft. Hidtil har man i forbindelse med udredning af arvelige sygdomme udvalgt et enkelt eller få gener, som med stor sikkerhed kunne være forbundet med en given cancersygdom. Med denne praksis finder man mutationer hos ca. en tredjedel af patienterne, og der er uden tvivl mange flere gener, som kan disponere for kræft. Man antager, at mange familier bærer på sjældne varianter, og udviklingen går i retning af at screene for flere og flere gener, i takt med at man forstår biologien bedre og bedre. NGS-kræftpakker gør det muligt at undersøge mange hundrede gener. Med de nye gener og varianter vil udfordringen i mange tilfælde blive flyttet fra sekventeringen til den funktionelle karakterisering af givne genvarianter, ligesom det er vigtigt, at man har den nødvendige viden om deres kliniske betydning, så
patienterne og bærerne kan rådgives på et oplyst grundlag.

INDIVIDUALISERET MEDICIN

Tumorheterogenitet og utilstrækkelig klassifikation medfører ofte, at patienter behandles med uvirksom medicin med bivirkninger. Målrettet terapi er derfor et væsentligt udviklingsområde inden for moderne onkologi [6]. En af de første og bedste illustrationer af målrettet kræftbehandling var kronisk myeloid leukæmi, hvor det transformerende ABL-BCR-fusionsprotein effektivt kan hæmmes med imatinib [4, 7].

Brystkræftområdet har også vist vejen for målrettet behandling. Det stod tidligt klart, at patienter med østrogenreceptorpositive tumorer havde gavn af tamoxifen. I 1980’erne blev fokus rettet mod vækstfaktorer og deres receptorer, og ved at bestemme human epidermal growth factor receptor 2-status kan man udpege de patienter, som har bestemt gavn af behandling med humaniserede monoklonale antistoffer eller små blokerende molekyler. Siden er der blevet introduceret mange selektive hæmmere af signaltransduktion i solide tumorer. To af de mest anvendte stoffer er EGFR- og BRAF-hæmmere, der anvendes ved behandling af henholdsvis kolorektalcancer og melanomer. Også ALK- og mTOR-hæmmere er under stigende anvendelse ved lungekræft og børnetumorer [7].

En af de store udfordringer ved målrettet medicin er naturligvis at udvælge de patienter, som måtte have gavn af de nye farmaka. Mange af stofferne
udvikles derfor sammen med en diagnostisk test, hvor man undersøger nogle få genetiske varianter.
I mere uddybende studier har man dog påvist, at de aktiverende varianter kan være mere udbredt end antaget, og at forskellige mutationer i målproteinerne er følsomme for stofferne. Tendensen går derfor mod at udvide undersøgelserne for mutationer til et meget større spektrum af cancere, ligesom hver tumor undersøges for mange flere typer af mutationer – ultimativt for alle mutationer. Genomundersøgelser med henblik på molekylær klassifikation og målrettet behandling er under etablering på flere kræftcentre [8].

Aktiviteterne betegnes integrative cancer biology and genomics, og ideen er at kortlægge samtlige geners udtryk, kopitalsvariationer og mutationer og på det grundlag »spørge ind til« tumorens art og molekylære grundlag samt målrettede behandlingsmuligheder (Figur 1) [9].

I maj 2013 indførte man på Fase 1-Enheden på Rigshospitalet et personligt genomisk screeningsprogram kaldet Copenhagen Prospective Personalized Oncology (Figur 2). Fase 1-Enheden på Rigshospitalet er en dedikeret eksperimentel klinisk onkologiafdeling, hvor man modtager omkring 200 patienter, der ikke har andre behandlingsmuligheder, fra hele landet. Programmet vil omfatte ca. 500 patienter over en periode på fem år. Målet er at allokere patienter med specifikke genudtryk til fase 1-forsøg med målrettede lægemidler, således at undersøgelsen bliver beriget med de rigtige patienter. Denne form for precision medicine er også indført på flere andre fase 1-enheder i Europa og USA, f.eks. på Institute Gustave-Roussy i Paris og MD Anderson i Houston
og University of Michigan.

Selvom man stadig er i de tidligste stadier, peger resultaterne i retning af, at genomiske undersøgelser kan bidrage positivt til at forbedre behandlingen og overlevelsen af kræft [10-13]. I langt hovedparten af tumorerne (> 90%) finder man mutationer, der kan forklare deres opståen. Vi har endnu ikke overlevelses- eller surrogatdata fra aktiviteterne på Rigshospitalet, men resultaterne af behandlingen af de første patienter tyder på, at man hos ~40% af patienterne i fase 1 vil finde molekylære forandringer, der peger på bestemte behandlingsmuligheder. I mindre skala viser resultater fra transskriptomundersøgelser hos patienter med ukendt primærtumor ligeledes, at metoderne kan fungere i en klinisk sammenhæng.

NGS ventes også at spille en rolle i forbindelse med noninvasiv undersøgelse af cirkulerende tumorceller [14]. Ved hjælp af cellesortering er det muligt at isolere tumorceller og undersøge dem for specifikke translokationer eller mutationer med NGS. Endvidere har man nu metoder til at måle cirkulerende cellefrit DNA, hvor man genfinder tumorspecifikke mutationer. På en simpel blodprøve kan man således følge, om mutationer forsvinder eller vender tilbage under en given behandling. Ny data tyder på, at ændringer kan identificeres i blodet, før man observerer klinisk tumorsvind eller vækst, f.eks. ved CT. De såkaldte flydende biopsier spås derfor en fremtid i moderne lægemiddeludvikling, idet metoden giver mulighed for en meget tidlig indikation af, om et lægemiddel virker eller ej.

ETIK OG PATIENTRETTIGHEDER

Genomanalyser hos kræftpatienter er som andre undersøgelser naturligt forbundet med en række etiske overvejelser. De generelle overvejelser retter sig mod den usikkerhed, man kan have ved betydningen af et givent fund og de sociale og psykologiske påvirkninger af patienten og familien.

Endelig kan der være aspekter vedrørende diskrimination og forsikringsforhold, som har betyd-
ning for beslutningerne. Det Etiske Råd har beskæftiget sig med gentestning og de særlige overvejelser, der er relateret til helgenom og exomsekventering [15]. Undersøgelserne giver som beskrevet indblik i samtlige genetiske variationer, og en væsentlig problemstilling er relateret til tilfældige fund af sygdomsdisponerende mutationer. Et eksempel kunne være en yngre person, der får sekventeret DNA fra en kræftknude med henblik på skræddersyet terapi og tilfældigt viser sig at være bærer af en konstitutionel mutation for en arvelig sygdom.

Brug af microarrays, RNA-sekventering og specifikke gentest på tumorvæv rummer ingen særlige problematikker, da de som hovedregel ikke giver viden om arvelige genetiske dispositioner, og derfor kan sidestilles med andre biomarkørundersøgelser.

Korrespondance: Finn Cilius Nielsen, Klinisk Biokemi, Righospitalet, Blegdamsvej 9, 2100 København Ø. E-mail: fcn@rh.dk

Antaget: 16. september 2014

Interessekonflikter: