11.4.2 Krebserkrankungen mit ATRX-Mutationen sind alternative Telomerverlängerung positiv
ALT ist ein Zellprozess, der von bestimmten Tumorarten genutzt wird und sich auf rekombinationsvermittelte Elongation stützt, um die Telomerlänge zu erhalten. Die Aktivierung des ALT-Wegs wird typischerweise in PanNETs , Gliomen , Neuroblastomen und Sarkomen gefunden. Telomer-spezifische Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH) wurde an einem Pool von 41 sporadischen nicht-funktionellen PanNETs durchgeführt. Interessanterweise zeigten 61 % der Tumoren große Telomere und ein ultrahelles FISH-Signal, was mit einem ALT-Phänotyp übereinstimmt. Darüber hinaus sind PanNETs mit ATRX- und DAXX-Mutationen in diesem Probensatz ebenfalls ALT-positiv. Ein kleiner Teil der PanNETs mit nicht nachweisbarer Punktmutation, Insertion oder Deletion von ATRX und DAXX, wurde als ALT-positiv gefunden. Bei weiterer Untersuchung haben diese Tumoren jedoch die nukleäre Expression von ATRX oder DAXX verloren, während Tumoren ohne ALT-Phänotyp eine robuste Expression beider Proteine aufweisen.
Interessanterweise treten der Verlust der nukleären Expression von ATRX und/oder DAXX und das Vorhandensein von ALT nur bei Patienten mit PanNET-Tumoren von ≥3 cm Größe und mit MEN1-Mutation auf. Dies deutet darauf hin, dass diese Ereignisse später in der PanNET-Tumorgenese stattfinden, nachdem das Neoplasma über die Größe von Mikroadenomen (0,2 cm) hinaus gewachsen ist. Dieser Befund hat die Entwicklung eines Modells veranlasst, das die möglichen Schritte für die Bildung von Metastasen bei PanNETs beschreibt. Grundsätzlich treten DAXX/ATRX-Mutationen während der unkontrollierten Zellteilung auf, die dann eine chromosomale Instabilität (CIN) induzieren und ALT zur Aufrechterhaltung der Telomerlänge auslösen, was zur Heterogenität der Telomergrößen führt. CIN ermöglicht es den betroffenen Zellen, chromosomale Aberrationen und ein breites Spektrum an Mutationen zu erwerben, die selektive Vorteile für die Zellproliferation und die Etablierung von Dominanz in einer Subpopulation von Zellen mit sich bringen. Dies legt nahe, dass der Verlust von DAXX/ATRX in Kombination mit ALT-Aktivierung eine Ursache für CIN ist, die eine spezifische Untergruppe von PanNETs charakterisiert. Bei nicht-funktionellen PanNETs korreliert das Vorhandensein von CIN mit einer größeren Tumorgröße, einem hohen Grad an Chromosomenaberrationen und Metastasen, während es bei funktionellen PanNETs, insbesondere bei Insulinomen, mit einem schlechten Ausgang korreliert. Daher wird CIN als diagnostisches Werkzeug für die Entwicklung einer metastatischen Erkrankung vorgeschlagen.
Interessanterweise korreliert der Verlust der ATRX-Kernexpression in pädiatrischen GBM multiforme, erwachsenen GBM, Oligodendrogliomen und Medulloblastomen auch mit einem ALT-Phänotyp . Das Vorhandensein eines ALT-Phänotyps bei Astrozytomen des Grades IV (GBM multiforme) korreliert mit einem positiven prognostischen Ergebnis. In der Tat beträgt das mediane Überleben von Patienten mit ALT-positiven Tumoren 542 Tage, während es bei Patienten mit nicht-positiven Tumoren 247 Tage beträgt . Es wurde auch festgestellt, dass ALT-positive Tumore die Überlebensrate von Astrozytomen niedrigeren Grades erhöhen . Das Vorhandensein von Telomerase veränderte das Überleben von Patienten mit dieser Art von Tumor nicht. Der Verlust der ATRX-Expression in niedriggradigen Astrozytomen korreliert nicht mit einem ALT-Phänotyp . Es gibt jedoch eine Assoziation von ATRX mit ALT-Positivität bei hochgradigen pädiatrischen und erwachsenen Astrozytomen (d.h. anaplastisches Astrozytom und GBM).
Neuroblastom ist ein Krebs des sympathischen Nervensystems und gilt als der häufigste extrakranielle solide Tumor bei Kindern . Mehr als 90 % der Patienten mit Neuroblastom werden innerhalb der ersten 5 Lebensjahre diagnostiziert, da sie oft mit lebensbedrohlichen Symptomen einhergehen. Neuroblastome, die einen ALT-Phänotyp aufweisen, sind mit einer Resistenz gegen Chemotherapie ohne schnelles Wachstum und ungünstigen Ergebnissen verbunden . Außerdem wurden in allen ALT-positiven Neuroblastom-Tumoren Veränderungen in entweder ATRX oder DAXX gefunden . In einigen seltenen Fällen sind Mutationen in ATRX oder DAXX mit einem höheren Risiko eines späten Rezidivs verbunden.
Sarkome können ALT-positiv sein, häufiger in Tumoren mesenchymalen Ursprungs als in solchen, die vom Epithel stammen . Der ALT-Phänotyp wird bei 35 % der Osteosarkome und 35 % der Weichteilsarkome (STS) nachgewiesen. Die größte Gruppe der STS-Malignität ist das Liposarkom, das 20% aller Tumoren mesenchymalen Ursprungs ausmacht . Die Telomererhaltungsmechanismen (TMMs) in Liposarkomen stützen sich in 24 % der Fälle auf den ALT-Signalweg, was im Wesentlichen das Doppelte der Gesamtinzidenz des ALT-Phänotyps ausmacht . Es besteht eine positive Korrelation zwischen der Nutzung des ALT-Stoffwechsels als TMM und dem Tumorgrad bei STS . In der Tat zeigen etwa 70 % der Liposarkome des Grades I keine TMM, während bei den Graden II und III 70 % der Tumoren entweder ALT oder Telomerase oder beides aufweisen. Daher könnte TMM ein potenzieller Marker für Malignität in Tumoren mesenchymalen Ursprungs sein und letztlich ein Ziel für chemotherapeutische Interventionen darstellen . So verwenden Sarkome mit unspezifischem komplexem Karyotyp (z. B. Osteosarkome) häufiger ALT als TMM als Sarkome mit einfachem Karyotyp mit spezifischer Translokation.
Wie bereits erwähnt, haben beide TMMs sehr unterschiedliche Eigenschaften und eine davon ist der Unterschied in CIN . Eine Studie, die FISH an der Osteosarkom-Zelllinie U-2 OS verwendete, zeigte, dass ALT-positive Zellen eine große Vielfalt an Telomerlängen, ungewöhnliche Konfigurationen von Telomerwiederholungen und Loci sowie dizentrische Markerchromosomen aufwiesen . Der Vergleich von zwei Osteosarkom-Zelllinien mit Telomerase-Aktivität zeigte eine Zunahme von Translokationen, Deletionen und komplexen chromosomalen Rearrangements. Darüber hinaus wiesen ALT-positive Zellen eine höhere Häufigkeit von DNA-Brücken auf, ein direktes Maß für chromosomale Aberrationen, die wahrscheinlich auf freie chromosomale Enden zurückzuführen sind. Diese freien Enden ermöglichen eine Ende-zu-Ende-Chromosomenfusion, was zu Bruch-Fusions-Brücken-Zyklen und einer Zunahme von groben chromosomalen Rearrangements führt. Zusammengenommen zeigen diese Ergebnisse, dass mesenchymale Tumoren mit ALT einen komplexeren chromosomalen Hintergrund haben und dass ihre Mutationen unspezifisch und unvorhersehbar sind. Es wurde vermutet, dass ALT möglicherweise weniger effizient bei der Aufrechterhaltung der Telomere ist, weil es eine Reihe von Ereignissen auslösen kann, die zu CIN führen. Eine andere Möglichkeit ist, dass ALT diese genetischen Veränderungen induziert und/oder benötigt, um richtig zu funktionieren.
Die Beteiligung von ATRX bei Sarkomen ist ähnlich wie bei anderen Krebsarten. In einer Studie, die 573 Sarkome untersuchte, hatten 58 von ihnen einen vollständigen Verlust der ATRX-Kernexpression und wurden als hochgradige Tumore eingestuft. In einer anderen Gruppe von Proben waren fast alle (41 von 42) der Sarkome mit einem vollständigen Verlust von ATRX auch positiv für ALT.
Sarkome haben ein anderes Ergebnis als Gliome, wenn es um ALT-positive Tumore geht. So haben 60 % der Patienten mit ALT-positiven Osteosarkomen eine 5-Jahres-Überlebenszeit, während 90 % der Patienten mit nicht-positiven ALT-Tumoren und negativer Telomerase-Aktivität eine niedrigere Sterblichkeitsrate (5-Jahres-Überleben) haben. In ähnlicher Weise fand eine Studie, die Liposarkom-Tumoren und das Überleben der Patienten untersuchte, dass Patienten mit ALT-Phänotyp hochaggressive Tumoren und eine höhere Sterblichkeitsrate haben, während Patienten mit Telomerase-positiven Tumoren aggressiv waren, aber Unterschiede im Überleben zeigten . Insgesamt haben beide TMMs unterschiedliche Einflüsse auf die Tumorigenese und das Überleben der Patienten, wobei der Effekt stark von der spezifischen Art des beobachteten Malignoms abhängt.
Zusammengenommen zeigten diese Ergebnisse, dass ATRX-Mutationen entscheidende Ereignisse für die Entwicklung des ALT-Wegs während der Tumorigenese sind. Das Auftreten des ALT-Phänotyps ist ein spätes Ereignis, das mit fortgeschritteneren und höhergradigen Tumoren korreliert. Das Vorhandensein von ALT ist bei den meisten Krebsarten mit einer positiven Prognose verbunden und könnte ein potenzielles therapeutisches Ziel sein. Auch die Aufrechterhaltung der Genom-Integrität durch ATRX ist sowohl für die Entwicklung als auch für die Verhinderung von Malignität in onkogenen Zellen entscheidend; die zugrunde liegenden Mechanismen sind jedoch noch unklar und erfordern weitere Arbeiten.