DNA-Reparatur-assoziierte genetische und epigenetische Faktoren für die Zweittumorentstehung nach Tumoren im Kindes- und Jugendalter

Die Ursachen der Zweittumorentwicklung bei Personen, die eine Krebserkrankung in der Kindheit überlebten, sind weitgehend unklar. Strahlenexposition oder Chemotherapie führen in normalen somatischen Zellen zu DNA-Schäden, welche bei fehlerhafter Reparatur eine Karzinogenese auslösen können. Es ist denkbar, dass genetische Unterschiede z. B. in den Signalwegen der Zellzykluskontrolle und der DNA-Reparatur nach therapieinduzierten DNA-Schäden eine entscheidende Rolle bei der Zweittumorentwicklung spielen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden 20 Personen, die eine Krebserkrankung in der Kindheit überlebten und einen unabhängigen Zweittumor entwickelten, mit 20 gematchten Kontrollpersonen ohne Zweittumorentwicklung verglichen. Die primären Fibroblasten der Patienten wurden auf somatische, genetische und/oder epigenetische Unterschiede in DNA-Reparaturnetzwerken untersucht. Die biologisch relevantesten Ergebnisse lieferten Proteinuntersuchungen mittels Antikörper-Microarrays. Hierbei wurde eine konstitutiv erniedrigte Menge an RAD9A und einigen anderen DNA-Reparatur-Proteinen (BRCA1, DDIT3, MSH6, p53, RAD51) in den Zweittumorpatienten im Vergleich zu den Eintumorpatienten festgestellt. Nach einer DNA-Schädigung durch 1 Gray Bestrahlung erhöhte sich die RAD9A-Proteinmenge, wobei die Zweittumorpatienten eine geringere Induktion als die Eintumorpatienten zeigten. Bei der Quantifizierung der mRNA-Expression mittels RTq-PCR wurde ein niedrigerer RAD9A-mRNA-Level sowohl in den unbehandelten und als auch in den 1 Gray bestrahlten Zellen der Zweittumorpatienten festgestellt. SNP-Array und Methylierungsanalysen konnten keine Auffälligkeiten im RAD9A-Lokus nachweisen. Diese Ergebnisse unterstützen die Hypothese, dass Modulationen von RAD9A und anderen Zellzyklusarrest- und DNA-Reparaturproteinen zum Risiko einer Zweittumorentwicklung in Kinderkrebspatienten beitragen. Bei einem diskordanten monozygoten Zwillingspaar wurde in ca. 20% der Zellen des Zweittumorzwillings eine Hypermethylierung des Tumorsuppressorgens BRCA1 festgestellt, die mit einer konstitutiv erniedrigten BRCA1-Proteinexpression einhergeht und einen möglichen Krebsrisikofaktor darstellt. Die partielle Deletion des Gens RSPO3, die wahrscheinlich als somatisches Zellmosaik beim Zweittumorzwilling vorliegt, korreliert mit einer niedrigeren RSPO3-mRNA-Expression und ist vermutlich auch mit einer erhöhten Krebsprädisposition assoziiert.

The etiology of second cancer formation in individuals surviving childhood cancer is still largely unclear. Exposure of normal somatic cells to radio- and/or chemotherapy can damage DNA and if not all DNA lesions are properly fixed, the residual DNA damage may lead to pathological consequences. It is plausible to assume that genetic differences, i.e. in the pathways responsible for cell cycle control and repair of therapy-induced DNA damage, play a critical role in development of a second tumor. In this study 20 individuals who survived childhood malignancy and then developed a second cancer were compared with 20 carefully matched control individuals with childhood malignancy but without second cancer. We screened primary fibroblasts of matched patients for somatic, genetic and/or epigenetic differences in DNA repair networks. The biologically most relevant results provided protein analysis using antibody microarrays. We found constitutively decreased levels of RAD9A and several other DNA repair proteins (BRCA1, DDIT3, MSH6, p53, RAD51) in two-cancer patients, compared to one-cancer patients. In response to DNA damage by 1 gray irradiation the RAD9A protein level increased, however this increase appeared to be smaller in the two-cancer patients. Quantification of mRNA expression by RTq-PCR revealed lower RAD9A mRNA levels in both untreated and 1 Gy -irradiated cells of two-cancer patients, compared to one-cancer patients. SNP array and methylation analysis detected no abnormalities in the RAD9A gene locus. Our results support the idea that modulation of RAD9A and other cell cycle arrest and DNA repair proteins contribute to the risk of developing a second tumor in childhood cancer patients. When analyzing the methylation of the tumor suppressor gene BRCA1 in one discordant monozygotic pair of twins we observed a hypermethylation in approximately 20% of the body cells of the two-cancer twin compared to the unaffected twin. This epimutation was associated with a reduced basal protein level of BRCA1 and considered to be a possible cancer risk factor. In addition, the two-cancer twin was found to carry a probably somatic mosaic heterozygous partial deletion of the RSPO3 gene that correlated with a reduced RSPO3 mRNA expression level and is also supposed to contribute to increased cancer predisposition.