Polymorphismen und seltene Varianten in Genen, die für Proteine der DNA-Reparaturvorgänge codieren, gehören zu den angeborenen potentiellen Risikofaktoren für die Entwicklung maligner Tumore. Darüber hinaus können derartige DNA-Reparatur-Genvarianten das Ansprechen eines Malignoms auf eine Chemotherapie beeinflussen. Auch die Nebenwirkungen einer Chemotherapie können durch DNA-Reparatur moduliert werden.
Fragestellungen, die sich in diesem Zusammenhang ergeben, sind u.a. wie Chemotherapie-induzierte DNA-Schäden von lebenden menschlichen Zellen prozessiert werden. So können Aussagen über die Gentoxizität und die Mutagenität der durchgeführten Therapie getroffen und ein Therapie-spezifisches DNA-Mutationsspektrum analysiert werden. Auch ein Vergleich der funktionellen DNA-Reparaturfähigkeit für definierte DNA-Schäden von normalen Zellen und Tumorzellen eines Individuums in Zusammenhang mit den Nebenwirkungen und dem Ansprechen einer Chemotherapie kann durchgeführt werden. Weitere Fragestellungen sind die mögliche Assoziation von DNA-Reparaturgen-Polymorphismen mit den Nebenwirkungen und dem Ansprechen einer Tumortherapie sowie der Effekt einer unterschiedlichen relativen Expression von spontan alternativ gesplicten mRNA-Varianten von DNA-Reparaturgenen auf die individuelle DNA-Reparaturfähigkeit und damit auf das Ansprechen bzw. auf die Nebenwirkungen einer Chemotherapie.
Diese Tumortherapie-bezogenen Aspekte sollen am Beispiel der Therapie des malignen Melanoms mit Temozolomid, aber auch in Kooperation mit den anderen Arbeitsgruppen des Graduiertenkollegs bezogen auf gemeinsam interessierende Tumoren und Chemotherapeutika untersucht werden.

Stand der Forschung:
Die Inzidenz des malignen Melanoms steigt schneller an als jede andere Inzidenz eines bösartigen Tumors (Rigel et al., 1996). Bei rechtzeitiger chirurgischer Entfernung kann das maligne Melanom mit hoher Erfolgsrate kurativ therapiert werden. Adjuvante Chemotherapien scheinen die Prognose nicht verbessern zu können (Kretschmer et al., 2002). Treten jedoch Fernmetastasen auf, sinkt die Jahresüberlebensrate unter 20%. Jede therapeutische Intervention besitzt dann lediglich palliativen Charakter (Keilholz et al., 2001). Eine Standardtherapie für das fernmetastasierte maligne Melanom existiert nicht. Dacarbazin (DTIC) als häufigste Monotherapie hat eine etwa 15%ige Ansprechrate. Die mittlere Ansprechdauer beträgt 5-6 Monate bei einer kompletten Remissionsrate von etwa 5% (Serrone et al., 2000). Kombinationstherapien (Polychemotherapien oder Chemo-Immuntherapien) können zwar zu höheren Ansprechraten führen, jedoch konnte bisher kein klarer Überlebensvorteil erzielt werden bei erheblich stärkeren Nebenwirkungen für den Patienten.
Temozolomid ist ebenso wie DTIC ein Pro-Drug des zytotoxisch wirksamen Triazin 5-(3-methyl-triazen-1-yl) imidazol-4-carboxamid (MTIC) (Newlands et al., 1992). Temozolomid zerfällt jedoch bei physiologischem pH spontan zu MTIC und muss nicht aktiv wie DTIC metabolisiert werden (Stevens et al., 1987). Auch kann Temozolomid im Gegensatz zu DTIC die Blut-Hirnschranke durchdringen. Durch die alkylierende Aktivität von MTIC werden vornehmlich O6-Methyldeoxoguanin DNA-Addukte (O6-MeG) generiert. Diese DNA-Schäden können durch die O6-Alkylguanin-DNA-Alkyltransferase (Basen-Exzisions-Reparatur) eliminiert werden. O6-MeG führt zur falschen Paarung mit Thymin (O6-MeG:T). Durch eine frustrane Aktivierung des Mismatch-Reparatursystems kommt es zum programmierten Zelltod (Pepponi et al., 2003). Wir wollen eine Temozolomidtherapie von Melanompatienten auf der klinischen und molekulargenetischen Ebene in bezug zu DNA-Schäden und dem Umgang menschlicher Zellen mit diesen DNA-Schäden genauer untersuchen.

Polymorphisms and other variants of genes that encode proteins involved in DNA repair processes comprise inherited potential risk factors for the development of cancer. In addition, such DNA repair gene variants may modulate tumor therapy responses and the side effects of chemotherapy on an individual basis.

One question that arisis within this context is the processing of chemotherapy-induced DNA damage by living human cells. This allows the assessment of the genotoxicity and mutagenicity of the chemotherapeutic regimen used and the analysis of the therapy-specific mutational spectrum. Another research topic comprises the comparison of the functional DNA repair capacity for chemotherapy-induced DNA damage of normal cells and tumor cells in a patient with respect to therapeutic response and therapeutic side effects. Further research topics include the association of DNA repair gene polymorphisms with side effects and responses of a certain cancer therapy as well as the effects of the relative expression of spontaneously alternatively spliced mRNA variants of DNA repair genes on the individual DNA repair capacity and, thus, on the response rate and side effects of chemotherapies.

These tumor-therapy related aspects will be studied on the example of metastatic melanoma treatment with temozolomide but also in cooperation with the other members of the Graduiertenkolleg with respect to other cancer entities and chemotherapeutics that are of common interest.

The incidence of cutaneous melanoma rises steeper than the incidence of any other cancer entity (Rigel et al., 1996). Cutaneous melanoma can be cured with a high success rate, if the tumor is sugically excised at an early state. Chemotherapies given adjuvantly after surgery seem not to influence the disease outcome (Kretschmer et al., 2002). If distant metastasis occur, the one year survival rate drops below 20%. Any therapeutic intervention is merely palliative at this stage (Keilholz et al., 2001). A standard therapy for the treatment of metastatic melanoma does not exist. Dacarbacine (DTIC) is the most commonly used chemotherapy with a response rate of about 15%. The mean duration of responses is 5 to 6 months and complete remissions are seen in ~5% (Serrone et al., 2000). Polychemotherapies or chemo-immunotherapies may lead to increased response rates, but also to increased side effects and a significant impact on patient survival could not be detected.

Temozolomide as well as DTIC are pro-drugs of the zytotoxic substance triazine 5-(3-methyl-triazene-1-yl) imidazole-4-carboxamide (MTIC) (Newlands et al., 1992). However, temozolomide decomposes spontaneously at physiologic pH into MTIC in contrast to DTIC that as to be actively metabolized into MTIC by liver enzymes (Stevens et al., 1987). In addition, Temozolomide is able to penetrate the blood-brain barrier. MTIC possesses alkylating activity and predominantly generates O6-methyldeoxoguanine DNA adducts (O6-MeG). These DNA adducts can be repaired by the enzyme O6-alkylguanine-DNA-alkyltransferase (base-excision repair). O6-MeG leads to mispairing with thymine (O6-MeG:T). Due to futile activation of the mismatch DNA repair system cellular apoptosis is induced (Pepponi et al., 2003). We propose to investigate the therapy of metastatic melanoma with temozolomide on the clinical and molecular-genetic level with respect to DNA damage and the processing of temozolomide-induced DNA damage by human cells.

  Weiterführende Literatur