Der Internist

, Volume 46, Issue 8, pp 847–860

Molekulare Zielstrukturen in der Onkologie

Authors

    • Klinische Kooperationsgruppe „Leukämie“, Medizinische Klinik III Klinikum Großhadern der Ludwig-Maximilians-Universität München und GSF-Hämatologikum
  • W. Hiddemann
    • Klinische Kooperationsgruppe „Leukämie“, Medizinische Klinik III Klinikum Großhadern der Ludwig-Maximilians-Universität München und GSF-Hämatologikum
Schwerpunkt: Molekulare Ziele der Therapie

DOI: 10.1007/s00108-005-1463-0

Cite this article as:
Spiekermann, K. & Hiddemann, W. Internist (2005) 46: 847. doi:10.1007/s00108-005-1463-0

Zusammenfassung

Die Aufklärung der molekularen Pathogenese maligner Erkrankungen hat in den letzten Jahren deutliche Fortschritte erfahren. Insbesondere wurden molekulare und zelluläre Zielstrukturen identifiziert, die als Angriffspunkte für therapeutische Interventionen („targeted therapies“) dienen können.

Hierzu gehören Komponenten von zellulären Signalketten, wie z.B. Proteintyrosinkinasen (PTK), die durch Mutationen, Translokationen oder Überexpression aktiviert werden. Kleinmolekulare PTK-Inhibitoren, die als kompetitive ATP-Antagonisten fungieren, haben bei der CML, gastrointestinalen Stromatumoren sowie Bronchialkarzinomen bereits eine eindrückliche klinische Aktivität gezeigt. Eine weitere Gruppe von zellulären Zielstrukturen stellen tumorselektive Oberflächenproteine dar, die Angriffspunkte für monoklonale Antikörper darstellen. Dieses Therapiekonzept hat vor allem in der Lymphomtherapie breiten Einsatz gefunden.

Die Identifizierung von molekularen Zielstrukturen, die kritisch für den malignen Phänotyp sind, führt in eine neue Ära integrierter molekularer Diagnostik und Therapie in der Onkologie.

Schlüsselwörter

Onkologische TherapieMonoklonale AntikörperProteintyrosinkinasenMolekulare ZielstrukturenHämatologische Neoplasien

Molecular target structures in oncology

Abstract

Substantial progress has been made in recent years in understanding the molecular pathogenesis of malignant disorders, especially in identification of molecular targets for therapeutic interventions (“targeted therapies”).

An important group of therapeutical targets are signaling cascades, e.g. protein tyrosine kinases (PTK) that are activated by mutations, translocations or overexpression. Small molecule inhibitors that compete with ATP and inhibit kinase activity have produced clinical impressive responses in chronic myeloid leukemia, gastrointestinal stroma tumors and non-small cell lung cancer. Another group of cellular targets is represented by tumor-selective cell surface proteins that can serve as target structures for antibodies. Therapeutical concepts using monoclonal antibodies have substantially improved response rates in patients with malignant lymphomas and are currently evaluated in other types of cancer.

The definition of molecular target structures critical for the malignant phenotype is driving a new era of integrated diagnostics and therapeutics in the field of oncology.

Keywords

Oncological therapyMonoclonal antibodiesProtein tyrosine kinasesMolecular target structuresHematological neoplasias

Definition molekularer Zielstrukturen

Der Entwicklung einer „targeted therapy“, d. h. einer gezielten antineoplastischen Therapie, die möglichst selektiv und effizient das Tumorgewebe vernichtet, stellte bis vor kurzem eine Vision dar. Erst detaillierte Kenntnisse der Pathophysiologie maligner Erkrankungen sowie technische Innovationen, z. B. die Humanisierung von Mausantikörpern, haben die erfolgreiche klinische Umsetzung solcher Therapiekonzepte ermöglicht.

Eine ideale molekulare oder zelluläre Zielstruktur sollte eine Reihe von Voraussetzungen erfüllen (Tabelle 1). Sie sollte essenziell für den malignen Phänotyp sein, möglichst gering in normalem Gewebe exprimiert werden sowie reproduzierbar diagnostisch erfassbar sein. Eine Interferenz mit der Zielstruktur sollte selektiv zu einer Tumorregression bei denjenigen Patienten führen, deren Tumorgewebe die Zielstruktur exprimieren. Dagegen sollte Tumorgewebe von Patienten ohne Expression der Zielstruktur kein Ansprechen zeigen.
Tabelle 1.

Eigenschaften einer idealen therapeutischen Zielstruktur

Essenziell für den malignen Phänotyp

Möglichst geringe Expression in normalem Gewebe

Biologisch relevante Funktion

Reproduzierbare diagnostische Bestimmung

Korrelation mit der klinischen Prognose

Interferenz mit der Zielstruktur sollte selektiv zur Tumorregression bei den Patienten führen, deren Tumorgewebe die Zielstruktur exprimieren

Minimales Ansprechen bei Patienten ohne Expression der Zielstruktur

Molekulare Zielstrukturen, die bisher erfolgreich für therapeutische Interventionen genutzt werden, fallen grundsätzlich in verschiedene Kategorien:
  1. 1.

    tumorselektive Oberflächenantigene (z. B. CD20), an die monoklonale Antikörper binden, die entweder als native Antikörper oder als Konjugate therapeutische Aktivität besitzen,

     
  2. 2.

    überexprimierte Oberflächenproteine, wie z. B. der EGFR, der Zielstruktur für monoklonale Antikörper ist,

     
  3. 3.

    überexprimierte intrazytoplasmatische Proteine, z. B. BCL-2, das eine Apotoseresistenz bewirkt und durch Antisense-mRNA-Oligonukleotide herunterreguliert werden kann,

     
  4. 4.

    Zytokine, wie der Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF), die für die Neoangiogenese essenziell sind und durch monoklonale Antikörper gebunden und somit inaktiviert werden können,

     
  5. 5.

    tumorspezifische, durch Translokationen bzw. Mutationen konstitutiv aktivierte Tyrosinkinasen, z. B. BCR-ABL in der chronisch myeloischen Leukämie,

     
  6. 6.

    weitere aktivierte intrazytoplasmatische Signalketten, wie z. B. der RAS-Signalweg, die durch kleinmolekulare Inhibitoren inaktiviert werden können.

     

Gezielte Therapie durch Antikörper

Die therapeutische Nutzung von Antikörpern hat in den letzten Jahren vor allem in der Therapie maligner Lymphome entscheidende Fortschritte erfahren. Antikörper binden mit hoher Affinität an Oberflächenmoleküle des Tumors und führen durch verschiedene Mechanismen zu einem zytotoxischen Effekt:
  • komplementvermittelte Zytolyse und antikörperabhängige zelluläre Zytotoxizität (ADCC), die vor allem bei unkonjugierten Antikörpern eine wichtige Rolle spielen,

  • die gezielte Applikation von Strahlen oder zellulären Toxinen mittels konjugierter Antikörper.

Bis zum Jahre 2004 waren in Europa und den USA 9 Antikörper zur Therapie zugelassen (Tabelle 2).
Tabelle 2.

In Europa und den USA zugelassene Antikörper

Name

Zugelassen (FDA)

Hersteller

Typ

Zielstruktur

Zugelassene Indikation

Edrecolomab (Panorex®)

1995

Glaxo Smith Kline

Monoklonal IgG2A, murin

EpCam

Kolorektale Karzinome

Rituximab (Rituxan®)

1997

IDEC, Genentech, Roche, Zenyaku Kogyo

Monoklonal IgG1, chimär

CD20

Non-Hodgkin-Lymphome

Trastuzumab (Herceptin®)

1998

Genentech, Roche, Immunogen

Monoklonal IgG1, humanisiert

HER2

Mammakarzinom

Gentuzumab (Myelotarg®)

2000

Wyeth

Monoklonal IgG4, humanisiert

CD33/ calicheamicin

Akute myeloische Leukämie >60 J.

Alemtuzumab (Campath®,MabCampath®))

2001

ILEX

Monoklonal, humanisiert

CD52

Chronisch lymphatische Leukämie

Ibritumomab (Zevalin®)

2002

IDEC

Monoklonal IgG1, murin

CD20/90Y

Non-Hodgkin-Lymphome

Trositumomab (Bexxar®)

2003

Corixa

Monoklonal, murin

CD20/131Y

Non-Hodgkin-Lymphome

Cetuximab (Erbitux®)

2004

Imclone, Bristol Myers

Monoklonal IgG1, chimär

EGFR

CRC in Kombination mit CPT-11

Bevacizumab (Avastatin®)

2004

Genentech

Monoklonal IgG1, humanisiert

VEGF

Kolorektale Karzinome, Erstlinientherapie mit 5-FU

Obwohl bereits in den 1980er Jahren die antitumorale Aktivität muriner Antikörper im Mausmodell gezeigt wurde, konnte erst in den 1990er Jahren durch Humanisierung und die hierdurch reduzierte Immunogenität der entscheidende Durchbruch erzielt werden. Durch die Antikörperkonjugation mit Radioisotopen, kleinmolekularen zytotoxischen Substanzen und Proteintoxinen konnte die therapeutische Aktivität weiter erhöht werden [28].

Antikörpertherapie hämatologischer Neoplasien

Die Antikörpertherapie maligner Lymphome wurde kürzlich in „Der Internist“ ausführlich dargestellt [8] und soll deshalb hier nicht weiter ausgeführt werden.

Der gegen CD20 gerichtete monoklonale Antikörper Rituximab (Rituxan®) hat eine hohe therapeutische Aktivität sowohl bei indolenten als auch aggressiven Lymphomen, insbesondere in Kombination mit einer Chemotherapie. Weiterentwicklungen des Anti-CD20-Antikörpers stellen 90Y-Ibritumomab Tiuxetan (Zevalin®) und 131I-Tositumomab (Bexxar®) dar, die eine Kopplung mit 90Y bzw. 131I aufweisen. Alemtuzumab (Campath®) ist ein monoklonaler Anti-CD52 Antikörper, der seit 2001 zur Therapie der fludarabinresistenten chronisch lymphatischen Leukämie zugelassen ist.

Gemtuzumab-Ozogamin

Gemtuzumab-Ozogamin (Myelotarg®; GO) ein humanisierter Anti-CD33-Antikörper, der mit dem hochpotenten zytotoxischen Antibiotikum Calicheamicin gekoppelt ist. CD33, ein glykosyliertes transmembranöses Protein wird von leukämischen Blasten sowie normalen hämatopoetischen Vorläuferzellen, jedoch nicht von pluripotenten Stammzellen oder nicht-hämatopoetischen Zellen exprimiert [4]. Nach Bindung an CD33 wird der Antikörper-CD33-Komplex internalisiert und Calicheamycin durch Hydrolyse freigesetzt. Nach Migration in den Zellkern führt Calicheamycin durch Induktion von DNS-Doppelstrangbrüchen zur Apoptose. In vitro ist die Aufnahme des Antikörpers von CD33-positiven Zellen bis zu 77.000fach höher als von CD33-negativen Zellen.

Initiale Studien bei 142 Patienten mit CD33+ akuter myeloischer Leukämie im unbehandelten ersten Rezidiv zeigten eine Remissionsrate von 34% bei <60-Jährigen und 26% bei über 60-Jährigen [7]. Gegenüber diesen ermutigenden Ergebnissen steht die Toxizität von GO, die neben letalen Anaphylaxien vor allem die Lebervenenverschlusskrankheit („veno-occlusive disease“) betrifft.

Myelotarg® wurde 2000 zur Behandlung der akuten myeloischen Leukämie bei >60-Jährigen im 1. Rezidiv und Kontraindikationen gegen eine intensive Chemotherapie durch die FDA zugelassen. Der klinische Stellenwert von GO in der Behandlung jüngerer Patienten ist zzt. noch Gegenstand laufender Studien.

Antikörpertherapie solider Tumoren

Trastuzumab

Das Proto-Onkogen EGFR2 (HER2/neu) kodiert ein transmembranöses Protein, das bei 20–30% aller Patientinnen mit Mammakarzinom überexprimiert ist. Die Überexpression wird am häufigsten durch genomische Amplifikation verursacht, die zur Expression von bis zu 2 Mio. HER2-Rezeptoren pro Zelle führt, während normale epitheliale Brustdrüsenzellen lediglich 20–50.000 Rezeptoren exprimieren. Die Überexpression von HER2 korreliert mit anderen negativen prognostischen Faktoren, wie Hormonrezeptornegativität, verminderten Ansprechraten auf Chemotherapeutika sowie einem schlechteren Überleben.

Dies deutet auf eine essenzielle Funktion von HER2 in der Pathogenese des Mammakarzinoms hin.

Als Monosubstanz in der Therapie fortgeschrittener HER2-positiver Mammakarzinome induziert Trastuzumab (Herceptin®) Remissionsraten von 10–15% [9], was 1998 zur Zulassung durch die FDA führte. Ähnliche Ergebnisse wurden auch bei Patientinnen mit nicht vorbehandeltem metastasiertem Mammakarzinom berichtet. Auch in der Kombinationstherapie mit Chemotherapeutika steigert Trastuzumab das Ansprechen und die Remissionsraten. In der größten Studie wurden 469 Patienten für eine Standardchemotherapie ± Trastuzumab randomisiert. Im Vergleich zur Chemotherapiekohorte (Ansprechrate 32%) lag die Ansprechrate in der Gruppe, die zusätzlich Trastuzumab erhielten, signifikant höher (50%), was sich in einem signifikant längeren Überleben widerspiegelte [26].

Die wichtigste Toxizität betrifft neben den akuten anaphylaktischen Reaktionen eine meist reversible Kardiomyopathie, die möglicherweise auf die Expression von HER2 im Myokard, bzw. die Behandlung mit Anthrazyklinen zurückzuführen ist. Aufgrund des Synergismus von Trastuzumab mit vielen Zytostatika, die Aktivität beim Mammakarzinom aufweisen, werden Kombinationen in klinischen Studien evaluiert.

Cetuximab

Der EGFR1 (HER1) gehört zur Gruppe der EGFR und wird von einer Reihe solider Tumoren, wie z. B. nichtkleinzelligen Bronchialkarzinomen (NSCLC), HNO-Tumoren und Kolonkarzinomen überexprimiert. In Anlehnung an die Therapiestrategien beim HER2-überexprimierenden Mammakarzinom wurde auch beim Kolonkarzinom die Überexpression des EGFR als therapeutische Zielstruktur evaluiert.

Cetuximab (Erbitux®) ist ein chimärer monoklonaler Antikörper, der die Ligandenbindung blockiert und somit die Rezeptoraktivierung und nachfolgende mitogene Signalwege inhibiert. In vitro zeigte sich nicht nur ein deutlicher Synergismus von EGFR-Inhibitoren mit Zytostatika, sondern auch eine Verringerung der Resistenz, z. B. gegenüber Irinotecan [2]. Als Monosubstanz zeigte Cituximab bei irinotecanrefraktären Patienten eine Ansprechrate von 10,8% mit einer medianen progressionsfreien Zeit („time to progression“, TTP) von 1,5 Monaten. Durch Kombination mit Irinotecan konnte die Ansprechrate auf 22,9% und die TTP auf 4,1 Monate erhöht werden [12]. Basierend auf diesen Ergebnissen wurde Cetuximab 2004 durch die FDA zur Kombinationstherapie mit Irinotecan bei Irinotecan-refraktären Patienten sowie zur Monotherapie bei Irinotecan-intoleranten Patienten mit metastasiertem Kolonkarzinom zugelassen.

Bevacizumab

Die Neoangiogenese ist ein zentraler Faktor des malignen Zellwachstums sowohl für den Primärtumor als auch für Metastasen. Der Prozess der Angiogenese wird durch Wachstumsfaktoren, wie z. B. Basic Fibroblast Growth Factor (bFGF, FGF-2), Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF), and HIF-1α reguliert, die die Endothelzellproliferation stimulieren.

Bevacizumab (rhuMAb-VEGF; Avastatin®) ist ein humanisierter muriner monoklonaler Antikörper gegen VEGF, der bei Patienten mit metastasiertem Mammakarzinom, Glioblastomen, Nierenzellkarzinomen, kolorektalen Karzinomen und nichtkleinzelligen Bronchialkarzinomen in Phase-III-Studien untersucht wurde (Übersicht bei [28]). Lediglich in der First-line-Therapie des metastasierten Kolonkarzinoms in Kombination mit Irinotecan/5-FU/Leucovorin vs. Chemotherapie allein zeigte sich eine erhöhte Ansprechrate (45 vs. 35%) sowie ein verlängertes Überleben von 20,3 vs. 15,6 Monaten [17]. Diese Ergebnisse führten 2004 zur Zulassung von Bevacizumab in der Erstlinientherapie des metastasierten Kolonkarzinoms in Kombination mit einer 5-FU-basierten Therapie durch die FDA.

Weitere Antikörper in klinischen Studien

Eine Reihe von noch nicht zugelassenen monoklonalen Antikörpern befinden sich zzt. in klinischen Studien, deren Darstellung jedoch den Rahmen dieser Übersichtsarbeit überschreiten würde. Es sei an dieser Stelle auf eine exzellente Übersichtsarbeit verwiesen [16].

Gezielte Therapiestrategien

Antihormonelle Therapie

Historisch gesehen stellen Antiöstrogene bei Patienten mit östrogenrezeptorpositiven Tumoren die erste gezielte Therapieform maligner Erkrankungen dar. Die Selective Estrogen Receptor Modulators (SERM) Tamoxifen and Raloxifen sind keine reinen kompetitiven Antagonisten von Östrogenen, sondern je nach Gewebe auch partielle Agonisten. Dies führt zum einen zu erwünschten Effekten, wie etwa positive Effekte auf die Knochenmineralisierung, allerdings auch zu unerwünschten Effekten, wie ein erhöhtes Risiko für Endometriumkarzinome und Thromboembolien. Tamoxifen spielt eine entscheidende Rolle in der adjuvanten Therapie sowie der Therapie des fortgeschrittenen östrogenrezeptorpositiven postmenopausalen Mammakarzinoms [23].

Die Gruppe der Aromataseinhibitoren, z. B. der nichtsteroidalen Drittgenerationssubstanzen (Anastrazol und Letrozol) stellen reine Östrogenantagonisten dar, die durch Inhibition des Schlüsselenzyms der Östrogensynthese die Östrogenplasmaspiegel supprimieren. Diese Substanzen hemmen damit sowohl die Synthese von Östron aus Androstendion als auch die Synthese von Östradiol aus Testosteron. Durch eine Reihe von randomisierten Phase-III-Studien konnte die Überlegenheit von Aromataseinhibitoren gegenüber Tamoxifen für postmenopausale Frauen im Stadium I/II als auch bei fortgeschrittener Erkrankung bewiesen werden, obwohl Daten zur Langzeittoxizität fehlen.

PML-RARα bei akuter Promyelozytenleukämie

Die akute Promyelozytenleukämie (APL) ist durch chromosomale Rearrangements des Locus 17q21 charakterisiert und führt zur Fusion des Gens für den Retinoinsäurerezeptor α (RARA) mit einer Reihe von Partnergenen [21]. Die häufigsten sind PML (>95%), PLZF (0,8%) und NPM (0,5%). In den letzten Jahren konnte gezeigt werden, dass die X-RARA-Fusionsproteine eine Schlüsselrolle in der Pathogenese der APL spielen, indem sie Korepressoren und einen Histondeacetylase- (HDAC-) Komplex rekrutieren, der myeloische Differenzierungsgene reprimiert. Dieser für die APL spezifische Pathomechanismus erklärt die selektive und hocheffektive therapeutische Aktivität von All-trans-Retinoinsäure (ATRA). Pharamakologische Dosierungen von ATRA führen durch Bindung an das X-RARA-Fusionsprotein zur Dissoziation des HDAC/Co-Repressor-Komplexes und somit zur myeloischen Differenzierung von APL-Blasten in vitro und in vivo. Obwohl eine ATRA-Monotherapie bei APL-Patienten zu kompletten Remissionen führt, besteht der wesentliche therapeutische Nutzen in der Verhinderung der Blutungskomplikationen durch Differenzierung der APL-Blasten, sodass die vor der ATRA-Ära gefürchtete Verbrauchskoagulopathie verhindert wird.

Standardprotokolle, die ATRA mit einer auf Anthrazyklin bzw. Cytarabin basierenden Chemotherapie verbinden, führen zur Heilung von ca. 70% aller Patienten mit PML-RARA-assoziierter APL [14]. Der sensitive und quantitative Nachweis des PML-RARA-Fusionstranskripts ermöglicht die frühe Identifizierung von Patienten mit hohem Rezidivrisiko durch Minimal Residual Disease Monitoring.

Mutationen von Proteintyrosinkinasen

Aktivierte Proteintyrosinkinasen (PTK) gehören zu den häufigsten Onkogenen bei soliden und hämatologischen Neoplasien (Abb. 1; [5]). Proteintyrosinkinasen katalysieren die Phosphorylierung von Tyrosinresten, was einen wichtigen Aktivierungsschritt verschiedener intrazellulärer Signalkaskaden darstellt und somit entscheidende Proliferations- und Differenzierungsprogramme kontrolliert. PTK werden grundsätzlich in zwei große Gruppen, die Rezeptortyrosinkinasen (RTK) und Nichtrezeptortyrosinkinasen (NRTK) eingeteilt.
Abb. 1.

Proteintyrosinkinasen, denen eine wichtige Bedeutung für die Initiierung oder Progression maligner Tumoren zukommt

Aktivierte Proteintyrosinkinasen gehören zu den häufigsten Onkogenen bei soliden und hämatologischen Neoplasien

Die erste Gruppe der Rezeptortyrosinkinasen sind membranständige Rezeptoren, die extrazelluläre Liganden-Bindungsdomänen sowie eine transmembranöse und intrazytoplasmatische Domäne aufweisen (Abb. 1). Nach Ligandenbindung erfolgt die Oligomerisierung des Rezeptors und nachfolgend die cis- und trans-Autophosphorylierung, die die katalytische Aktivität induziert und durch Tyrosinphosphorylierung Dockingstellen für die Aktivierung nachgeschalteter Signalwege schafft.

Die zweite Gruppe der Nichtrezeptortyrosinkinasen umfasst Proteine ohne Bindungsdomänen für extrazelluläre Liganden, diese werden z. B. durch Zytokinrezeptoren ohne eigene PTK-Domäne aktiviert.

Aufgrund der Homologien der extrazellulären Region können die bekannten 58 RTK in 20 Subfamilien eingeteilt werden. Die im Prozess der malignen Transformation am häufigsten alterierten PTK sind in Abb. 1 zusammengefasst und werden nachfolgend im Detail aufgeführt (Tabelle 3).
Tabelle 3.

Ausgewählte Alterationen von Proteintyrosinkinasen in soliden und hämatologischen Neoplasien

Proteintyrosinkinase

Onkogene Alteration

Tumortyp

EGFR

Überexpression, TKD-Mutationen, Deletionen extrazellulärer Domänen

Mammakarzinom, Ovarialkarzinom, nichtkleinzellige Bronchialkarzinome, Glioblastome

HER2

Überexpression, TKD-Mutationen

Mammakarzinom, nichtkleinzellige Bronchialkarzinome

PDGFRA

TKD-Mutationen, Translokation FIP1L1-PDGFRA

Gastrointestinale Stromatumoren, Hypereosinophilensyndrom

PDGFRB

Überexpression, Translokation TEL-PDGFR t(5;12)

Glioblastom, chronisch myeloische Leukämie

KIT

Überexpression, TKD-Mutationen, JM-Mutationen

Gastrointestinale Stromatumoren, akute myeloische Leukämie, Mastozytose, Seminome

FLT3

Überexpression, TKD-Mutationen, JM-Mutationen

Akute Leukämien

VEGFR1–3

(Über)expression

Tumorangiogenese, Kaposi-Sarkom, Hämangiosarkome, Lymphangiosarkome

FGFR

Überexpression durch t(4;14), aktivierende Mutationen

Multiples Myelom

MET

Translokationen t(1;7), Überexpression, aktivierende Mutationen

Papilläre Schilddrüsenkarzinome, hepatozelluläre Karzinome, Nierenkarzinome

RET

Verschiedene Translokationen, aktivierende Mutationen

Schilddrüsenkarzinome, multiple endokrine Neoplasien Typ 2A/B

ABL

Translokationen: BCR-ABL, TEL-ABL

Chronische myeloische Leukämie, akute Leukämien

JAK2

Aktivierende Mutation: JAK2-V617F

Polycythämia vera, essenzielle Thrombozythämie, myeloische Metaplasie mit Myelofibrose

ALK

Translokationen t(2;5) NPM-ALK

Anaplastische großzellige Lymphome

Mechanismen der Transformation

Nahezu alle bekannten aktivierenden Mutationen führen zur konstitutiven Aktivierung des Rezeptors, d. h. zur ligandenunabhängigen katalytischen Aktivität, wobei in den letzten Jahren die molekularen Mechanismen aufgeklärt werden konnten (Tabelle 4).
Tabelle 4.

Allgemeine Mechanismen der konstitutiven Aktivierung von Proteintyrosinkinasen

Mechanismus

Beispiel

Verlust der Autoinhibition

FLT3-LM, JAK2-V617F

Aktive Konformation der Aktivierungsschleife

FLT3-TKD, KIT-TKD

Dimerisierung durch extrazelluläre Cysteinbrücken

RET

Fusion der Kinasedomäne mit Proteinen, die Oligomerisierungsdomänen aufweisen

BCR-ABL, TEL-PDGFR

Überexpression und konstitutive Aktivierung und spontane Dimere/Oligomere

EGFR, HER2

Autokrine Wachstumsstimulation durch konstitutive Expression des Liganden

EGF, FLT3-Ligand, PDGF

Alle PTK besitzen in der zytoplasmatischen Region autoinhibitorische Proteindomänen, die eine inaktive Konformation der unstimulierten Kinase gewährleisten. Durch Mutationen kann diese autoinhibitorische Funktion verloren gehen und somit die Kinase aktiviert werden, wie z. B. bei den häufigen Längenmutationen von FLT3 bei akuter myeloischer Leukämie oder den Mutationen in der Pseudokinaseregion von JAK2 bei myeloproliferativen Syndromen. Mutationen in der hochkonservierten Aktivierungsschleife (z. B. FLT3-D835 oder KIT-D816) führen zu einer Öffnung der katalytischen Tasche für das Substrat und somit zur Aktivierung.

Eine Sonderform findet sich bei einigen Mutationen von RET beim MEN-2A-Syndrom, wo durch eine Punktmutation Cysteinbrücken in der extrazellulären Region entstehen, die eine spontane Oligomerisierung des Rezeptors erlauben. Ein sehr häufiger Aktivierungsmechanismus ist die Fusion einer PTK-Domäne an ein weiteres Protein mit Oligomerisierungsdomäne durch eine chromosomale Translokation, wie z. B. BCR-ABL bei chronischer myeloischer oder akuter lymphatischer Leukämie, was ebenfalls eine konstitutive Oligomerisierung und somit Aktivierung der Kinase induziert.

In soliden Tumoren findet sich sehr häufig eine Überexpression von RTK, wie z. B. dem EGFR oder HER2, die die Wahrscheinlichkeit für eine Rezeptor-Oligomerisierung erhöhen und weiterhin eine konstitutive Expression des Liganden, die autokrine Wachstumsschleifen unterhält. Diese Mutationen führen zu einem in der Regel krankheitsspezifischen molekularen Marker und zu idealen Zielstrukturen für gezielte Therapieformen. Die konstitutive katalytische Aktivität aktivierter PTK ermöglicht den therapeutisch sehr effektiven Ansatz, eine erhöhte Enzymaktivität zu hemmen und hierdurch das Onkogen gezielt „abschalten“ zu können. Nahezu alle zzt. in der Klinik eingesetzten PTK-Inhibitoren konkurrieren mit der ATP-Bindungsstelle des Enzyms (Tabelle 5).
Tabelle 5.

In Europa und den USA zugelassene Proteintyrosinkinase-Inhibitoren

Name

Zulassung (FDA)

Hersteller

Substanzgruppe

Zielstruktur

Zugelassene Indikation

Imatinib (Gleevec®, Glivec®)

2001/2002

Novartis

2-Phenylaminopyrimidine

ABL, KIT, PDGFR

Chronisch myeloische Leukämie, gastrointestinale Stromatumoren

Gefitinib (Iressa®)

2003

AstraZeneca

Quinazoline

EGFR

Fortgeschrittene nichtkleinzellige Bronchialkarzinome

Erlotinib (Tarceva®)

2004

OSI Pharmaceuticals

Quinazoline

EGFR

Fortgeschrittene nichtkleinzellige Bronchialkarzinome

Die erfolgreiche Auflösung der Kristallstruktur von therapeutisch relevanten PTK hat gezeigt, dass die ATP-Bindungsdomäne bei vielen PTK hochkonserviert ist, die umgebenden Strukturen jedoch eine Selektivität der Substanzen erlauben. Diese Strukturdaten ermöglichen in Kombination mit „high-throughput screens“ die Identifizierung und strukturelle Optimierung selektiver Substanzen.

Das BCR-ABL-Fusionsgen bei der chronisch myeloischen Leukämie

Die chronische myeloische Leukämie (CML) stellt eine myeloproliferative Erkrankung hämatopoetischer Stammzellen dar und resultiert in der malignen Expansion der Granulo- und Thrombopoese. Zytogenetisch ist die Erkrankung durch die reziproke Translokation t(9;22)(q34;q11) charakterisiert, durch die ein derivatives 9q+ und ein kleines 22q−, das Philadelphia-Chromosom entsteht. Das Philadelphia-Chromosom trägt das BCR-ABL-Fusionsgen, das ein chimäres BCR-ABL-Fusionsprotein mit deregulierter PTK-Aktivität kodiert. Die Expression des BCR-ABL-Fusionsgens erzeugt im Maus Knochenmarktransplantation (KMT) Modell den Phänotyp der CML und der akuten lymphatischen B-Zellleukämie und kann als initiierendes Ereignis der CML angesehen werden.

Die CML in chronischer Phase nimmt im Gegensatz zu vielen soliden Tumoren eine Sonderstellung ein, da ein singuläres Onkogenprodukt eine essenzielle und zentrale Rolle in der malignen Transformation spielt. Die konstitutive Kinaseaktivität des BCR-ABL-Fusionsproteins stellt somit eine ideale Zielstruktur für innovative therapeutische Ansätze dar. Der ATP-Bindungsinhibitor Imatinib mesylate (2-phenylaminopyrimidine, STI571, Glivec®) ist ein selektiver Inhibitor verschiedener PTK, die den Platelet-derived Growth Factor Receptor (PDGFR), KIT, ARG sowie ABL umfassen.

Nach vielversprechenden In-vitro-Studien wurden seit 1995 Phase-II/III-Studien bei BCR-ABL positiver akuter lymphatischer und chronisch myeloischer Leukämie durchgeführt, die eine minimale Toxizität der Substanz bei hoher antileukämischer Aktivität zeigten. In der IRIS-Studie wurden 1106 Patienten mit CML in chronischer Phase für eine Therapie mit Imatinib oder α-Interferon plus Low-dose-Cytarabin randomisiert [22]. Nach einem medianen Follow-up von 19 Monaten betrug die geschätzte Rate von „major cytogenetic responses“ (0–35% Metaphasenzellen positiv für das Philadelphia-Chromosom) nach 18 Monaten 87,1% in der Imatinib-Gruppe und 34,7% in der α-Interferon/Low-dose-Cytarabin-Gruppe. Die geschätzte Rate des kompletten zytogenetischen Ansprechens lag bei 76,2% im Imatinib- und 14,5% im α-Interferon/Low-dose-Cytarabin-Arm. Diese deutlich höheren zytogenetischen Ansprechraten resultierten auch in einer deutlich geringeren Rate von Patienten im Imatinib-Arm, die einen Krankheitsprogress (akzelerierte Phase oder Blastenkrise) aufwiesen. Ein Update der Daten aus der IRIS-Studie 2004 mit einem Follow-up von 3,5 Jahren bei allen Patienten ergab einen dauerhaften Langzeitbenefit für imatinibbehandelte Patienten.

Die Deutsche CML-IV-Studie untersucht die Fragestellung, ob eine Kombinationstherapie Imatinib/Interferon-α oder Imatinib/Low-dose-AraC einer Monotherapie mit Imatinib überlegen ist sowie den Stellenwert von Imatinib nach α-Interferon-Versagen bei Patienten mit neudiagnostizierter CML in chronischer Phase [3].

BCR-ABL-Fusionstranskripte zur Therapiesteuerung

Neben der Bedeutung von BCR-ABL als Zielstruktur für innovative Therapien, ist der Nachweis der BCR-ABL-Fusionstranskripte mittels quantitativer Real-time-PCR eine wertvolle Methode zur Quantifizierung von minimaler Resterkrankung („minimal residual disease“, MRD) und somit zur Therapiesteuerung. Ein adäquater Abfall der BCR-ABL/ABL-Ratio sollte mindestens 3 log-Stufen im Vergleich zu den prätherapeutischen Leveln betragen und unter der Therapie nicht wieder ansteigen. Ein Anstieg der BCR-ABL/ABL Ratio über 2 log-Stufen unter Therapie kann Hinweis auf eine erworbene Resistenz gegenüber Imatinib sein, z. B. durch zusätzliche BCR-ABL-Mutationen, die den Zugang des Inhibitors zur katalytischen Tasche verhindern [6]. Da Resistenzen gegenüber Imatinib in vielen Fällen lediglich strukturelle Resistenzen darstellen und nicht unbedingt einen Krankheitsprogress bedeuten, sind alternative kleinmolekulare Inhibitoren eine wichtige Therapiealternative. Erste Substanzen, die keine Kreuzresistenz mit Imatinib aufweisen wie z. B. BMS-354825 befinden sich bereits in klinischen Studien (Phase-II-Studien durch die deutsche CML-Studiengruppe). Eine wichtige Voraussetzung für den gezielten Einsatz solcher „Zweitlinieninhibitoren“ ist die möglichst genaue Charakterisierung des Resistenzmechanismus, wie z. B. die Analyse der Hot-spot-Regionen im BCR-ABL-Gen durch Nukleotidsequenzierung oder Mutationsanalysen durch denaturierende HPLC-Technologien.

Am Beispiel der CML-Therapie durch Imatinib wird klar, dass für eine molekulare Therapie neben der Identifizierung der Zielstruktur und der Entwicklung selektiver Inhibitoren eine umfangreiche molekulare Diagnostik für das MRD-Monitoring oder Resistenzanalysen notwendig ist, um eine optimale Therapiesteuerung zu gewährleisten und somit den maximalen Benefit einer gezielten Therapie zu erzielen.

Mutationen von KIT und PDGFRA bei gastrointestinalen Stromatumoren

Gastrointestinale Stromatumoren (GIST) stellen die häufigsten mesenchymalen Tumoren des Gastrointestinaltrakts dar. Klinisch weisen diese Patienten ein breites Spektrum von indolenten lokalisierten Tumoren, die rein chirurgisch heilbar sind, bis zu aggressiven Malignomen auf [18]. Aktivierende Mutationen der Rezeptortyrosinkinase KIT sind bei 80–85% aller Patienten mit GIST nachweisbar. In einer der größten publizierten Serie von 322 Patienten fanden sich Mutationen in den Exonen 11 (66,1%), 9 (13%), 13 (1,2%), und 17 (0,6%; [11]). In der gleichen Serie waren Mutationen im Gen für den PDGF-Rezeptor α (PDGFRA) entweder in Exon 18 (5,6%) oder 12 (1,5%) nachweisbar. Die übrigen GIST (12%) zeigten weder Mutationen von KIT noch des PDGFR.

Aufgrund der exzellenten inhibitorischen Aktivität von Imatinib gegen KIT-Mutanten in vitro, erfolgte 2002 die erste randomisierte Studie bei 147 Patienten, die entweder für 400 oder 600 mg randomisiert wurden [13]. 53,7% der Patienten zeigten ein partielles Ansprechen, 27,9% eine stabile Erkrankung. In Bezug auf das Ansprechen fanden sich keine Unterschiede zwischen den Patienten im 400 und 600 mg Arm.

Vergleichende Studien zeigen, dass das Ansprechen auf die Therapie mit dem PTK-Inhibitor Imatinib substanziell zwischen drei molekular definierten Gruppen variiert [11]:
  • Patienten mit KIT-Exon-11-Mutationen weisen das beste Ansprechen auf,

  • Patienten mit Exon-9-Mutationen zeigen ein intermediäres Ansprechen,

  • Patienten ohne KIT-Mutation sprechen kaum an.

Aktivierende Mutationen von FLT3 bei der akuten myeloischen Leukämie (AML)

Die Rezeptortyrosinkinase FLT3 ist auf Chromosom 13q12 lokalisiert und gehört zur Klasse III der Rezeptortyrosinkinasen [29]. FLT3 wird von hämatopoetischen Progenitorzellen exprimiert und spielt eine wichtige Rolle im Prozess des Überlebens multipotenter Vorläuferzellen. Primäre AML-Blasten exprimieren FLT3 und die Stimulation mit FLT3-Ligand führt zur Proliferation und inhibiert über eine Induktion von BCL-2 die Apoptose.

Aktivierende Mutationen in der juxtamembranösen Region (FLT3-Längenmutationen, FLT3-interne Tandemduplikation) und der Tyrosinkinasedomäne (FLT3-TKD, FLT3-D835) von FLT3 stellen die häufigsten genetischen Alterationen in der AML dar und können bei 30–35% aller Patienten nachgewiesen werden [29]. Die negativ-prognostische Bedeutung von FLT3-Längenmutationen konnte in verschiedenen Studien gezeigt werden. In der umfangreichsten Analyse der AML-MRC-10/12-Studie war der Nachweis einer FLT3-Längenmutation bei Patienten in allen zytogenetisch definierten prognostischen AML-Risikogruppen mit einer erhöhten Rezidivrate und einem schlechteren Überleben assoziiert. Auch die Überexpression des FLT3-Liganden im murinen Knochenmarktransplantationsmodell verursacht eine leukämische Prädisposition. Somit kann FLT3 durch eine aberrante Expression des Rezeptors und des Liganden oder durch transformierende Mutationen zur Entstehung oder Progression in der AML beitragen.

Der aktivierte FLT3-Rezeptor stellt durch seine essenzielle pro-proliferative und anti-apoptotische Aktivität eine vielversprechende molekulare Zielstruktur in der AML dar. In den letzten Jahren sind eine Reihe von kleinmolekularen PTK-Inhibitoren (Tyrosinkinase-Inhibitoren) identifiziert worden, die eine selektive Aktivität gegen FLT3 aufweisen.

Der aktivierte FLT3-Rezeptor stellt eine vielversprechende molekulare Zielstruktur in der AML dar

FLT3-PTK-Inhibitoren inhibieren die Autophosphorylierung des FLT3-Rezeptors und induzieren Wachstumsarrest und Apoptose in FLT3-transformierten Zelllinien und AML-Blasten [27]. Verschiedene Inhibitoren mit In-vitro- und In-vivo-Aktivität befinden sich zzt. in klinischen Phase-I/II-Studien. Hierzu gehören CEP-701, MLN518 sowie der PTK-Inhibitor PKC412. Diese Substanzen verlängern in Mausmodellen die Latenzzeit des FLT3-induzierten myeloproliferativen Syndroms und hemmen das Tumorwachstum von FLT3-transformierten Zellen. In den klinischen Studien wurden alle Substanzen gut toleriert und führten bei ausgiebig vorbehandelten AML-Patienten zur Reduktion der Leukämiezellmasse sowie auch zu partiellen Remissionen [30].

Trotz dieser ermutigenden Ergebnisse muss bei einem klinischen Einsatz von PTK-Inhibitoren berücksichtigt werden, dass im Vergleich zur BCR-ABL-positiven CML in chronischer Phase die AML eine klinisch aggressive und genetisch außerordentlich heterogene Erkrankung darstellt. Insbesondere die hohe Proliferationsaktivität und die Apoptoseresistenz von leukämischen Blasten begünstigt die Entstehung und Selektion von inhibitorresistenten Subklonen [1]. Zudem belegen tierexperimentelle Daten, dass neben FLT3-Mutationen zusätzliche genetische Ereignisse zur Induktion eines leukämischen Phänotyps notwendig sind. Somit wird eine rationale und pathogenetisch orientierte Therapie der AML im Gegensatz zur Therapie der CML in chronischer Phase mit Imatinib eine Kombinationstherapie erfordern.

Mutationen des EGFR und HER2 bei nichtkleinzelligen Bronchialkarzinomen

Verschiedene Mechanismen können zur Aktivierung des EGFR in soliden Tumoren, wie z. B. beim nichtkleinzelligen Bronchialkarzinomen (NSCLC) führen:
  • Rezeptorüberexpression,

  • Genamplifikation,

  • aktivierende Mutationen,

  • Überexpression von Liganden,

  • Verlust von negativregulatorischen Elementen.

Aufgrund der Überexpression des EGFR bei Patienten mit NSCLC wurden klinische Studien mit kleinmolekularen ATP-kompetitiven EGFR-Inhibitoren, wie Gefitinib oder Erlotinib initiiert. Die IDEAL- (Iressa Dose Evaluation in Advanced Lung Cancer) 1- und 2-Studien zeigten, dass bei chemotherapeutisch vorbehandelten NSCLC ein deutliches Ansprechen bei ca. 10–20% der Patienten nachweisbar war [15, 20]. Diese Daten führten zur Zulassung der Substanz beim therapierefraktären NSCLC in den USA und Japan. Interessanterweise zeigten Subgruppenanalysen, dass weibliches Geschlecht, ostasiatische Herkunft, Nichtraucherstatus und Adenokarzinome mit einem Ansprechen assoziiert sind.

Nachdem zunächst unklar war, welche Mechanismen für diese Empfindlichkeit gegenüber EGFR-Inhibitoren verantwortlich waren, konnte kürzlich gezeigt werden, dass bei Patienten mit EGFR-sensiblen Tumoren aktivierende Mutationen in der PTK-Domäne des EGFR nachweisbar sind [24]. Die EGFR-Mutationen führen zu einer konstitutiven Aktivierung des Rezeptors und besitzen wie andere Onkoproteine eine essenzielle anti-apoptotische und pro-proliferative Aktivität, die die Sensitivität gegenüber den EGFR-Inhibitoren erklärt. Neben Mutationen des EGFR wurden kürzlich auch In-frame-Insertionen in Exon 20 von HER2 gefunden.

Künftige Studien müssen klären, welche Patienten neben denjenigen mit EGFR-Mutationen von einer EGFR-Inhibitortherapie profitieren und welche Kombinationen (Chemotherapeutika und „anti-signaling agents“) die klinische Aktivität dieser Substanzen weiter verbessern. Weiterhin wird es entscheidend sein, die Resistenzmechanismen gegenüber PTK-Inhibitoren aufzuklären. Erste Ergebnisse belegen, dass zusätzliche Mutationen in der TKD-Domäne des EGFR [19] oder RAS-Mutationen [25] strukturelle und funktionelle Resistenzen induzieren können.

Mutationen von JAK2 bei myeloproliferativen Syndromen

Zu den myeloproliferativen Erkrankungen gehören neben der chronischen myeloischen Leukämie (CML) die Polycythämia vera (PV), essenzielle Thrombozythämie (ET), myeloische Metaplasie mit Myelofibrose (MMM), das Hypereosinophilensyndrom (HES) und die systemische Mastozytose („systemic mast cell disease“, SMCD). Eine klonale Population hämatopoetischer Zellen wurde bei Patienten mit PV, ET und MMM beschrieben. Diese Befunde weisen darauf hin, dass diese Gruppe von Erkrankungen durch erworbene somatische Mutationen hämatopoetischer Stammzellen verursacht werden, obwohl der genetische Defekt bisher unbekannt war.

Eine verminderte Expression des Thrombopoietinrezeptors in Thrombozyten und Überexpression des anti-apoptotischen Proteins Bcl-x bei Patienten mit Polycythämia vera weisen darauf hin, dass eine gestörte Signaltransduktion und Apoptosedefekte eine wichtige Rolle in der Pathogenese dieser Erkrankungen spielen (Abb. 2). Im Gegensatz zur PV, ET und MMM ist die molekulare Pathogenese anderer myeloproliferativer Syndrome, wie z. B. der CML gut charakterisiert und beruht auf aktivierenden Mutation von Proteintyrosinkinasen. Kürzlich konnte die Arbeitsgruppe von Gilliland mittels High-throughput-Sequenzierung eine aktivierende Mutation der zytoplasmatischen Tyrosinkinase JAK2 (JAK2V617F) bei 74% der Patienten mit PV, 32% der Patienten mit ET sowie 35% der Patienten mit MMM nachweisen. Diese Mutation liegt in der JH2-Pseudokinasedomäne, die eine autoinhibitorische Funktion aufweist und somit inaktiviert wird. Es resultiert eine konstitutive Aktivierung der Kinase sowie eine Hyperaktivierung des ligandenstimulierten EPO-Rezeptors, was gut mit der EPO-unabhängigen Formation von erythropoetischen Vorläuferzellen von PV-Patienten in vitro vereinbar ist.
Abb. 2.

Molekulare Pathogenese myeloproliferativer Syndrome

Somit stellt diese aktivierende JAK2-Mutante eine exzellente Zielstruktur für kleinmolekulare PTK-Inhibitoren dar. Aufgrund des guten Ansprechens anderer myeloproliferativer Syndrome, wie z. B. der CML und des Hypereosinophilensyndroms (s. unten) ist dieser therapeutische Ansatz für Patienten mit PV, ET und MMM außerordentlich vielversprechend.

Das Fusionsgen FIP1L1-PDGFRA beim Hypereosinophilensyndrom

Das Hypereosinophilensyndrom (HES) ist eine hämatologische Erkrankung, die mit eine Überproduktion von eosinophilen Granulozyten im Knochenmark sowie einer Eosinophilie, Gewebeinfiltraten und Organschäden einhergeht. Die molekulare Läsion konnte kürzlich identifiziert werden und stellt eine chromosomale Deletion dar, durch die ein neues Fusionsgen, FIP1L1-PDGFRA, und somit ein Protein mit konstitutiver PTK-Aktivität entsteht [10]. Durch die Therapie mit Imatinib kann bei den meisten Patienten eine komplette Remission induziert werden. In Analogie zur BCR-ABL-positiven CML werden auch beim HES klinische Resistenzen unter Glivec-Therapie beobachtet, die durch erworbene Mutation in der PTK-Domäne des PDGFR verursacht werden.

Auch bei anderen, BCR-ABL-negativen myeloproliferativen Syndromen können Rearrangements des PDGFR nachweisbar sein, wie z. B. die Translokationen ETV6-PDGFRB, PDE4DIP-PDGFRB, NIN-PDGFRB, RABEP1-PDGFRB. Bei diesen Patienten können ebenfalls molekulare Remissionen durch Imatinib induziert werden.

Mutationen von KIT bei der systemischen Mastozytose

Nach der WHO-Konsensus-Klassifikation kann die Mastozytose in die kutane (CM) und systemische Form (SM) unterteilt werden. Im Gegensatz zur kutanen Form, ist die SM eine monoklonale, persistierende Erkrankung, die in über 80% der Patienten durch die aktivierende KIT-Mutation D816V charakterisiert ist. Bei einigen Patienten ist die KIT-Mutation nicht nur in Mastzellen, sondern auch anderen hämatopoetischen Zellreihen nachweisbar, sodass die SM als myeloproliferatives Syndrom klassifiziert wird. Dieses Konzept ist gut vereinbar mit der Beobachtung von assoziierten klonalen hämatologischen Erkrankungen, wie z. B. akuten myeloischen Leukämien.

Obwohl Imatinib den KIT-Wildtyp-Rezeptor selektiv inhibiert, weist die häufigste KIT-Mutation, die D816V eine strukturelle Resistenz gegenüber dem Inhibitor auf. Die wenigen Patienten, deren aberranter Zellklon einen imatinibsensitiven mutierten KIT-Rezeptor exprimiert, z. B. KIT-F522C, sprechen auf den Inhibitor an. Somit stellt die Therapie mit kleinmolekularen Inhibitoren auch für die systemische Mastozytose eine innovative und hocheffektive Therapiemodalität dar. Erste Substanzen, die auch den KIT-D816V-Rezeptor inhibieren, wie z. B. PKC412 werden zurzeit evaluiert.

Weitere Proteintyrosinkinasen als therapeutische Zielstrukturen

Aktivierende Mutationen oder ektope Expression von Proteintyrosinkinasen (PTK) konnten in einer Reihe von Tumoren nachgewiesen werden. Hierzu gehören z. B. Mutationen von RET beim MEN-Syndrom sowie Schilddrüsenkarzinomen, des FGFR3 bei multiplem Myelom und von MET in hepatozellulären Karzinomen. Die essenzielle pathophysiologische Bedeutung dieser PTK konnte in-vitro- und in-vivo-Modellen durch kleinmolekulare Inhibitoren belegt werden. Präklinische Daten weisen darauf hin, dass das „targeting“ dieser PTK ein therapeutisches Potenzial haben könnte, was allerdings noch in klinischen Studien validiert werden muss.

Mutationen von RAS

Ras-Gene gehören zu den am häufigsten, durch Mutationen aktivierten Genen in soliden und hämatopoetischen Tumoren (Tabelle 6). Am häufigsten finden sich Mutationen bei Pankreaskarzinomen (90%), kolorektalen Karzinomen (44%), nichtkleinzelligen Bronchialkarzinomen (33%), bei myelodysplastischen Syndromen und AML (30–40%).
Tabelle 6.

Häufigkeit von RAS-Mutationen in soliden und hämatologischen Neoplasien

Tumor

Mutationshäufigkeit [%]

Prädominante ras-Isoform

Nichtkleinzellige Bronchialkarzinome

33

K

Kolorektales Karzinom

44

K

Pankreas

90

K

Schilddrüse

- Follikulär

53

H, K, N

- Undifferenziert papillär

60

H, K, N

- Papillär

0

Seminome

43

K,N

Melanom

13

N

Blase

10

H

Leber

30

N

Niere

10

H

Myelodysplastische Syndrome

40

N,K

Akute myeloische Leukämie

30

N

Die Produkte der K-RAS-, N-RAS- und H-RAS-Gene sind kleinmolekulare, membrangebundene Guaninnukleotid-bindende GTPasen, die eine Schlüsselstelle in vielen Signaltransduktionswegen einnehmen und wichtige zelluläre Funktionen wie Proliferation und Differenzierung regulieren. Die Aktivierung von RAS erfolgt durch externe Stimuli, z. B. durch die Ligandenbindung von RTK oder Zytokinrezeptoren, aber auch nach Aktivierung von Nicht-Rezeptor-Tyrosinkinasen, z. B. SRC. Neben den vorgenannten RAS-Proteinen gibt es eine Vielzahl strukturell verwandter GTP-bindender Proteine, die als kleine GTPasen bezeichnet werden, z. B. RHO, RAC oder CDC42.

Ras liegt entweder in einer inaktiven, GDP-bindenden oder einer aktiven GTP-bindenden Form vor. Die bisher bekannten Punktmutationen betreffen Kodon 12, 13 oder 61 und resultieren in einer konstitutiven Aktivierung durch Blockade der GTPase-Aktivität. Somit liegen die RAS-Proteine in der aktiven GTP-bindenden Form vor und sind in der Lage Downstream-Effektoren, wie RAF und die PI3-kinase, auch ohne externe Stimulation zu aktivieren. In Zellkulturmodellen führen aktive RAS-Mutanten zum Verlust der Kontaktinhibition, zu substratunabhängigem Wachstum und vermehrter DNA-Synthese.

Die hohe Rate von RAS-Mutationen in einer Vielzahl von Tumoren macht diese Proteinfamilie zu einer interessanten Zielstruktur für therapeutische Interventionen.

Entscheidend für das onkogene Potenzial von RAS-Proteinen ist die posttranslationale Modifizierung, d. h. die Lipidmodifikation und die Lokalisation an der inneren Plasmamembran. Im Vordergund für die Membranassoziation steht die Farnesylierung von RAS am C-Terminus (Prenylierung), die durch das Enzym Farnesyltransferase katalysiert wird. Des Weiteren ist das Enzym Geranylgeranyltransferase-1 (GGT-1) an diesem Prozess beteiligt.

Durch die Farnesylierung und Geranlygeranylierung wird ein Isoprenoidlipidrest angefügt, der die Lipophilie von RAS erhöht und dieses an der Zellmembran verankert. Neben RAS-Proteinen werden weitere Proteine, wie kleine GTPasen, z. B. Rho und Rac sowie Lamin A und B durch die Farnesyltransferase und GGT-1 an der Plasmamembran verankert.

Die Inhibition des RAS-Signalweges durch Hemmung der Prozessierung und Membranlokalisation, insbesondere durch Blockade der Farnesyltransferase, stellt einen selektiven therapeutischen Ansatz dar. Die Substanzen, die in klinischen Studien evaluiert wurden, sind zum einen SCH 66336 (Lonafarnib, Sarasar®) und R115777 (Tipifarnib, Zarnestra®) sowie L-774,123 und BMS-214662. Es existieren mittlerweile mehr als 20 Phase-I- und wenige Phase-II/III-Studien. Dosislimitierende Toxizitäten sind vor allem Myelosuppression, gastrointestinale Toxizität, periphere Neuropathien und Müdigkeit. Objektives Ansprechen wurde bei Patienten mit Mammakarzinomen und hämatologischen Neoplasien, v. a. AML beobachtet. Bei unbehandelten Hochrisikopatienten mit AML >65 Jahren, tAML und MDS-AML konnte durch R115777 (Tipifarnib) als Monosubstanz eine CR-Rate von 20% und eine Gesamtansprechrate von 33% erreicht werden.

Trotz dieser ermutigen Ergebnisse als Monosubstanz wird die Zukunft dieser Substanzen wahrscheinlich in der Kombinationstherapie, z. B. mit anderen gezielten Therapien, bzw. in der Therapie älterer Patienten mit Kontraindikationen gegen eine intensive Chemotherapie liegen. Weiterhin ist zum jetzigen Zeitpunkt nicht klar, welche Zielstrukturen wirklich für das Ansprechen verantwortlich sind, da neben Patienten mit RAS-Mutationen auch Patienten ohne diese Mutationen ansprechen.

Die hohe Mutationsrate von RAS in vielen soliden und hämatologischen Neoplasien und die essenzielle Funktion in der malignen Transformation, z. B. in der Mehrschrittpathogenese kolorektaler Karzinome macht RAS-Proteine zu einer weiterhin hochattraktiven Zielstruktur für innovative Therapiekonzepte. Ein Beispiel stellen z. B. Patienten mit nichtkleinzelligem Bronchialkarzinom dar, bei denen kürzlich gezeigt werden konnte, dass RAS-Mutationen eine Resistenz gegenüber EGFR-Inhibitoren aufwiesen, sodass hier z. B. eine Kombinationstherapie beider Substanzgruppen die Ansprechrate deutlich erhöhen sollte. Weiterhin können RAS-Mutationen bereits in prämalignen Läsionen nachweisbar sein, sodass in dieser Situation eine Chemoprävention mittels RAS-Inhibitoren in einer frühen Phase der Erkrankung von therapeutischem Nutzen sein könnte.

Fazit für die Praxis

Die Zulassung von Trastuzumab (Herceptin®), Imatinib (Glivec®) und Cetuximab (Erbitux®) für die Therapie des Mammakarzinoms, der chronischen myeloischen Leukämie, gastrointestinaler Stromatumoren sowie des Kolonkarzinoms haben die beeindruckenden Fortschritte in der gezielten Therapie („tageted therapy“) maligner Erkrankungen verdeutlicht. Eine Reihe vielversprechender Substanzen aus den Substanzklassen der kleinmolekularen Inhibitoren sowie monoklonalen Antikörpern befindet sich in Phase-I/II-Studien. Diese therapeutischen Fortschritte waren nur durch die verbesserte molekulare Diagnostik und die Identifikation krankheitsspezifischer molekularer Veränderungen möglich. Ein umfassenderes molekulares Verständnis der malignen Transformation wird in Zukunft die Weiterentwicklung und Optimierung innovativer Substanzen mit einer deutlich verbesserten Spezifität und somit geringerem Nebenwirkungsprofil bei erhöhter klinischer Aktivität ermöglichen.

Infobox

Weitere Informationen zum Thema molekulare Zielstrukturen in der Onkologie

Deutsche Gesellschaft für Hämatologie und Onkologie (DGHO)

www.dgho.de

Arbeitsgemeinschaft für Internistische Onkologie in der Deutschen Krebsgesellschaft e.V.

Vorsitzender: Prof. Dr. Schmoll

Klinik und Poliklinik für Innere Medizin IV

Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

Ernst-Grube-Straße 40

06120 Halle

Tel: ++49 (0)345-557 33 64

Fax: ++49 (0)345-557 29 50

www.aio-portal.de

Kompetenznetz „Akute und chronische Leukämien“

Vorstand: Prof. Dr. Rüdiger Hehlmann

III. Medizinische Universitätsklinik

Klinikum Mannheim der Universität Heidelberg

Wiesbadener Str. 7–11

68305 Mannheim

Tel: ++49 (0)621/383-4234

Fax: ++49 (0)621/383-4239

www.kompetenznetz-leukaemie.de

E-Mail: zentrale@kompetenznetz-leukaemie.de

Kompetenznetz „Maligne Lymphome“

Sprecher: Prof. Dr. M. Hallek

Zentrale des Kompetenznetzes

Klinikum der Universität zu Köln

Joseph-Stelzmann-Straße 9

50924 Köln

Tel.: +49 (0)221 478-7400

Fax: +49 (0)221 478-7406

www.lymphome.de

E-Mail: lymphome@medizin.uni-koeln.de

Interessenkonflikt:

Keine Angaben

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