Krebsforscher auf der Jagd
Die Erkenntnis, daß die Krankheit Krebs auf genomische Veränderungen einer einzigen Zelle zurückzuführen ist, war schon immer von großem molekularem Interesse für die Medizin. Um mehr über die molekularen Grundlagen des zellulären Phänomens zu erfahren und in der Hoffnung, der steigenden Anzahl von Neuerkrankungen Herr zu werden, suchen Forschergruppen in aller Welt unermüdlich nach Krebsempfänglichkeitsgenen. Kürzlich wurden die ăGenjäger" wieder fündig. Doch ihre Entdeckung gab Anlaßzu nur noch mehr Fragen... .
Herausforderung Nierenkrebs
Jedes Jahr sterben in den USA etwa 11000 Personen an Nierenzellkarzinom, dem häufigsten Krebs der Niere bei Erwachsenen. Nach Schätzungen erkranken dort jährlich 27000 Personen neu. Auch weltweit steigt die Anzahl der Neuerkrankungen. Wie andere Krebsformen tritt auch Nierenkrebs familiär gehäuft oder seltener sporadisch auf. Bereits Ende der achtziger Jahre hatten cytogenetische Studien gezeigt, daßdas Chromosom 3 in Nierentumorzellen betroffener Personen häufig Translokationen kleiner Abschnitte oder des gesamten kurzen Arms aufweist. Diese Beobachtung deckte sich mit den Ergebnissen von Untersuchungen an Patienten mit von Hippel-Lindau-Syndrom (VHL), einer seltenen Erbkrankheit. Die Betroffenen entwickeln meist schon in jungen Jahren Tumoren in einer Vielzahl von Organsystemen wie den Augen, dem ZNS, der Bauchspeicheldrüse und den Nieren. Das durchschnittliche Lebensalter verringert sich auf 42 Jahre. Die häufigste Todesursache: Nierenzellkarzinom! Das Ergebnis ließ die Wissenschaftler aufhorchen. Man schloß auf ein Empfänglichkeitsgen auf dem kurzen Arm von Chromosom 3, ein sogenanntes Tumorsuppressorgen. Bei den Tumorsuppressorgenen handelt es sich um negative Regulatoren des Zellzyklus. Die Funktion der Tumorsuppressorgenprodukte ist vielfältig. Zu ihnen gehören Transkriptionsfaktoren wie das bekannte p53, DNA-Reparaturenzyme oder Proteinkinaseinhibitoren. Sind beide Allele eines solchen Gens in einer Zelle so stark geschädigt, daß kein regulatorisch wirksames Protein mehr gebildet wird, kann es passieren, daß die betroffene Zelle sich frühzeitig teilt, z. B. bevor DNA-Schäden vom Reparatursystem der Zelle erkannt und behoben worden sind. Mit der Zeit sammeln sich Schäden an, die Zelle gerät außer Kontrolle und verwandelt sich in eine Tumorzelle.
Sofort schlossen sich Arbeitsgruppen aus den USA, Japan, England und der BRD zusammen, um gemeinsam das postulierte ăNierenkrebsgen" zu finden. 1993 konnte die internationale Arbeitsgemeinschaft der Öffentlichkeit das Ergebnis ihrer Anstrengungen in der Zeitschrift ăNature" präsentieren. Sie berichteten sie von der Klonierung des gesuchten VHL-Tumorsuppressorgens.
In der Veröffentlichung wurden folgende Eigenschaften des isolierten Gens bekannt: Ein kloniertes cDNA-Fragment, das besagte VHL-Gen, ließ sich in der Region 3p25-26 des menschlichen Genoms lokalisieren. Wie andere Tumorsuppressorgene liegt es in Einzelkopie vor. Das VHL-Gen weist drei Exons mit einer Gesamtlänge von nur 852 bp (wie sich später herausstellte nur 639 bp) auf. In allen beim VHL-Syndrom angegriffenen Geweben, inklusive der Niere, ließen sich zwei Transkripte nachweisen. Ein langes mit allen drei Exons und ein alternativ gespleißtes Transkript ohne die von Exon 2 codierte Sequenz.
Vom wirklich seltsamen Gen ...
Die Sequenz des Gens erschien hochkonserviert in Säugern, der Fruchtfliege und Seeigeln. Doch das codierte Protein bereitete den Entdeckern Kopfzerbrechen, denn: Die abgeleitete Aminosäuresequenz zeigte keinerlei Ähnlichkeit zu bekannten Proteinen. Nur die Anwesenheit eines achtmalig wiederholten Pentamers saurer Aminosäuren mit Ähnlichkeit zu einem Motiv eines Proteins des ăSurface Coats" des einzelligen Parasiten Trypanosoma brucei bot Anlaß zur Spekulation: Gehörte das VHL-Protein etwa zu einer neuen Familie glycolipid-verankerter Membranproteine? Wenn es zwei Transkripte gibt, gab es dann auch zwei verschieden große Proteine mit unterschiedlicher Funktion?
... über einen erfreulichen Zufall
Die Entdeckung des neuen Gens war der Startschuß für die Veröffentlichung einer Vielzahl Arbeiten in der Fachpresse. Die medizinische Bedeutung des Gens wurde schnell bestätigt: Klinische Studien zeigten, daßin 98 Prozent aller Fälle von Nierenzellkarzinom des histologisch klarzelligen Phänotyps das VHL-Tumorsuppressorgen den Verlust eines Allels aufweist. Das verbliebene Allel war dabei häufig mutiert oder über Methylierung des Promotors abgeschaltet. Wie sich herausstellte, gehört der Promotor einer seltenen Sequenzfamilie an, die bereits bei anderen Tumorsuppressorgenen identifiziert worden war. Die Mutation des VHL-Gens mußte ein erster Schritt der Tumorentstehung sein, da es sowohl in Tumoren früher als auch später Entwicklungsstadien mutiert sein konnte. Das Gen wurde in Affennierenzellen zur Expression gebracht und das Protein isoliert. Über fluoreszenzmarkierte Antikörper konnte nun das Protein in Nierenzellen unter dem Mikroskop sichtbar gemacht werden. Allen Anschein nach war das VHL-Protein (pVHL) im Zellkern lokalisiert und dort mit weiteren Proteinen assoziiert. Auf das Ergebnis der Sequenzanalyse dreier mit pVHL assoziierter Proteine hin meldete sich eine Gruppe amerikanischer Molekularbiologen zu Wort. Sie beschäftigten sich mit der Säugertranskription und hatten bereits drei Untereinheiten eines neuartigen Elongationsfaktors namens Elongin isoliert. Deren Sequenzen stimmten mit denen der pVHL assozierten Proteine überein.
... zur Proteinfunktion
Aufgrund der vorliegenden Fakten wurde 1995 schließlich in der renommierten Zeitschrift "Science" folgendes Modell zur Funktion von pVHL veröffentlicht. Elongin ist ein Trimer, bestehend aus der großen katalytischen Untereinheit A und den kleineren regulatorischen Untereinheiten B und C. Zusammen bewirken sie ein Fortschreiten der Transkriptionselongation. pVHL konkurriert mit Elongin B und C um die Bindung an Elongin A, das durch die Bindung an pVHL katalytisch inaktiv wird. pVHL bewirkt so eine Verringerung der Elongationsrate in der Zelle. Mutantes pVHL hingegen weist ein verringertes bzw. verlorenes Vermögen zur Bindung an Elonguin A auf. Die Bildung des Elongintrimers wird begünstigt. Die Folge: Die Elongation läuft ungehindert weiter. Inwiefern der postulierte molekulare Mechanismus zur Entstehung von Nierenzellkarzinom beiträgt, ist weiter ungeklärt. Denn zweifelsohne ist das VHL-Tumorsuppressorgen ein einmaliges Beispiel.
Das Ende aller Fragen?
Nach mehr als sechs Jahren Grundlagenforschung bleibt natürlich noch die eine Frage: Hat die Lösung der vielen Rätsel der Natur durch einen elitären Kreis weniger Wissenschaftler auch etwas zum Erreichen des eigentlichen Ziels, der Bekämpfung der Krankheit Nierenkrebs, gebracht? Die Antwort lautet: Jein! Sicherlich, eine neue effektive Waffe gegen den Nierenkrebs ist nicht gefunden. Aber: Im Laufe der vergangenen Jahre wurde eine Vielzahl von molekularbiologischen Methoden zur Analyse von Mutationen im VHL-Tumorsuppressorgen zur Verwendung im Klinikbetrieb entwikkelt. Sie ermöglichen eine schnelle Diagnose des Empfänglichkeitsstatus für Nierenzellkarzinom oder mit VHL-Syndrom verbundener Organdefekte in belasteten Familien schon im Kindesalter. Auf diese Weise können bei homozygoten Trägern defekter VHL-Allele früh gezielte Überwachungsprogramme, z. B. eine regelmäßige Sonographie der Nieren o. ä., gestartet werden. So können auftretende Tumoren schon in frühen Stadien lokalisiert und möglichst schonend entfernt werden, ohne die Lebensqualität des Patienten zu verringern.