Tumormutationslast und Mikrosatelliteninstabilität

Die Tumormutationslast und die Mikrosatelliteninstabilität sind genomweite Messgrößen, die zusammenfassen, wie stark ein Tumor mutiert ist, anstatt sich auf ein einzelnes Gen zu konzentrieren. Die Tumormutationslast zählt somatische Mutationen im gesamten analysierten Genom, während die Mikrosatelliteninstabilität ein spezifisches Versagen der DNA-Mismatch-Reparatur widerspiegelt, das ein charakteristisches Muster von Längenänderungen an repetitiven Sequenzen hervorruft; beide werden verwendet, um Tumoren nach ihren zugrunde liegenden Mutationsprozessen zu stratifizieren.

Definition

Die Tumormutationslast ist die Anzahl der somatischen Mutationen pro Einheit des analysierten Genoms (üblicherweise pro Megabase ausgedrückt); die Mikrosatelliteninstabilität ist die Akkumulation von Insertionen und Deletionen an kurzen Tandem-Repeat-Sequenzen (Mikrosatelliten), verursacht durch eine defiziente DNA-Mismatch-Reparatur, die einen messbaren hypermutierten, oft mikrosatelliteninstabilen Tumorphänotyp hervorruft.

Scope

Dieser Eintrag behandelt, was Tumormutationslast und Mikrosatelliteninstabilität sind, die DNA-Reparatur-Biologie hinter einem hypermutierten Phänotyp, wie jede gemessen wird und wie sie zueinander in Beziehung stehen. Es handelt sich um eine methodische und konzeptionelle Referenz innerhalb der molekularen Tumorprofilierung und enthält keine Test- oder Behandlungsempfehlungen.

Core questions

• Wie werden Tumormutationslast und Mikrosatelliteninstabilität definiert und gemessen?
• Wie führt eine defiziente Mismatch-Reparatur zu Mikrosatelliteninstabilität und einer hohen Mutationslast?
• Wie stehen diese genomweiten Messgrößen zueinander und zu spezifischen Genveränderungen in Beziehung?
• Welche analytischen Faktoren beeinflussen die Zuverlässigkeit und Vergleichbarkeit dieser Messgrößen über verschiedene Assays hinweg?

Key concepts

• Tumormutationslast (Mutationen pro Megabase)
• Mikrosatelliteninstabilität
• DNA-Mismatch-Reparatur-Defizienz
• Hypermutierter Phänotyp
• Mikrosatelliten und Repeat-Traktate
• Genomweite versus Einzelgen-Biomarker
• PCR, Immunhistochemie und Sequenzierungsbasierte Detektion
• Mutationsprozesse und Signaturen

Mechanisms

Das DNA-Mismatch-Reparatursystem korrigiert Basenpaarungsfehler, die während der Replikation auftreten, und es ist besonders wichtig an Mikrosatelliten, wo Slippage leicht Insertionen und Deletionen einführt. Wenn die Mismatch-Reparatur defizient ist – durch Genmutation oder epigenetische Stilllegung – bleiben diese Fehler unkorrigiert, Repeat-Traktate ändern ihre Länge, und es kommt zur Mikrosatelliteninstabilität; dieselbe Defizienz lässt Mutationen genomweit akkumulieren, was zu einer hohen Tumormutationslast führt. Mikrosatelliteninstabilität ist daher eine molekulare Ursache einer hohen Mutationslast, obwohl eine hohe Last auch aus anderen Prozessen wie Karzinogenexposition oder Defekten in der Proofreading-Funktion entstehen kann. Mikrosatelliteninstabilität wird mittels PCR von Marker-Loci, durch Immunhistochemie für Mismatch-Reparaturproteine oder aus Sequenzierungsdaten beurteilt, während die Tumormutationslast durch Zählen somatischer Mutationen über ein Panel, Exom oder Genom ermittelt wird, wobei die Ergebnisse empfindlich auf die analysierte Region und die verwendeten Zählregeln reagieren.

Clinical relevance

Diese genomweiten Messgrößen werden verwendet, um Tumoren nach ihren Mutationsprozessen zu stratifizieren und wurden als gewebeagnostische Biomarker im Kontext der Immun-Checkpoint-Therapie untersucht. Dieser Eintrag erläutert die zugrunde liegende Biologie, Messung und Evidenz; er charakterisiert, wie diese Marker definiert und untersucht werden, und ist keine Grundlage für diagnostische oder Behandlungsentscheidungen für Einzelpersonen.

Epidemiology

Die Sequenzierung sehr großer Tumorreihen zeigt, dass die Tumormutationslast über mehrere Größenordnungen hinweg und innerhalb von Krebsarten variiert, wobei die höchsten Lasten bei Krebsarten auftreten, die mit Mutagenexposition oder Reparaturdefekten in Verbindung gebracht werden. Mikrosatelliteninstabile Tumoren bilden eine erkennbare Minderheit bei mehreren Krebsarten und sind charakteristisch hypermutiert, und die beiden Messgrößen sind korreliert, aber nicht austauschbar.

History

Die Mikrosatelliteninstabilität wurde in den 1990er Jahren im Kontext des hereditären nicht-polypösen kolorektalen Karzinoms und der defizienten Mismatch-Reparatur charakterisiert, und konsensbasierte Marker-Panels und Testempfehlungen wurden anschließend etabliert. Groß angelegte Sequenzierungen in den 2010er Jahren definierten die genomweite Landschaft der Tumormutationslast bei Krebserkrankungen, und Studien zur Immun-Checkpoint-Therapie lenkten die Aufmerksamkeit auf Mismatch-Reparatur-Defizienz und hohe Mutationslast als tumorübergreifende molekulare Merkmale, wodurch beide als Elemente der Tumorstratifikation konsolidiert wurden.

Debates

Wie sollte die Tumormutationslast gemessen und Schwellenwerte definiert werden?

Schätzungen der Mutationslast hängen von der analysierten Genomregion, dem Assay und den Regeln zur Varianten-Zählung ab, sodass Werte über verschiedene Plattformen hinweg nicht direkt vergleichbar sind, und die Wahl der Schwellenwerte zur Definition eines Tumors mit hoher Last bleibt ein aktives Harmonisierungsproblem.

Key figures

• Dung Le
• C. Richard Boland

Seminal works

• chalmers-2017
• le-2015
• umar-2004

Frequently asked questions

Sind Tumormutationslast und Mikrosatelliteninstabilität dasselbe?

Nein. Mikrosatelliteninstabilität ist eine spezifische Signatur einer defizienten DNA-Mismatch-Reparatur, die an repetitiven Sequenzen beobachtet wird, während die Tumormutationslast eine Zählung somatischer Mutationen im gesamten Genom ist; eine Mismatch-Reparatur-Defizienz erhöht die Mutationslast, aber eine hohe Last kann auch andere Ursachen haben, sodass die beiden zwar verwandt, aber unterschiedlich sind.

Warum können die Werte der Tumormutationslast zwischen verschiedenen Laboren variieren?

Da die Messung davon abhängt, welcher Teil des Genoms sequenziert wird, von der Tiefe und Qualität des Assays und von den Regeln, die zum Zählen von Mutationen verwendet werden, sind die Ergebnisse verschiedener Plattformen nicht direkt vergleichbar, weshalb Harmonisierung und Schwellenwertstandardisierung aktiv diskutiert werden.