Genprofielen voor gerichte behandeling leukemie

DNA-chip identificeert nieuwe typen acute myeloïde leukemie

Wetenschappers van het Erasmus MC hebben aangetoond dat acute myeloïde leukemie bestaat uit minstens zestien typen. De onderzoeksresultaten, die gisteren in NEJM zijn gepubliceerd, bieden mogelijkheden voor snellere diagnostiek en betere behandeling van leukemie bij volwassen.

Van acute myeloïde leukemie (AML), de meest voorkomende vorm van leukemie bij volwassenen, is al langere tijd bekend dat het een verzamelnaam is voor verschillende typen bloedkanker. Met verschillende diagnostische methoden worden momenteel ongeveer tien typen acute myeloïde leukemie onderscheiden met een verschil in prognose.

Onderzoekers van het Erasmus Universitair Medisch Centrum Rotterdam (Erasmus MC) hebben met DNA-chiptechnologie en heel veel rekenwerk aangetoond dat acute myeloïde leukemie uit minstens zestien typen bestaat. Het onderzoek geeft meer inzicht in de ziekte, maakt snellere diagnostiek mogelijk en biedt een enorm aantal aanknopingspunten voor gerichtere behandelingen van leukemie bij volwassenen. De resultaten zijn gisteren gepubliceerd in The New England Journal of Medicine.

1

‘We weten dat we tegenwoordig ongeveer 40 procent van de patiënten met AML kunnen genezen. Hierbij helpt dat we verschillende vormen van de ziekte goed kunnen herkennen en vervolgens gericht kunnen behandelen. Het onderzoek dat we hebben verricht, zet een grote stap voorwaarts in het maken van een nog scherper onderscheid in leukemieën.’

Aan het woord is een van de onderzoeksleiders, de internist-hematoloog prof. Bob Löwenberg, hoofd van de afdeling Hematologie in Erasmus MC. Samen met eerste auteur dr. Peter Valk, hoofd van het moleculair diagnostisch laboratorium van de afdeling Hematologie, licht hij het in hoofdzaak Rotterdamse onderzoek toe.

Chip

‘Voor het maken van onderscheid tussen de verschillende leukemieën is nu nog een veelheid van technieken nodig’, zegt Valk. ‘We kijken naar de vorm van de cellen en naar oppervlaktemoleculen op de cellen, doen chromosoomonderzoek, speuren naar specifieke afwijkingen in genen. Dit neemt ongeveer twee weken in beslag.’

‘Maar bij leukemie is er geen tijd te verliezen’, vult Löwenberg aan. ‘We beginnen daarom al met een standaardbehandeling en passen deze mogelijk later aan als we weten met welk type leukemie we te maken hebben. Met behulp van DNA-chips kunnen we dit straks niet alleen sneller, maar ook beter.’

Wat de wetenschappers hebben gedaan, kan zonder te overdrijven hogeschoolonderzoek worden genoemd. Uit zowel kankercellen als gezonde beenmergcellen hebben ze het RNA gehaald en gelabeld met fluorescerende stof. Omdat de RNA-strengen tussenproducten zijn in de vertaalslag van het DNA naar eiwitten, is er alleen RNA aanwezig van genen die in de cel geactiveerd zijn. Dit RNA is op een commercieel verkrijgbare chip gebracht. Zo’n chip bestaat uit een glasplaatje met duizenden vakjes. In elk vakje zitten stukjes DNA die karakteristiek zijn voor één gen. In totaal bevat de chip unieke stukjes DNA van 13.000 genen, waarbij precies bekend is welk gen bij welk vlakje hoort.

Het RNA blijft op de chip plakken, maar alleen in het vakje met de stukjes DNA die het gen representeren dat hoort bij het RNA. Doordat het RNA gelabeld is met een fluorescerende stof, licht het vakje waar RNA en DNA hybridiseren op. Een oplichtend vakje duidt op een gen dat in de kankercel actief is, waarbij de intensiteit overeenkomt met de activiteit van het gen. Vakjes waar geen hybridisatie heeft plaatsgevonden, lichten níet op. Deze genen zijn in de kankercel niet geactiveerd. Het resultaat geeft een overzicht van de activiteit van de genen in een kankercel, een zogeheten genprofiel.

De DNA-chip bevat niet specifiek genen waarvan bekend is dat ze iets met kanker te maken hebben. Löwenberg: ‘Deze benadering heeft een groot

voordeel. Je bent namelijk open-minded bezig. Het kan zo zijn dat je een gen treft waarvan je in de verste verte niet had bedacht dat het iets met kanker te maken zou kunnen hebben.’

Aan en uit

Löwenberg vervolgt: ‘Je ziet van een patiënt exact welke genen ‘aanstaan’ en welke ‘uitstaan’. Daarmee weet je alleen nog niet welke genen een rol spelen bij de leukemie. Er zijn zeker genen bij die ook in een gezonde bloed- of beenmergcel aanstaan of juist niet zijn geactiveerd. Door de genprofielen van 285 patiënten met elkaar en met gezond beenmerg te vergelijken, zien we welke genen bij iedereen in dezelfde mate tot expressie komen. Van deze genen weten we dat ze ons niets zeggen over de verschillende vormen van leukemie. Er is immers geen diversiteit. Interessant zijn juist de genen die bij de ene patiënt wel en bij de andere patiënt niet actief zijn. Voor de analyse die met de computer is uitgevoerd, zijn we dan ook alleen met deze genen verdergegaan. Van de 13.000 genen hielden we er toen ongeveer 3000 over.’

‘We hebben de data van elke patiënt vergeleken met elke andere patiënt’, vertelt Löwenberg verder. ‘Deze analyse leverde zestien homogene clusters van patiënten op. Binnen een cluster staan dezelfde genen ofwel aan of juist uit bij alle patiënten. Dit zijn patiënten met hetzelfde type acute myeloïde leukemie.’

Valk: ‘De clusters zijn patiënten die puur op basis van het genexpressieprofiel bij elkaar horen. Over de patiënten weten we echter meer. Als je kijkt naar de andere karakteristieken van de patiënten, blijkt dat je ze kunt terugvinden in de clusters. Bijvoorbeeld, patiënten met dezelfde chromosomale afwijkingen vinden we in unieke clusters terug. Alle bekende leukemieën worden scherp onderscheiden. Dit bewijst dat de methode die we hebben gebruikt, valide is.’ ‘Bovendien’, haakt Löwenberg in, ‘als de patiëntengroepen die we op basis van de classificatie zoals we die tot nu toe deden, kunnen terugvinden in clusters,  betekent het dat de andere clusters ook een betekenis hebben. Het moet iets zeggen over de oorzaak van de ziekte.’

Cluster 10

Om inzicht in de verschillende vormen van leukemie te krijgen, hebben de onderzoekers in een aantal grote clusters gekeken hoe de patiënten op de behandeling hebben gereageerd.

Löwenberg: ‘Van bijvoorbeeld de patiënten in cluster 10 weten we dat ze het slecht doen. De behandeling slaat niet aan, de ziekte komt terug en de overleving is gemiddeld laag. Een deel van de patiënten had chromosomale en moleculaire afwijkingen waarvan we weten dat ze ongunstig zijn voor het beloop van de ziekte. Echter, sommige patiënten hebben afwijkingen op chromosoom 5, anderen op chromosoom 7. Nu blijkt dat ze in een cluster samenvallen, denken we dat ze een gemeenschappelijke onderliggende oorzaak hebben waardoor ze een slechte respons op chemotherapie hebben. In cluster 10 zitten bovendien patiënten die helemaal geen bekende karakteristieken hebben. Bij deze patiënten kunnen we nu gericht zoeken naar nog onbekende genetische afwijkingen.’

Opvallend is dat ook gezonde beenmergstamcellen in cluster 10 terechtkomen. ‘Kenmerkend aan primitieve beenmergstamcellen is dat ze zeer ongevoelig zijn voor chemotherapie. Maar dat geldt ook voor de leukemiecellen van deze patiënten. Het lijkt erop dat ze dezelfde weerbaarheid hebben als normale beenmergstamcellen. Hoe dat komt, weten we nog niet, maar dat is natuurlijk een van de volgende zaken die we gaan uitzoeken.’

CEBPA-mutatie

Valk geeft een ander voorbeeld. ‘Patiënten met een mutatie in de zogeheten transcriptiefactor CEBPA zijn over het algemeen goed te behandelen. Uit onze analyse blijkt echter dat deze patiënten niet in één maar in twee clusters terechtkomen. Dit suggereert dat een combinatie van mutaties kan leiden tot verschillende typen leukemie. De additionele mutaties bepalen in welk van de twee clusters een patiënt met een CEBPA-mutatie belandt.’ Löwenberg: ‘Dit past goed bij wat we ons voorstellen bij leukemie. Ten eerste gaan bij deze ziekte de cellen sneller delen. Vervolgens vindt er geen uitrijping van de cellen plaats en ten slotte leven de cellen veel langer dan normaal. Bij dit proces spelen waarschijnlijk veranderingen in verschillende genen een rol.’

‘Ook hier blijken overigens patiënten in het cluster te zitten die geen mutatie in CEBPA hebben. Ook dit is een aanknopingspunt voor verder onderzoek’, aldus Valk.

Profiteren
Over de klinische betekenis van het onderzoek is Löwenberg helder: ‘De patiënt die nu onder behandeling is voor leukemie heeft hier niets aan. Maar deze patiënt profiteert wel van de kennis die we twee tot vier jaar geleden hebben opgedaan. Van de patiënten met een bepaalde chromosomale afwijking genas tien jaar geleden nog geen 40 procent. Nu geneest meer dan 80 procent van de patiënten met dit type leukemie. Het bleek dat de chromosomale afwijking ertoe leidt dat de cellen minder gevoelig zijn voor retinoïnezuur. De behandeling bestaat tegenwoordig uit het toevoegen van een hoge dosis retinoïnezuur aan de chemotherapie. Deze patiënten kunnen we zeer gericht behandelen. Op dezelfde manier gaan we op zoek naar behandelingen voor patiënten voor wie er nu nog geen gerichte behandeling bestaat.’

Automaat

Het in NEJM gepubliceerde onderzoek is gedaan met patiëntenmateriaal dat in verschillende centra al aanwezig was. Het vervolgonderzoek zal uitgebreider zijn. ‘De DNA-chip die we hebben gebruikt, is een commercieel verkrijgbare chip. Hierop staan niet alle humane genen. Zulke chips zijn er nog niet. Nieuwe

generaties chips zullen steeds meer genen bevatten. Dit betekent dat je nog meer clusters zou kunnen vinden. We gaan het onderzoek dan ook uitbreiden met nieuwere chips’, aldus Valk. ‘Hierbij is het ook de bedoeling dat we de clusters waarin nu nog maar een klein aantal patiënten zitten, groter maken.’

De Rotterdamse onderzoekers willen de DNA-chips ook gebruiken in prospectief onderzoek. ‘Alleen hiermee kunnen we zien welke plaats de techniek heeft in de diagnostiek’, licht Löwenberg toe. ‘Hiervoor hebben we nog wel een jaar voorbereiding nodig. Of de chip alle andere vormen van diagnostiek gaat vervangen, moet nog blijken. Ik acht het goed mogelijk dat je over een aantal jaren een automaat hebt staan waarmee je binnen een mum van tijd kunt zien om welk type leukemie het gaat. En hopelijk hebben we dan ook nog meer gerichte behandelingen te bieden.’

Referentie

1. Prognostically Useful Gene-Expression in Acute Myeloid Leukemia and Their Association Profiles with Particular Genetic Abberations. Peter J.M. Valk, Roel G.W. Verhaak, M. Antoinette Beijen, Claudia A.J. Erpelinck, Sahar Barjesteh van Waalwijk van Doorn-Khosrovani, Judith M. Boer, H. Berna Beverloo, Michael J. Moorhouse, Peter J. van der Spek, Bob Löwenberg, Ruud Delwel. NEJM 15 april 2004.