November 2008 | Gerwin Heller

RESEARCHER OF THE MONTH, November 2008

Die Jury "Researcher of the Month" verleiht die Auszeichnung für diesen Monat Herrn Dr. Gerwin Heller aus Anlass der Publikation "Genome-wide transcriptional response to 5-aza-2'deoxycytidine and Trichostatin A in multiple myeloma cells" in dem Top-Journal "Cancer Research" 2008; 68: 44-54 [7]. Diese Arbeit wurde im Forschungslabor für "Epigenetische Veränderungen" (Leiterin: Univ.-Prof. Dr. S. Zöchbauer-Müller) an der Klinischen Abteilung für Onkologie an der Universitätsklinik für Innere Medizin I (Leiter: Univ.-Prof. Dr. Ch. Zielinski) durchgeführt. Die vorliegenden Resultate sind das Ergebnis einer langjährigen Forschungstätigkeit zum Thema "Epigenetik", deren Schwerpunkte die epigenetische Regulation von Tumor-assoziierten Genen bei Lungen- und Brustkrebs, Tumoren im Hals-Nasen-Ohren-Bereich und beim multiplen Myelom betreffen [1-6].

Möglichkeiten einer Therapie des multiplen Myeloms mit demethylierenden Substanzen und Inhibitoren der Histon-Deacetylierung?
Das Multiple Myelom (MM) ist eine Krebserkrankung des Knochenmarks und ist durch eine Plasmazell-Vermehrung im Knochenmark, ein Paraprotein (ein monoklonales und funktionsloses Immunglobulin) im Blut und/oder Harn und Knochenveränderungen gekennzeichnet. Die Erkrankung tritt in Mitteleuropa in einer Häufigkeit von 4 auf 100.000 Menschen auf. Die Ursache des MM ist ungeklärt, und trotz bedeutender Fortschritte in der Behandlung ist die Erkrankung unheilbar. Neben genetischen (z.B. 14q32-Translokation, Deletionen von Chromosom 13q14, p53- oder ras-Mutationen) spielen auch epigenetische Veränderungen eine wichtige Rolle bei der Entstehung des MM.

Der Begriff "Epigenetik" umfasst alle Veränderungen im Expressionsprofil eines Gens, die nicht durch Sequenzveränderungen, sondern durch chemische Modifikationen der DNA und/oder der Histonproteine hervorgerufen werden. Die zwei am häufigsten untersuchten epigenetischen Veränderungen sind die DNA-Methylierung von Regionen, in denen das Cytosin-Guanin-Dinukleotid gehäuft auftritt (CG-Inseln) und die Histon-Deacetylierung. Diese beiden Faktoren beeinflussen Hand in Hand die Genexpression. Die Histon-Acetylierung führt zur Auflockerung der DNA-Struktur und resultiert in Genexpression. Wird DNA methyliert, so werden durch Rekrutierung von Histon-Deacetylasen die Histonproteine hypoacetyliert, das Chromatin dadurch fest verpackt und Genexpression verhindert. Zahlreiche Studien haben gezeigt, dass die aberrante DNA-Methylierung neben Mutationen ein weiterer Mechanismus für den Verlust der Genexpression bestimmter Tumor-Suppressor-Gene in Tumorzellen ist. Kürzlich publizierte Daten zeigen, dass bei malignen Erkrankungen im Durchschnitt ~600 CG-Inseln methyliert sind.

Bisher wurden erst wenige Gene identifiziert, die häufig beim MM methyliert sind. Mittels Microarray-Analysen haben Heller et al. die Expression von ~17.000 Genen vor und nach Behandlung von MM Zelllinien mit einer demethylierenden Substanz und/oder einem Histon-Deacetylierungs-Inhibitor untersucht [7]. Dadurch konnte eine Vielzahl von Genen identifiziert werden, die in verschiedenen, für die Entstehung eines malignen Phänotyps wichtigen Pathways (z.B. Apoptose, Zellzyklus oder Zelladhäsion) involviert sind und durch Methylierung inaktiviert werden. Zehn Gene (CPEB1, CD9, GJA1, GADD45G, AKAP12a, BCL7c, TFPI2, CCNA1, BNIP3 und SPARC) wurden für weitere Methylierungsanalysen bei 24 Patienten mit monoklonaler Gammopathie undefinierter Signifikanz (MGUS) und 111 Patienten mit MM ausgewählt. Die Methylierungsfrequenz dieser Gene war bei Patienten mit MM deutlich höher als bei Patienten mit MGUS. Außerdem konnte gezeigt werden, dass die Methylierung von BNIP3 und/oder SPARC einen signifikanten Einfluss auf das Gesamtüberleben der MM Patienten hat.

Zusammengefasst zeigen die Ergebnisse, dass eine Vielzahl von epigenetisch regulierten Genen in der Pathogenese des MM involviert ist. Darüber hinaus zeigen die Resultate, dass die Inhibierung von DNA -Methylierung und Histon-Deacetylierung mittels entsprechender Medikamente eine Rolle bei der zukünftigen Behandlung von Patienten mit MM spielen könnte.

Wissenschaftliches Umfeld
Dr. Heller beschäftigt sich seit der Beendigung seines Biologie/Genetik- Studiums im Jahr 2004 mit dem Thema Epigenetik, insbesondere mit der DNA-Methylierung in Hinblick auf die Therapie von malignen Tumoren. Im Forschungslabor wird der Methylierungsstatus bestimmter Krebs-assoziierter Gene nicht nur beim MM sondern auch bei Lungen- und Brustkrebserkrankungen untersucht. Während einerseits die Häufigkeit der Methylierung von bereits bekannten Genen in Tumor- und Serumproben untersucht wird, werden andererseits Microarray-Analysen zur Identifizierung von Genen, deren epigenetische Regulation bislang unbekannt ist, durchgeführt. Im aktuellen, vom Wiener Wissenschafts-, Forschungs- und Technologiefonds (WWTF) finanzierten Projekt wird die Bestimmung des genomweiten Methylierungsmusters von CG-Inseln im Tumor von Lungenkrebspatienten mit Hilfe der Kombination von Immunopräzipitation methylierter DNA und der Microarray-Technik untersucht. Ziel dieses Projektes ist, einerseits, ein besseres Verständnis über die Entstehung von Lungenkrebs zu erreichen, andererseits Gene zu identifizieren, deren Methylierungsstatus prognostische Bedeutung hat.

Auf diesem Gebiet bestehen intensive Kooperationen innerhalb der MUW (Univ.-Prof. Dr. J. Drach, Klinik für Innere Medizin I; Univ.-Prof. Dr. B. Grasl-Kraupp, Institut für Krebsforschung; Univ.-Prof. Dr. W. Klepetko, Abteilung für Spezielle Thoraxchirurgie; Univ.-Prof. Dr. V. Sexl, Institut für Pharmakologie) sowie auch auf internationaler Ebene (Dr. JD Minna; Dr. AF Gazdar, University of Texas, Southwestern Medical Center at Dallas, TX, USA; Dr. J. Geradts, Dept. of Pathology, Duke University Medical Center, Durham, NC, USA; Dr. S. Toyooka, Department of Cancer and Thoracic Surgery, Okayama University, Okayama, Japan). Unterstützt wurde die Forschungstätigkeit von Grants des Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF), des Medizinisch-wissenschaftlichen Fonds des Bürgermeisters der Bundeshauptstadt Wien, des Fonds der Stadt Wien für innovative interdisziplinäre Krebsforschung, der Initiative Krebsforschung, des Jubiläumsfonds der Oesterreichischen Nationalbank und des WWTF.

Persönliches
Dr. Heller wurde 1978 in Wien geboren. Von 1998 bis 2004 Studium "Mikrobiologie und Genetik" an der Universität Wien. Diplomarbeit: "Expression analysis and methylation profiling of TSLC1 cell adhesion cascade genes in lung carcinomas" an der Klinischen Abteilung für Onkologie, Universitätsklinik für Innere Medizin I. Abschlussexamen mit Auszeichnung (Master's degree). Anschließend Ph.D.-Thesis: "Identification of epigenetically silenced genes in malignant diseases". Schlussprüfung mit Auszeichnung (Ph.D. degree). Seit 2008 als Postdoc an der Klinischen Abteilung für Onkologie, Universitätsklinik für Innere Medizin I tätig.

Ausgewählte Literatur

1. Zöchbauer-Müller S., Fong K. M., Geradts J., Xu X., Seidl S., End-Pfützenreuter A., Lang G., Heller G., Zielinski C. C., Gazdar A. F. and Minna J. D. Expression of the candidate tumor suppressor gene hSRBC is frequently lost in primary lung cancers with and without DNA methylation. Oncogene 24, 6249-55; 2005. 
2. Heller G., Fong K. M., Girard L., Seidl S., End-Pfützenreuter A., Lang G., Gazdar A. F., Minna J. D., Zielinski C. C. and Zöchbauer-Müller S. Expression and methylation pattern of TSLC1 cascade genes in lung carcinomas. Oncogene 25, 959-68; 2006. 
3. Macheiner D., Heller G., Kappel S., Bichler C., Stättner S., Ziegler B., Kandioler D., Wrba F., Schulte-Hermann R., Zöchbauer-Müller S. and Grasl-Kraupp B. NORE1B, a candidate tumor suppressor, is epigenetically silenced in human hepatocellular carcinoma. J Hepatol 45(1), 81-9; 2006. 
4. Heller G., Geradts J., Ziegler B., Newsham I., Filipits M., Markis-Ritzinger E., Kandioler D., Berger W., Stiglbauer W., Depisch D., Pirker R., Zielinski CC. and Zöchbauer-Müller S. Loss of TSLC1 and DAL-1 expression occurs frequently in primary breast carcinomas. Breast Cancer Res Treat 103(3):283-91; 2007. 
5. Ott RG., Simma O., Kollmann K., Weisz E., Zebedin EM., Schorpp-Kistner M., Heller G., Zöchbauer-Müller S., Wagner EF., Freissmuth M. and Sexl V. JunB is a gatekeeper for B-lymphoid leukemia. Oncogene 26(33):4863-71; 2007. 
6. Kainz B., Bilban M., Shehata M., Kienle D., Heintel D., Kroemer E., Le T., Kroeber A., Heller G., Schwarzinger I., Demirtas D., Chott A., Doehner H., Zöchbauer-Müller S., Fonatsch C., Zielinski C.C., Stilgenbauer S., Gaiger A., Wagner O. and Jäger U. Overexpression of the paternally expressed gene 10 (PEG 10) from the imprinted locus on chromosome 7q21 in high-risk B-cell chronic lymphocytic leukemia. Intl J Cancer 121(9):1984-93; 2007. 
7. Heller G., Schmidt W.M., Ziegler B., Holzer S., Müllauer L., Bilban M., Zielinski C.C., Drach J., Zöchbauer-Müller S. Genome-wide transcriptional response to 5-aza-2`deoxycytidine and Trichostatin A in multiple myeloma cells. Cancer Res 68: 44-54; 2008

Kontakt
Dr. Gerwin Heller, Ph.D.
Universitätsklinik für Innere Medizin I
Klinische Abteilung für Onkologie
Währinger Gürtel 18-20
1090 Wien

T.: +43 (0)1 40400 4433
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