Fortschritte in der genomischen Tests-Was Sie wissen müssen

Fortschritte in der genomischen Tests-Was Sie wissen müssen

von Dr. C.H. Weaver M.D. aktualisiert 9/1/2018

Q: Was ist genomische Tests?

A: Genomische Tests untersuchen eine Gruppe von Genen und ihre unterschiedlichen Expressionsniveaus. Diese Genexpression oder -aktivität kann charakterisieren, wie Gene miteinander interagieren und das Verhalten bestimmter Gewebe im Körper vorhersagen. Dies steht im Gegensatz zu Gentests, bei denen eine bestimmte Veränderung innerhalb eines einzelnen Chromosoms oder Gens untersucht wird, oft als Teil eines vererbbaren Merkmals.

F: Welche Rolle spielen genomische Tests bei der Krebsdiagnose?
A: Genomische Tests können Informationen über die Prognose eines Patienten basierend auf der Genexpression im Krebsgewebe eines Individuums liefern und oft vorhersagen, ob eine bestimmte Therapie (wie Chemotherapie) von Nutzen sein wird.

F: An welchem Punkt im Diagnoseprozess finden genomische Tests statt?
EIN: Genomische Tests können jederzeit auftreten, nachdem eine Gewebeprobe (Biopsie oder Resektion) von Krebs erworben wurde.

F. Welche Fragen sollte ich meinem Gesundheitsteam zu genomischen Tests stellen?
A: Die folgenden sind die wichtigsten Fragen, die Sie Ihrem Arzt stellen sollten.

• Gibt es genomische Tests für die Art von Krebs, die ich habe, um meine Gesamtprognose zu bestimmen?
• Haben die Ergebnisse dieses Tests das Potenzial, Ihr Krebsmanagement zu verändern? Speziell:
  • Kann mir der Test sagen, ob bestimmte Therapien für meine Behandlung von Nutzen sind?
• Hatten Sie positive Ergebnisse bei der Anwendung dieses Tests mit anderen Patienten?
• Ist dieser Test durch meine Versicherung abgedeckt? (Diese Art von Tests kann in die Tausende von Dollar laufen, obwohl viele Pläne die Tests ohne eine out-of-pocket Kosten decken.)

F: Gibt es bestimmte Krebsarten, für die die Rolle der genomischen Tests besonders wichtig ist?

EIN: Es gibt drei Arten von Krebspatienten, für die genomische Tests besonders vorteilhaft sein können:

• Patienten mit Östrogenrezeptor-positivem Brustkrebs, der sich noch nicht auf die Lymphknoten ausgebreitet hat (Brustkrebs im Frühstadium), können eine Prognose haben, die allein durch Gewebebiopsie schwer vorherzusagen ist. Genomische Tests können nicht nur bei der Bereitstellung von prognostischen Informationen (d. H. vorhergesagtes 10-Jahres-Überleben) helfen, sondern auch vorhersagen, ob eine Chemotherapie von signifikantem Nutzen sein wird, so dass ein Patient die Toxizität einer Chemotherapie nach Möglichkeit vermeiden kann.
• Patienten mit bestimmten Arten von Darmkrebs können auch von genomischen Tests in Bezug auf die Bestimmung der Prognose, die Vorhersage des Nutzens der Chemotherapie und die Auswahl der Chemotherapie (Bestimmung, welche chemischen Mittel am meisten von Nutzen sein werden) profitieren.
• Patienten mit einem Krebs, der sich auf andere Körperstellen ausgebreitet hat (metastasierende Erkrankung) oder der lokal wieder aufgetreten ist (trotz Operation und / oder Chemotherapie), können sich genomischen Tests unterziehen, bei denen die Expression in einer Vielzahl von Genen untersucht wird, einschließlich solcher, die normalerweise nicht mit der ursprünglichen Krebsstelle assoziiert sind. Diese Art von genomischen Tests kann bestimmte Gene identifizieren, die möglicherweise ein Ziel für eine Therapie sein könnten, die ursprünglich nicht in Betracht gezogen wurde. Ein Wechsel zu einer gezielten Therapie hätte das Potenzial, das Überleben deutlich zu verbessern.

Die aufkommende Rolle der Genomik bei der Diagnose und Überwachung von Krebs

Überblick

Krebs ist das Ergebnis genetischer Anomalien, die die Funktion bestimmter Gene beeinflussen. Gene bestimmen die Form, Funktion und Wachstumsmuster von Zellen. Diejenigen, die das Wachstum beschleunigen oder unterdrücken, sind oft an Krebs beteiligt. Beispielsweise weisen viele Krebsarten eine Abnormalität in einem Gen auf, das für die Stimulierung des Zellwachstums verantwortlich ist, und / oder das Gen, das normalerweise Krebs verhindert, funktioniert nicht richtig. Beide genetischen Anomalien können zu unkontrolliertem und übermäßigem Zellwachstum führen, dem Markenzeichen von Krebs. Genomische Tests oder Assays, wie sie von Wissenschaftlern genannt werden, sind ein Werkzeug, um die spezifischen Gene in einem Krebs zu identifizieren, die abnormal sind oder nicht richtig funktionieren. Im Wesentlichen ist dies wie die Identifizierung der genetischen Signatur oder des Fingerabdrucks eines bestimmten Krebses.

Genomische Tests unterscheiden sich von Gentests. Gentests werden in der Regel verwendet, um festzustellen, ob eine gesunde Person ein vererbtes Merkmal (Gen) hat, das sie für die Entwicklung von Krebs prädisponiert. Genomische Tests bewerten die Gene in einer Probe von krankem Gewebe von einem Patienten, der bereits mit Krebs diagnostiziert wurde. Auf diese Weise werden Gene identifiziert, die mutiert sind oder abnormale Funktionen entwickelt haben, zusätzlich zu denen, die möglicherweise vererbt wurden.

Genomische Tests können Ärzten helfen:

• Bestimmen Sie die Prognose eines Patienten (potenzielles Ergebnis)
• Bestimmen Sie, ob ein Krebs aggressiv / schnell wachsend oder langsam wachsend ist
• Wählen Sie die effektivste Behandlung für jeden einzelnen Krebs
• Überwachen Sie Patienten, die sich einer Behandlung unterziehen, um festzustellen, ob die Behandlung wirkt
• Überwachen Sie Patienten, die sich in Remission befinden, um ein potenzielles Fortschreiten der Krankheit frühzeitig zu erkennen, wenn behandelbar

Das vielleicht größte Versprechen genomischer Tests ist das Potenzial zur Individualisierung der Behandlung. Dies bedeutet, dass Patienten mit schwerwiegenderen Erkrankungen identifiziert und aggressive und innovative Therapien angeboten werden können, die ihr Leben verlängern können, während Patienten, bei denen eine weniger schwerwiegende Erkrankung diagnostiziert wird, unnötige Behandlungen erspart bleiben. Zum Beispiel werden einige Frauen mit knotennegativem Brustkrebs nach einer alleinigen Operation einen Rückfall erleiden. Es wurde gezeigt, dass genomische Tests unterscheiden, welche knotennegativen Brustkrebspatientinnen häufiger einen Rückfall erleiden und daher von einer zusätzlichen Chemotherapie profitieren und welche Patienten möglicherweise keine Chemotherapie benötigen.

Um zu verstehen, wie die Wissenschaft der Genetik auf die Diagnose und Überwachung von Krebs angewendet wird, ist es hilfreich, die Grundprinzipien der Genetik zu verstehen. Dazu gehört zu wissen, was DNA, Chromosomen und Gene sind, wie sie funktionieren und wie die in der DNA enthaltenen Informationen durch Genexpression in spezifische Strukturen umgewandelt werden, die die Funktionen einer Zelle bestimmen.

Mit diesem Hintergrundwissen ist es möglich, das Versprechen von Tests zum Nachweis genetischer Anomalien zu verstehen, wie:

• Fluoreszenz—in-situ-Hybridisierung (FISH)
• Polymerase-Kettenreaktion (PCR)
• Reverse Transkriptions-PCR
• Microarray-Technologie
• Serumproteomik

Hintergrund-Grundprinzipien der Genetik

Die Bedeutung der Genetik für die Vererbung ist bekannt; Die Rolle, die die Genetik bei der Kontrolle der Struktur und Funktion von Zellen spielt, kann jedoch für einen einzelnen Organismus noch kritischer sein. Vererbung stellt sicher, dass Menschen und alle Arten in der Lage sind, ihre einzigartigen Eigenschaften zu reproduzieren und zu verewigen, und zu steuern, wie Zellen aufgebaut sind, welche Arbeit sie leisten und wie sie wachsen, ist notwendig, um sicherzustellen, dass ein Organismus überlebt, um sich zu reproduzieren. Ein Verständnis dieser kritischen Rolle, die DNA und Gene bei der Bestimmung des minutenlangen Lebens einer Zelle spielen, ist auch wichtig, um zu verstehen, wie Genetik an Krebs beteiligt ist.

DNA: Die genetische Information eines ganzen Organismus ist im Zellkern jeder Zelle in Form von Desoxyribonukleinsäure, allgemein bekannt als DNA, enthalten. DNA ist ein doppelsträngiges helikales (gewickeltes) Molekül. Jeder Strang besteht aus einem strukturellen Rückgrat und einer Sequenz stickstoffhaltiger Verbindungen, die als stickstoffhaltige Basen bezeichnet werden und als Alphabet der Genetik angesehen werden können. Es gibt vier Basen: Adenin, Guanin, Thymin und Cytosin. Die beiden Stränge sind an den Basen verbunden.

Der genetische Code oder die genetische Information, die Struktur und Funktion der Zelle steuert, ist in der Basenfolge enthalten. Die Basissequenz steuert schließlich die Sequenz von Aminosäuren, die miteinander verbunden sind, um ein Proteinmolekül zu bilden. Unterschiedliche Sequenzen ergeben unterschiedliche Proteine. Die Proteine, die in einer Zelle synthetisiert werden, bestimmen die Struktur und Funktion dieser Zelle.

Chromosomen: DNA ist in einer bestimmten Anzahl von Einheiten verpackt, die Chromosomen genannt werden. Menschen haben 46 Chromosomen in jeder Zelle. Meistens sind die Chromosomen fest um Proteine im Zellkern gepackt, so dass sie nicht gesehen werden können. In den Stadien des Zelllebens kurz vor der Zellteilung werden die Chromosomen jedoch mit einem Lichtmikroskop sichtbar. Sie erscheinen wie ein großes „H“ mit vier Längen aufgerollter DNA, die durch ein Protein als „Kreuz“ des „H“ verbunden sind.

Gene: DNA ist in Gene organisiert, bei denen es sich um lange DNA-Segmente handelt, die Regionen enthalten, die Codes für Proteine enthalten, die als Exons bezeichnet werden, sowie nicht kodierende Regionen, die als Introns bezeichnet werden. Gene werden als Grundeinheit der Vererbung definiert, da sie an Nachkommen weitergegeben und dann während der Zellteilung repliziert und an einzelne Zellen weitergegeben werden. Bei der Replikation werden beide DNA-Stränge als Templates verwendet, um komplementäre DNA (cDNA) zu synthetisieren, bei der es sich um einen passenden Strang handelt. Das Ergebnis sind zwei identische Kopien der DNA für jede Zelle, nachdem die Zellteilung abgeschlossen ist. Unter normalen Bedingungen bleibt die Struktur der DNA und damit der Gene durch Replikation und Zellteilung relativ konstant.

Genexpression: Die in Genen enthaltene genetische Information wird durch einen Prozess, der als Genexpression bezeichnet wird, in zelluläre Struktur und Funktion übersetzt. Gene können als Codes oder Rezepte für die Herstellung von Proteinen betrachtet werden. Proteine sind der Grundbestandteil der Zellstruktur und -funktion. Wenn ein Gen „exprimiert“ wird, werden das Protein oder die Proteine, für die es kodiert, aktiv in der Zelle aufgebaut und die Funktion, der diese Proteine dienen, wird ausgeführt. Wenn beispielsweise das HER-2 / neu-Gen bei Brustkrebs exprimiert wird, sind mehr epidermale Wachstumsfaktorrezeptoren (EGFRs) vorhanden, bei denen es sich um Proteine auf der Zelloberfläche handelt, für die HER-2 / neu kodiert. Darüber hinaus besteht die Funktion von EGFR darin, das Zellwachstum zu stimulieren; Eine Zelle, die HER-2 / neu exprimiert, hat also viele EGFRs und wächst aktiv.

Die Genexpression erfolgt durch ein komplexes System, das die folgenden Schritte umfasst:

• Temporäre Trennung der beiden Stränge des DNA-Moleküls an einem bestimmten Gen.
• Transkription des DNA-Segments, dh Synthese einer einzelsträngigen Kopie der DNA-Sequenz, die exponiert wird; Diese Kopie wird Messenger-RNA (mRNA) genannt.
• Proteinsynthese oder Aufbau neuer Proteine in der Zelle, basierend auf den in der mRNA enthaltenen Informationen.

Genetische Anomalien: Genetische Anomalien sind Veränderungen in der DNA einer Zelle, die zufällig oder aufgrund eines Umwelteinflusses auftreten können. Diese Veränderungen verleihen der betroffenen Zelle einen Vorteil gegenüber normalen Zellen, der ihnen hilft zu wachsen. Infolgedessen kann sich die Zelle schnell teilen und zu einem Krebswachstum werden. Dieser Wachstumsvorteil kommt jedoch nur der einzelnen Zelle zugute und nicht unbedingt dem gesamten Organismus (Mensch).

Arten von genetischen Anomalien umfassen:

Translokationen — die wechselnden Orte eines Gens von einem Chromosom mit einem Gen auf einem anderen Chromosom; diese Art von Anomalie definiert die vielen verschiedenen Leukämien

Deletionen — ein Gen oder eine Sequenz von Nukleotiden fehlt in der DNA

Polymorphismen-Variationen in der Nukleotidsequenz

Tests zum Nachweis genetischer Anomalien

Eine Vielzahl neuer Labortests kann genetische Anomalien nachweisen. Das Auffinden einer krankheitsverursachenden Mutation in einem Gen kann eine vermutete Krebsdiagnose bestätigen oder diejenigen identifizieren, die für bestimmte Krebsarten prädisponiert sind. Einige dieser Techniken, die derzeit im klinischen Umfeld verwendet werden, umfassen:

• Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH)
• Polymerasekettenreaktion (PCR)
• Reverse Transkriptions-PCR

Darüber hinaus werden die folgenden Labortechniken in der Krebsforschung eingesetzt und könnten in Zukunft für den klinischen Einsatz verfügbar sein:

• Microarray

Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH)

FISH ist eine Labortechnik, mit der genetische Anomalien auf Einzelzell- und Einzelgenebene nachgewiesen werden können, z. B. numerische Anomalien (Gewinne und Verluste von Nukleotiden) und Translokationen (die wechselnden Stellen eines Gens oder Segments von Genen auf einem Chromosom mit einem Gen oder einem Segment auf einem anderen Chromosom). Diese Anomalien spielen eine Rolle bei der Entwicklung und dem Fortschreiten einiger Krebsarten wie Leukämien und Lymphomen1.

Wie funktioniert FISCH? FISH wird an Probenzellen durchgeführt, deren DNA sich so entwirrt hat, dass die einzelnen Chromosomen sichtbar sind. Dies geschieht während der Zellphasen kurz vor der Zellteilung, genannt Metaphase oder Interphase. Die Proben-DNA wird zunächst unter Verwendung von Wärme und dem chemischen Formamid denaturiert, so dass sich die einzelnen Stränge trennen und die Basissequenz freilegen. Als nächstes werden spezifische DNA-Sequenzen, sogenannte Sonden, die an farbige Fluoros gebunden sind, mit der Proben-DNA inkubiert oder kombiniert. Die Sonden hybridisieren (verbinden) sich mit der DNA in den Chromosomen, die das Kompliment zur Basensequenz in der Sonde darstellt. Das Vorhandensein oder Fehlen von Fluoreszenz aus der hybridisierten DNA und der Sonde ist mit einem speziellen Mikroskop sichtbar und zeigt an, ob die interessierende DNA-Sequenz in der Probe vorhanden ist. Darüber hinaus können spezielle FISH-Techniken verwendet werden, um Translokationen, Inversionen und Amplifikationen zu erkennen, die an Krebs beteiligt sind.2

FISCH bei Brust- und Eierstockkrebs: Eine häufige Verwendung von FISCH besteht darin, festzustellen, ob Patienten mit Brust- und Eierstockkrebs das HER2 / neu-Onkogen, ein Gen, das häufig an Krebs beteiligt ist, überexprimieren. HER2 / neu trägt den genetischen Code für den HER2-Rezeptor, ein Protein auf der Oberfläche einiger Krebszellen. HER2 bindet an Wachstumsfaktoren im Blut und stimuliert so das Wachstum von Krebszellen.

HER2 / neu wird bei etwa 20% bis 30% der Brust- und Eierstockkrebserkrankungen amplifiziert, und diese Amplifikation und / oder Überexpression weist auf eine schlechte Prognose hin.Mit 3 FISH kann beobachtet werden, ob das HER2 / neu-Onkogen mehrere Signale auf der Ebene der einzelnen Zellen sendet, was auf eine Genamplifikation hinweist.

FISCH bei hämatologischen (Blut-)Krebserkrankungen: FISCH kann auch verwendet werden, um verschiedene hämatologische Malignome zu diagnostizieren und zu behandeln. Die genetische Anomalie, die vielen hämatologischen Malignomen zugrunde liegt, ist die chromosomale Translokation oder die wechselnden Stellen des Gens von einem Chromosom mit einem Gen auf einem anderen Chromosom.

Polymerase-Kettenreaktion (PCR)

Die PCR ist eine In-vitro-Labormethode, die für genetische Tests auf Krankheiten und zum Nachweis von minimalen Restkrankheiten nützlich ist. Dieses Verfahren amplifiziert ein DNA-Segment aus einer kleinen Probe und macht es nachweisbar. Mit PCR können relativ kleine Sequenzen bekannter DNA über einen kurzen Zeitraum in Millionen von Kopien repliziert werden.

Wie funktioniert die PCR? Diese Methode erfordert vier Hauptkomponenten: 1) die Proben-DNA, 2) einen reichlichen Vorrat an Nukleotiden, 3) ein hitzestabiles Polymeraseenzym, das für das Kopieren von DNA verantwortlich ist, und 4) Primer, kurze Sequenz von Nukleotiden, die auf beiden Seiten des DNA-Fragments von Interesse liegen und der Polymerase signalisieren, mit der Replikation des spezifischen DNA-Segments zu beginnen.

Die PCR ist ein dreistufiger Prozess, der jeweils bei einer anderen Temperatur abläuft. Die Proben-DNA wird zuerst auf ungefähr 90ºC erhitzt, um die 2 gepaarten DNA-Stränge zu trennen. Nach der Trennung wird es auf eine Temperatur abgekühlt, die es den Primern ermöglicht, mit ihrer komplementären Sequenz auf der Ziel-DNA zu hybridisieren, ungefähr 40ºC. Schließlich erfolgt die DNA-Replikation bei etwa 70ºC, der Temperatur, bei der die DNA-Polymerase am aktivsten ist. Dieser Vorgang wird 20 bis 30 Mal wiederholt, was zu einer etwa 1 millionfachen Amplifikation des interessierenden DNA-Fragments führt.4

Reverse Transkription PCR

Reverse Transkription (RT)-PCR ist eine Technik, die den Grad der Expression von Genen nachweist. Komplizierte Prozesse steuern, welches DNA-Segment sich trennt, in mRNA transkribiert (kopiert) und dann als Proteine in der Zelle exprimiert wird. Nicht alle Gene werden transkribiert und dann gleich exprimiert. Aufgrund vieler Kontrollen in der Zelle sind einige Gene überexprimiert, was bedeutet, dass sie transkribiert und mit einer höheren Rate als normal exprimiert werden, während andere Gene jetzt exprimiert oder „ausgeschaltet“ werden, so dass bestimmte Funktionen in der Zelle nicht manifestiert werden.

Wie funktioniert RT-PCR? Die RT-PCR verwendet die gleichen Schritte wie die PCR, um ein DNA-Segment zu amplifizieren, aber die Probe ist eine komplementäre Kopie der mRNA. Ausgehend von mRNA misst dieser Test nur die exprimierte DNA und ermöglicht es, den Grad zu bestimmen, in dem bestimmte Gene exprimiert werden. Neuere Anwendungen der RT-PCR in der klinischen Onkologie umfassen den Nachweis von Lymphknotenmikrometastasen bei Prostatakrebs und Knochenmetastasen bei Brustkrebs.5

RT-PCR bei Brustkrebs: Der Brustkrebstest Oncotype DX ™ verwendet RT-PCR, um das individuelle Rezidivrisiko bei Frauen mit knotennegativem Östrogenrezeptor (ER) -positivem Brustkrebs zu bestimmen. Dieser Test bewertet die Expression von 21 Genen bei Brustkrebs. Die Überexpression einiger dieser Gene weist auf eine schlechtere Prognose hin, während die Expression anderer Gene auf eine bessere Prognose hindeuten kann. Die Expression aller 21 Gene wird verwendet, um einen „Recurrence Score ™“ zu berechnen, oder die Wahrscheinlichkeit, dass der Krebs erneut auftritt. Eine große klinische Studie zeigte, dass der Recurrence Score ™ die Prognose von Frauen mit knotennegativem, ER-positivem Brustkrebs wirksamer vorhersagt als Standardmaßnahmen wie Patientenalter, Krebsgröße und Krebsstadium.6

Strategien zur besseren Erkennung genetischer Anomalien

In der Krebsforschung werden verschiedene Methoden zur Erkennung genetischer Anomalien eingesetzt. Während sie im klinischen Umfeld noch nicht routinemäßig eingesetzt werden, scheinen die folgenden vielversprechend zu sein und können in Zukunft zur Diagnose, Prüfung und Überwachung von Krebs eingesetzt werden.

Microarrays: Die Microarray-Analyse ist eine Technik, die Biologie mit Informatik kombiniert, um ein genetisches Profil für eine bestimmte Gewebeprobe zu erstellen, das die Aktivität von Tausenden von Genen widerspiegelt. Diese Technologie hat Vorteile gegenüber FISH oder PCR, da sie in einer einzigen Analyse die Expression aller Gene bewerten kann, die an einem Krebs beteiligt sein können, und nicht nur einiger weniger. Durch die grafische Darstellung, wie alle Gene an einem Krebs beteiligt sind, können Microarrays eine „genetische Signatur“ für einen bestimmten Krebs erzeugen. Dies macht die Identifizierung des Krebs-Subtyps genauer. Die Fähigkeit, eine Momentaufnahme der genetischen Signatur eines Krebses zu machen, kann zu einem besseren Verständnis dafür führen, wie sich dieser Krebs entwickelt und wie eine individualisierte Behandlung gestaltet werden kann.

Wie funktionieren Microarrays? Während verschiedene Microarray-Methoden verwendet werden, besteht jedes aus fünf grundlegenden Schritten:

• Vorbereitung der Probe
• Kombinieren der Probe mit dem Computerchip
• Scannen des Computerchips
• Normalisierung
• Computeranalyse der Ergebnisse.

Vorbereitung der Probe: Im ersten Schritt wird cDNA aus RNA durch reverse Transkription synthetisiert (denken Sie daran, dass die Transkription das Kopieren von DNA zur Herstellung von RNA beinhaltet, so dass die reverse Transkription DNA aus RNA erzeugt) aus RNA, die sowohl aus einer Test- als auch aus einer Referenzprobe extrahiert wurde. Die Proben-DNA-Segmente sind mit Fluorochromen oder radioaktiven Chemikalien markiert, so dass sie nach ihrer Kombination mit dem Computerchip nachgewiesen werden können.

Kombinieren der Probe mit dem Computerchip: Als nächstes wird die Probe mit dem Computerchip kombiniert, der ein rechteckiges Gitter von Punkten ist. Jeder Fleck hat viele Kopien einer bestimmten DNA-Sequenz. Diese Sequenzen stammen aus öffentlichen Datenbanken von DNA-Sequenzen, die durch das Humangenomprojekt generiert wurden, das wissenschaftliche Unterfangen, das praktisch alle DNA-Sequenzen in der menschlichen Spezies identifizierte.

Wenn die Probe dem Computerchip hinzugefügt wird, tritt ein als Hybridisierung bezeichneter Prozess auf. Dies bedeutet, dass das Proben-DNA-Segment an das Segment auf dem Computerchip bindet (hybridisiert), das die genaue komplementäre Sequenz von Nukleotiden aufweist (die vier Verbindungen, die das Alphabet der Genetik sind).

Scannen des Computerchips: Sobald die Hybridisierung abgeschlossen ist, werden Scanner verwendet, um die Fluoreszenz zu detektieren und ein digitales Bild zu erstellen, das reflektiert, wo die DNA-Probe mit Flecken auf dem Microarray-Chip kombiniert wird.

Normalisierung: Da die Rohsignalintensitäten zwischen den einzelnen Chips vieler Patienten oder Experimente variieren können, muss die individuelle Chipintensität an einen gemeinsamen Standard angepasst oder normalisiert werden. Beispielsweise ist die Subtraktion von Hintergrundrauschen eine gängige Normalisierungsmethode, die auf alle Samples angewendet wird. Die Normalisierung ermöglicht es, Genexpressionsprofile von vielen Patienten oder Experimenten zu vergleichen.

Computeranalyse: Der letzte Schritt in einem Microarray-Experiment ist die Computeranalyse. Die Tausenden von Rohdatenpunkten, die sich aus Microarray-Analysen ergeben, sind im Wesentlichen unverständlich, es sei denn, sie werden im Kontext anderer Ergebnisse ausgewertet. Beispielsweise kann das Genexpressionsprofil (Microarray-Ergebnisse) von normalem und krankem Gewebe verglichen werden, um Gene zu identifizieren, die in ihrer Expression variieren, und auch ein Muster (Profil) zu identifizieren, das auf eine bestimmte Klasse oder ein bestimmtes Stadium der Krankheit hinweisen kann.7

Mikroarrays in der Onkologie: Die Microarray-Analyse hat zur Onkologie beigetragen, indem sie das Verständnis der genetischen Grundlagen verschiedener Krebsarten, einschließlich des B-Zell-Non-Hodgkin-Lymphoms (BCNHL), der akuten Leukämie und des Brustkrebses, verbessert hat.

• Durch den Vergleich von Genexpressionsmustern von krankem und normalem Gewebe wurden beträchtliche Kenntnisse über die Pathologie von BCNHL gewonnen. Zwei verschiedene Krankheitskategorien zeigen unterschiedliche Genexpressionsprofile. Microarrays haben dazu beigetragen, diese Expressionsprofile zu etablieren, und in Zukunft können sie helfen, neue Fälle von BCNHL genau zu klassifizieren.
• Bei akuter Leukämie haben Mikroarrays dazu beigetragen, unterschiedliche Genexpressionsmuster zu etablieren, die zur Unterscheidung von akuter lymphatischer Leukämie (ALL) und akuter myeloischer Leukämie (AML) beigetragen haben. Mit diesen Profilen wurden 29 von 34 neuen Leukämiefällen korrekt vorhergesagt.
• Darüber hinaus haben Microarrays dazu beigetragen, zwei unterschiedliche Genexpressionsprofile bei Brustkrebs, BCRA1 und BCRA2, zu identifizieren. Dieser Befund deutet auf verschiedene Arten hin, wie sich Brustkrebs entwickelt, und liefert Hinweise, die das weitere Verständnis der Ursache von Brustkrebs fördern.7

1 Spagnolo SD, Ellis DW, Juneja S, Leong AS, et al. Die Rolle molekularer Studien bei der Lymphomdiagnose: eine Überprüfung. Pathologie 2004; 36 (1)19-44.

2 Spurbeck JL, Adams SA, Stupca PJ, Dewald GW. Primer on Medical Genomics Teil XI: Visualisierung menschlicher Chromosomen. Mayo Clinic Proceedings 2004:79:58-75.

3 Paik S, Hazan R, Fisher ER, et al. Pathologische Befunde aus dem National Surgical Adjuvant Breast and Bowel Project: prognostische Bedeutung der erb B-2-Proteinüberexpression bei primärem Brustkrebs. J Clin Oncol 1990;8:103-112.

4 Tefferi A, Wieben ED, Dewald GW, et al. Primer on Medical Genomics Teil II: Hintergrundprinzipien und Methoden in der Molekulargenetik. Mayo Clinic Proceedings 2002;77: 785-808.

5 Tefferi A, Wieben ED, Dewald GW, et al. Primer on Medical Genomics Teil II: Hintergrundprinzipien und Methoden in der Molekulargenetik. Mayo Clinic Proceedings 2002;77: 785-808.

6 Paik S, Shak S, Tang G, et al. Multi-Gen-PT-PCR-Assay zur Vorhersage des Wiederauftretens bei knotennegativen Brustkrebspatientinnen – NSABP-Studien B-20 und B-14. Proc des 26. jährlichen San Antonio Breast Cancer Symposium. Dezember 3-8k, 2003; San Antonio, TX, Zusammenfassung #16.

7 Tefferi A, Bolander ME, Ansell SM, et al. Primer on Medical Genomics Teil III: Microarray Experimente und Datenanalyse. Mayo Clinic Proceedings2002;77:927-940.