Methodik der MRD-Erkennung
Die Analyse der minimalen Resterkrankung (minimal residual disease, MRD) gewinnt zunehmend an Bedeutung – sowohl für die frühzeitige Erkennung von Tumorrezidiven als auch zur Unterstützung therapeutischer Entscheidungen bei der Behandlung solider Tumoren. In Anknüpfung an unseren vorherigen Artikel, der sich mit den Herausforderungen und technologischen Fortschritten der MRD-Erkennung bei soliden Tumoren befasste, gibt dieser Beitrag einen tieferen Einblick in die analytischen Optionen der aktuellen MRD-Diagnostik.
Zielgene für den MRD-Nachweis
Die Landschaft der genetischen Analysen zum Nachweis von MRD ist so vielfältig wie die soliden Tumoren selbst. Öffentliche Datenbanken wie die Genomic Data Commons (GDC) und der Katalog der somatischen Mutationen bei Krebs (COSMIC) stellen Mutationsdaten aus zahlreichen Studien zusammen, darunter sowohl Tumorzellkulturmodelle als auch von Patienten stammende Proben. Diese Ressourcen helfen bei der Identifizierung von Schlüsselgenen und wiederkehrenden genetischen Veränderungen, die für verschiedene Tumorarten spezifisch sind und die dann mit Hilfe von Flüssigbiopsie-Ansätzen für den MRD-Nachweis gezielt untersucht werden können.
Diese genetischen Veränderungen können im Allgemeinen in zwei Hauptkategorien eingeteilt werden:
- Häufige Treibermutationen: Mehrere Gene sind bei soliden Tumoren häufig mutiert, insbesondere diejenigen, die an Signalwegen beteiligt sind, die das Wachstum und Überleben von Tumoren regulieren. Diese krebsbedingten Stoffwechselwege sind perfekte Ziele für die Überwachung und Therapie [1]. Das wohl berühmteste Gen in dieser Hinsicht ist TP53, das als eines der Hauptgene mit krebsfördernden Mutationen gilt [2].
- Epigenetische Veränderungen: Eine veränderte DNA-Methylierung ist ein Schlüsselindikator für epigenetische Veränderungen, da es sich dabei um Modifikationen der DNA handelt, die die Genexpression beeinflussen, ohne die DNA-Sequenz selbst zu verändern [3]. Dieser Prozess ist entscheidend für die Regulierung verschiedener biologischer Funktionen und kann sowohl durch genetische als auch durch Umweltfaktoren beeinflusst werden. Krebsbedingte epigenetische Veränderungen in Genen können daher über veränderte Methylierungsmuster der zirkulierenden Tumor-DNA (ctDNA) untersucht werden. [1,4].
NGS-Panels für den MRD-Nachweis
ctDNA ist ein nicht-invasiver Biomarker, der in der Flüssigbiopsie zur Bewertung der MRD bei soliden Tumoren verwendet wird [5]. ctDNA, die als vom Tumor stammende zellfreie DNA in den Blutkreislauf gelangt, trägt tumorspezifische Mutationen, die mithilfe von Next Generation Sequenzierung (NGS) nachgewiesen und überwacht werden können.
Bei NGS bezeichnet ein Panel einen gezielten Satz von Genen oder Genomregionen, die mit hoher Empfindlichkeit sequenziert werden. Diese Panels sind darauf ausgelegt, genetische Mutationen, Strukturvarianten oder andere tumorbedingte Veränderungen im Blut eines Patienten oder einer Patientin nachzuweisen. Die beiden Hauptansätze für die Panelgestaltung sind personalisierte (tumor-informed) Ansätze und standardisierte (fixed) Panels [6,7].
- Personalisierte (tumor-informed) Assays verwenden das spezifische Tumormutationsprofil eines/ einer Patient:in, um die Empfindlichkeit und Spezifität des MRD-Nachweises zu verbessern. Durch den Vergleich der Blutprobe mit dem genetischen Profil des Primärtumors können diese Assays selbst kleinste Spuren von Resterkrankungen detektieren.
- Tumor-naïve, Fixed-Panel-Assays bieten eine kosteneffiziente und standardisierte Alternative, die auf eine vordefinierte Gruppe von häufigen krebsassoziierten Mutationen abzielt. Auch wenn sie weniger personalisiert sind als tumor-informed Ansätze, sind Fixed-Panels breit anwendbar und lassen sich leichter bei mehreren Patient:innen einsetzen.
NGS-Sequenziertiefe
Neben dem Paneldesign ist die Sequenziertiefe ein entscheidender Faktor bei der Flüssigbiopsie und MRD-Bewertung, da sie sich direkt auf die Empfindlichkeit und Gründlichkeit der Analyse auswirkt. Am einen Ende des Spektrums steht die Tiefensequenzierung von Hotspot-Mutationen, die eine hohe Sensitivität für die Erkennung von Varianten mit geringer Häufigkeit bietet. Am anderen Ende steht die breite Sequenzierung von Markergenen, die einen umfassenderen genetischen Überblick ermöglicht. Die optimale Methodik hängt vom klinischen Kontext ab, z. B. vom Tumortyp, dem gewünschten Gleichgewicht zwischen Sensitivität und Breite sowie der Verfügbarkeit von Ressourcen.
- Breite Sequenzierung eines großen Genspektrums: Methoden wie Whole Genome Sequencing (WGS) oder Whole Exome Sequencing (WES) erfassen ein breites Spektrum an genetischen Veränderungen und ermöglichen so einen umfassenden Blick auf Tumorentwicklung und MRD. Sie identifizieren nicht nur einzelne Nukleotidvarianten, sondern auch strukturelle Veränderungen wie Indels, Kopienzahlvariationen und Fusionsereignisse mit potenzieller klinischer Relevanz [8].
- Tiefensequenzierung von Hotspot-Mutationen: Dieser gezielte Ansatz konzentriert sich auf bekannte onkogene Hotspots und ermöglicht den Nachweis von seltenen Mutationen mit hoher Empfindlichkeit (bis zu 0,78 Partikel pro Million) [9,10]. Durch die Konzentration auf eine begrenzte Anzahl von gut charakterisierten onkogenen Mutationen wird eine hohe Genauigkeit und ein Minimum an falsch-positiven Ergebnissen gewährleistet. Allerdings können dabei Veränderungen außerhalb der Zielregionen übersehen werden [9].
Bei der jüngsten Entwicklung von personalisierten Tests ergänzen sich die beiden zuvor beschriebenen Ansätze gegenseitig [6,11]. Mithilfe der breiten Sequenzierung wird das Mutationsprofil eines/ einer Patient:in erfasst. Sobald dieses Profil vorliegt, kann ein personalisierter Test durch Tiefensequenzierung niedrigfrequente ctDNA-Mutationen aufspüren und so eine empfindlichere, gezieltere Analyse der Restkrankheit ermöglichen.
Schlussfolgerung
Die Einbeziehung des MRD-Nachweises in die Überwachung und Behandlung solider Tumore ist ein schnell wachsendes Feld, das zur Verbesserung der Patientenergebnisse beitragen kann. Hierbei steht die genetische Analyse mittels ctDNA, insbesondere durch den Einsatz von NGS, an der Spitze der MRD-Erkennung. Mit den Fortschritten in Technologie und Methodik könnte der MRD-Nachweis in soliden Tumoren zu einer Schlüsselkomponente der Präzisionsonkologie werden und die Entwicklung personalisierter Behandlungsstrategien vorantreiben.
LIQOMICS & unser Service
LIQOMICS unterstützt die Präzisionsonkologie mit MRD-Überwachungslösungen, die auf ctDNA-Analyse und NGS basieren. Wir haben LymphoVista, einen hochsensiblen und spezifischen ctDNA-basierten MRD-Test für Lymphome, sowie einen MRD-Monitoring-Assay für solide Tumore entwickelt, der eine präzise, nicht-invasive Krankheitsverfolgung ermöglicht. Beide Tests nutzen NGS zur ctDNA-Analyse. Erfahren Sie hier mehr über unsere Dienstleistungen und kontaktieren Sie uns, um zu erfahren, wie wir Ihre Anforderungen unterstützen können.
Author: Dr. rer. nat. Lisa Baum, Bioinformatician and Data Scientist, LIQOMICS
Literatur
[1] Wu X, Li J, Gassa A, et al. Circulating tumor DNA as an emerging liquid biopsy biomarker for early diagnosis and therapeutic monitoring in hepatocellular carcinoma. Int J Biol Sci. 2020;16(9):1551–1562.
[2] Garrido-Navas MC, García-Díaz A, Molina-Vallejo MP, et al. The Polemic Diagnostic Role of TP53 Mutations in Liquid Biopsies from Breast, Colon and Lung Cancers. Cancers. 2020;12(11):3343.
[3] Paluch BE, Naqash AR, Brumberger Z, et al. Epigenetics: A primer for clinicians. Blood Rev. 2016;30(4):285–295.
[4] Baylin SB, Herman JG. DNA hypermethylation in tumorigenesis: epigenetics joins genetics. Trends Genet. 2000;16(4):168–174.
[5] Chin R-I, Chen K, Usmani A, et al. Detection of Solid Tumor Molecular Residual Disease (MRD) Using Circulating Tumor DNA (ctDNA). Mol Diagn Ther. 2019;23(3):311–331.
[6] Crisafulli G. Liquid Biopsy and Challenge of Assay Heterogeneity for Minimal Residual Disease Assessment in Colon Cancer Treatment. Genes. 2025;16(1):71.
[7] Santonja A, Cooper WN, Eldridge MD, et al. Comparison of tumor-informed and tumor-naïve sequencing assays for ctDNA detection in breast cancer. EMBO Mol Med. 2023;15(6):e16505.
[8] Zhao EY, Jones M, Jones SJM. Whole-Genome Sequencing in Cancer. Cold Spring Harb Perspect Med. 2019;9(3):a034579.
[9] Chen K, Meric-Bernstam F, Zhao H, et al. Clinical Actionability Enhanced through Deep Targeted Sequencing of Solid Tumors. Clin Chem. 2015;61(3):544–553.
[10] Blewett T, Rhoades J, Liu R, et al. MAESTRO-Pool Enables Highly Parallel and Specific Mutation-Enrichment Sequencing for Minimal Residual Disease Detection in Cohort Studies. Clin Chem. 2024;70(2):434–443.
[11] Subhash VV, Huang L, Kamili A, et al. Whole-genome sequencing facilitates patient-specific quantitative PCR-based minimal residual disease monitoring in acute lymphoblastic leukaemia, neuroblastoma and Ewing sarcoma. Br J Cancer. 2022;126(3):482–491.
