Bedeutung onkogener RAS Mutationen bei der akuten myeloischen Leukämie

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Autor: Prof. Andreas Neubauer, Klinik für Hämatologie, Onkologie und Immunologie, Universitätsklinikum Gießen und Marburg GmbH Standort Marburg, Philipps-Universität Marburg für Teilprojekt 28 aus Rundbrief 02/2009

Die RAS-Gene waren mit die ersten Gene, welche als Onkogene erkannt wurden. Ursprünglich aus bestimmten Sarkom verursachenden Viren isoliert, stellte sich schnell heraus, dass in sehr vielen Tumoren eine Aktivierung dieses Protoonkogens in ein Onkogen zu beobachten ist.
Beim Menschen umfasst die Gruppe der RAS-Gene drei Hauptvertreter: Ha-RAS, N-RAS und K-RAS. Während bei Adenokarzinomen überwiegend Mutationen im K-RAS zu beobachten sind, (z.B. Pankreaskarzinome 95%, Kolonkarzinome 50%) finden sich bei der akuten myeloischen Leukämie bis zu 20-25% Mutationen ganz überwiegend im N-RAS-Onkogen. Die RAS-Gene kodieren für kleine GTPasen, welche an der Zytoplasmamembran gebunden sind und eine wichtige Schalterfunktion in der Signaltransduktion von Rezeptortyrosinkinasen in signalvermittelnden Proteine wie Ral-GDF, RAF-MER-ERK oder AKT-PI3 Kinase darstellen. Daneben können die Ras-Proteine auch Signale in andere Signalkaskaden steuern. Die RAS-Familie ist hoch konserviert. Schon die normale Bäckerhefe trägt Gene, welche mit denen in den menschlichen Zellen gefundenen RAS-Genen sehr homolog sind. Die Homologie ist 100% in dem Bereich, der für die Funktion der Ras-Proteine entscheidend ist: die GTPase-Funktion. Es verwundert nicht, dass genau dies der Bereich ist, der häufig in Tumorzellen durch eine Punktmutation aktiviert wird, so dass die GTPase-Aktivität verloren wird und das Ras-Protein dauerhaft aktiviert ist und somit permanent aktivierende Signale in den Zellkern vermittelt.
Während bis vor wenigen Jahren gedacht wurde, dass Ras-Proteine überwiegend proliferative Effekte aufweisen, wenn aktiviert, hat sich vor wenigen Jahren herausgestellt, dass eine onkogene RAS-Mutation durch Mutationen in den hoch konservierten Codons 12,13 oder 61 (Bildung der GTPase-Tasche) bei Zellen mit normalem p53 und p21 eher eine Seneszenz induzieren lässt.
Die Rolle der onkogenen RAS-Mutationen bei AML wurde vielfältig untersucht. Überwiegend ist hier das N-RAS-Gen mutiert. Die prognostische Rolle der N-RAS-Gene wurde in vielen Studien untersucht und es fand sich ein nicht einheitliches Muster. Einige Autoren berichteten über einen deutlich schlechteren Verlauf, einige Autoren über keinen unterschiedlichen Verlauf, und einige Autoren zeigten einen besseren Verlauf, wenn die AML eine onkogene RAS-Mutation trug. Kürzlich konnte gezeigt werden, dass dies offenbar von der Postinduktionstherapie und speziell hier von der Höhe des verabreichten Cytarabins abhängt. Bis 1994 Robert Mayer [MAYER1994] die Daten der CALGB-Studie 8525 publizierte, dass hochdosiertes in der Konsolidationstherapie verabreichtes Cytarabins die Prognose der AML verbessert, war als Standard eine niedrig dosierte Cytarabinkonsodilationstherapie vorgesehen. Seit 1994 ist diese aufgrund dieser Publikation abgelöst worden durch ein mehrmals verabfolgtes Hochdosis-araC-Regime. Hierbei werden Dosen zwischen 1 und 3 g/m² verabreicht, welche alle 12 Stunden am Tag 1, 3 und 5 appliziert werden.
In Zelllinien zeigt sich, dass die Einführung onkogener RAS-Mutationen myeloische Leukämiezellen für Cytarabin sensibilisieren kann. Wir haben uns daher für die Frage interessiert, ob möglicherweise der prognostische Effekt onkogener RAS-Mutationen von der Dosis des in der Konsolidationstherapie verabreichten Cytarabins abhängt. Dafür untersuchten wir 185 Patienten retrospektiv, die alle in der CALGB 8525 Studie in randomisierter Form in drei verschiedenen Dosen Cytarabin erhalten hatten: 100 mg/m², 400 mg/m² oder 3.000 mg/m². Alle Patienten mussten in Vollremission gekommen sein, mussten im Rahmen der 8525 Studie randomisiert worden sein und es war wichtig, dass ein klinischer Follow up bekannt war und darüber hinaus die Zytogenetik. Die Daten konnten kürzlich publiziert werden [NEUBAUER2009 ]. Zunächst einmal war interessant, dass sich die Remissionsraten RAS-positiver oder RAS-negativer Patienten nicht voneinander unterschieden. Wie oben aufgeführt, wurden in diese retrospektive Analyse allerdings nur Patienten eingeschlossen, welche eine Vollremission erreicht hatten. Die weiteren klinischen Daten zeigten keinen Unterschied in den üblichen klinischen und molekularen Parametern, insbesondere was FAB-Klassifikation oder den zytogenetischen Status einer CBF-Positivität t(8;21) oder Inversion 16 anbetrifft. Der einzige Unterschied, den wir fanden, war, dass RAS-positive AML etwas häufig bei Afroamerikanern als Weißen vorhanden waren und dass Blasten bei den onkogenen RAS tragenden AML signifikant geringer im Knochenmark vorhanden waren (68% bei onkogenen RAS tragenden AML vs. 75% bei Wildtyp-RAS).
Der mediane Follow up beträgt 12,9 Jahre. Es zeigte sich, dass Wildtyp RAS AML gering aber signifikant von der Dosiseskalation mit Cytarabin profitieren, während alle Patienten mit onkogenem RAS und randomisierter Niedrigdosis Cytarabin nach mehreren Jahren ein Rezidiv erlitten (s. Abb 1.).

Abbildung 1: Kumulative Rezidivinzidenz der untersuchten 185 AML Patienten aus der CALGB8525 Studie. Mediane Nachbeobachtung: 12,9 Jahre. Es handelt sich um eine retrospektive Auswertung einer verblindet durchgeführten molekularen Analyse der klinischen Relevanz onkogener RAS-Mutationen der CALGB8525 Studie.

mutRAS: Onkogenes mutiertes RAS. wtRAS: Wildtyp RAS. LDAC: Nierig dosiertes Cytarabin (100mg/qm) und HDAC: Hochdosiertes Cytarabin (400mg/qm und 3.000mg/qm). Daten aus: Neubauer et al, J Clin Oncol 2008; 26: 4603-09.

Der Statistiker hatte aus Gründen der einfacheren Berechnung die Arme 400 mg und 3.000 mg zusammengefügt, da diese einen fast identen klinischen Verlauf aufgewiesen hatten. Spannend war nun, dass, während die mit Niedrigdosis Cytarabin behandelten und onkogenen RAS tragenden AML nach einigen Jahre alle rezidiviert waren, die Gruppe, deren Blasten onkogenes RAS trugen und die mit hochdosierten araC behandelt worden waren, die beste Prognose aufwiesen. Es ergab sich dadurch ein Anhaltspunkt einer direkten Interaktion zwischen onkogenem RAS und Dosiseskalation von araC. Die kumulative Rezidivfrequenz bei dieser Gruppe betrug 45%, während sie bei Wildtyp RAS Patienten mit Hochdosis-araC 68% betrug und 80% und 100% für die Patienten mit Wildtyp und mutiertem RAS, welche niedrig dosiert Cytarabin bekommen hatten. Diese Daten übersetzten sich auch in ein signifikant besseres Überleben der Patienten, deren AML-Zellen onkogenes RAS trugen und die Hochdosis-araC bekommen hatten. Dieser Effekt war unabhängig vom Status der CBF-Zytogenetik. Wenn diese Patienten (Inversion
16 und Translokation t [8; 21]) herausgerechnet wurden, war der Effekt in identer Weise zu beobachten. Auch hatten multivariate Analysen gezeigt, dass die beste Gruppe diejenige war, welche mit hochdosiertem Cytarabin behandelt wurde und onkogenes RAS trug.
Diese klinischen Daten könnten bedeuten, dass auch Patienten mit MDS, deren Zellen onkogenes RAS tragen, von einer Dosiseskalation mit Cytarabin profitieren könnten. Die molekularen Ursachen für die oben dargestellte Beobachtung sind bisher unklar.
In eigenen Untersuchungen an hämatopoetischen Stammzellen der Maus, welche mit dem Onkogen MLL-ENL immortalisiert wurden, und welche zusätzlich mit onkogenem RAS oder Leervektor infiziert wurden, konnten wir diese Beobachtung hinsichtlich Koloniebildung nachvollziehen. Während Zellen ohne onkogenes RAS nach 10 nM und 100 nM Vorbehandlung eine gute Replatierbarkeit aufwiesen, zeigte sich bei den MLL-ENL-Zellen mit onkogenem RAS eine deutliche Inhibition der Kolonieformation nach 2 Tagen. Der molekulare Hintergrund hier könnte sein, dass diese Zellen einen deutlich aktivere DNA Schadens-Antwort, wenn sie mit Cytarabin behandelt werden.
Die klinische Konsequenz der dargestellten Beobachtung ist, dass AML (und MDS?) Patienten, deren Blasten onkogenes RAS tragen, präferentiell mit hochsodiertem araC in der Konsolidationstherapie therapiert werden sollten. Diese Patienten profitieren deutlich mehr von der Dosiseskalation als Patienten mit Wildtyp- RAS. Die Daten zeigen auch, dass es Interaktionen mit Zytostatika
und Onkogenen gibt, die in Zukunft weitere klinische Konsequenzen aufweisen könnten.