AML & MDS: Sequenzierung enthüllt relevante Mutations-Konstellationen

Nun haben Forscher in den USA (St. Jude Children’s Research Hospital, Memphis) und Deutschland (Münchener Leukämielabor) Patientenmaterial von 1.304 Erwachsenen mit AML (n=598) und MDS (n=706) analysiert und dabei nicht nur deren gesamtes Genom sequenziert, sondern auch das Transkriptom (die Gesamtheit des exprimierten Erbguts) durch  RNA-Sequenzierung untersucht. Damit wurden sowohl somatische Mutationen und angenommene Keimbahnmutationen, chimäre Fusionen und strukturell komplexe Varianten erfasst. Die Transkriptomexpressionsdaten wurden mit einer speziellen statistischen Methode, dem Bootstrapping-Verfahren, ausgewertet, um Genexpressionsgruppen in unvoreingenommener Weise zu erfassen. Diese Methodik führte zu einer Genom- und Transkriptom-Analyse von AML und MDS ohne Bias, die für eine Korrelierung mit klinisch-pathologischen Eigenschaften und klinischen Ergebnissen verwertet werden kann.

Insgesamt wurden über 7.000 Varianten in 839 Genen entdeckt, wovon 33 Prozent als potenzielle onkologische Treibermutationen gelten. Median wurden fünf Mutationen pro Fall gefunden (Bereich 1–18 Mutationen).

Genetische Anomalitäten bei AML

Die Genom- und Transkriptom-Sequenzierung bestätigte die AML-Diagnose nach den WHO-Kriterien in 10,9 Prozent der Fälle. Diese Fälle hatten ein charakteristisches Genexpressionsprofil, eine gute Prognose und konnten in verschiedene Gruppen eingeteilt werden:

• KIT, ZBTB7A, ASXL2, RAD21, CSF3R und DNM2 bei RUNX1-RUNXT1-Leukämien
• FLT3, DDX54, WT1 und CALR bei PML-RARA-Promyelozytenleukämie
• KIT und BCORL1 bei CBFB-rearrangierter Leukämie.

Zusätzlich zeigten neun Prozent der Fälle KMT2A-Rearrangements mit bekannten (MLLT3) oder nicht-kanonischen Partnern (ACACA und NCBP1); diese waren mit schlechter Prognose assoziiert.

Insgesamt war die Heterogenität und Komplexität der Mutationsmuster und Expressionssignaturen höher als erwartet, und es zeigten sich neue Muster und Signaturen.

Gruppen bei AML und MDS

Genexpressionsanalysen zeigten Gruppen von AML und/oder MDS, die keine zytogenetischen Anomalitäten aufwiesen (87%). Dort trat ein Spektrum verschiedener häufiger Mutationen auf (>10 Fälle). Die am häufigsten mutierten Gene waren jene für die Tet-Methylcytosindioxygenase 2 (TET2), ein mutmaßliches Tumorsuppressor-Gen, und für die DNA-Methyltransferase 3 alpha (DNMT3A).

TET2-Mutationen traten bei MDS häufiger auf als bei AML (p=0,0011), umgekehrt DNMT3A-Mutationen häufiger bei MDS versus AML (p<0,0001). Mutationen dieser Gene, die eine klonale Hämatopoese fördern, waren in der Subgruppe mit NPM1-Mutationen zudem besonders angereichert.

AML/MDS mit NPM1-Mutationen

Mutationen im Nucleophosmin-Gen (NPM1) traten bei 13 Prozent der Fälle auf, überwiegend bei AML (27%), hingegen selten bei MDS (0,8%). Es wurden vier Genexpressionssignaturen identifiziert mit verschiedenen Kombinationen koexistierender Mutationen. Dass NPM1–FLT3-Komutationen für eine außerordentlich schlechte Prognose stehen, ist bekannt. Neu ist der Einfluss von Cohesinen.

Cohesine sind Proteinkomplexe, die für die Separation der Schwesterchromatiden bei der Zellteilung eine Rolle spielen. Neu an der Analyse ist, dass das gleichzeitige Vorliegen von NPM1-Mutationen und Mutationen im Cohesin-Gen die klinische Prognose wesentlich verbessert – und das ungeachtet des FLT3-Mutationsstatus.

Gemeinsam mit NPM1-Mutationen wurden auch Mutationen in den Genen DNMT3A, RAD21, SMC3, und PTPN11 signifikant häufig gefunden

Drei Genexpressionscluster bei AML

Drei Genexpressionscluster machten neun Prozent aller AML/MDS-Fälle mit sich gegenseitig ausschließenden Mutationen in RUNX1, TP53 und CEBPA aus. Diese traten gemeinsam mit Mutationen in Genen für DNA-Methylierung, Splicing und Signaling auf (HOXA9, MEIS1).

Interessanterweise waren RUNX1-Mutationen signifikant mit SRSF2-Mutationen assoziiert, aber nicht mit SF3B1-Mutationen, zeigten eine hohe Expression des Gens Meningioma 1 (MN1) und waren mit einer schlechten Prognose assoziiert. RUNX1-Mutationen traten in 12,5 Prozent aller AML-Fälle und 9,5 Prozent aller MDS-Fälle auf.

TP53-Mutationen traten sowohl bei AML und MDS häufig auf (12 bzw. 10%). Sie waren bei beiden Entitäten mit komplexen Karyotypen und höherem Alter assoziiert. TP53-Mutationen gingen mit einer schlechten Prognose einher, wobei Patienten mit komplexen Karyotypen besonders schlecht abschnitten und die Prognose bei Verlust des Chromosom-5q-Arms noch vergleichsweise günstiger war.

Bei MDS weniger Variabilität

Im Gegensatz zu den mutationsassoziierten Genexpressionsmustern bei AML-Proben war das Genexpressionsprofil bei MDS weniger variabel trotz der Diversität von Mutationen. Bei MDS traten Mutationen folgender Gene häufig auf: SF3B (27,2%) und SFRS2 (14,4%), die sich gegenseitig ausschließen, ferner U2AF1 (5,5%), TP53 (13,7%) und RUNX1 (10,5%) sowie Mutationen in epigenetischen Regulatoren. Strukturelle Variationen und/oder Missense-Mutationen in MECOM traten in zwei Prozent der Fälle auf.

Fazit

Diese umfassende Genom- und Transkriptom-Analyse gibt nicht nur wichtige Impulse für zukünftige Forschungsansätze, sondern hat auch einen Einfluss auf die klinische Entscheidungsfindung, weil prognostische Gruppen unabhängig von konventioneller Pathologie und Molekularanalyse neu definiert werden.

Referenz

Iacobucci I et al.: Integrated Transcriptomic and Genomic Sequencing Identifies Prognostic Constellations of Driver Mutations in Acute Myeloid Leukemia and Myelodysplastic Syndromes; ASH Annual Meeting, Abstract LBA-4

ASH Annual Meeting 2019