DNA-Methylierung als Biomarker in der Krebsdiagnostik am Beispiel von Septin 9 in der Darmkrebsvorsorge

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1 13. Arbeitsplattform des thematischen Schwerpunktes BIO.NRW.red Session 2: Analytik Diagnostik nach Liquid Biopsy DNA-Methylierung als Biomarker in der Krebsdiagnostik am Beispiel von Septin 9 in der Darmkrebsvorsorge Dr. Yasmin Buchäckert

2 Epigenomics AG Forschungsunternehmen seit 1998 MDx Berlin, Seattle und Washington D.C. Fokus Onkologie: Früherkennung, Prognose, Monitoring und personalisierte Medizin Technologie: DNA-Methylierung Strategie: Diagnose solider Tumoren mittels Liquid Biopsy

3 DNA-Methylierung Epigenetische Modifikation reguliert Genexpression über Steuerung der Transkription Veränderte Genexpression unter Erhalt der DNA Sequenz Vererbbarer aber reversibler Effekt Feinberg, Andrew P, und Benjamin Tycko. The history of cancer epigenetics. Nature Reviews. Cancer 4, Nr. 2 (Februar 2004):

4 DNA Methylierung Natürliche Modifikation der Cytosin Base DNA-Methyl-Transferase (DNMT) - katalysiert die Bindung einer Methylgruppe an Cytosin in CpG Paaren Verhindert das Binden von Transkriptionsfaktoren Veränderte Methylierungsmuster in der Pathogenese verschiedener Erkrankungen und in der Tumorgenese ATCATCACGCACGTCGATTAGGCAAGGCGAACGATGGACGTTATAGTCA 4

5 Zellfreie Tumor DNA in der Liquid Biopsy 1940er: Entdeckung 1970er: mit Krebs assoziiert 1980er: Tumormarker (Mutationsmarker) 1990er: Methylierungsmarker Ø Menge cfdna in Plasma 3-10 ng/ml Zielmarker oft nur 1/1000 der totalen DNA Colon Gene SEPT9 methylated specifically in tumor Cell-free tumor DNA Blood vessel 5

6 msept9 Darmkrebsfrüherkennung in Plasma Zuerst in Brustkrebsstudie 2004 High throughput Microarray Studie identifiziert msept9 als aussagekräftigen Darmkrebsmarker in Plasma 2006 Signifikante Sept9 Methylierung in > 90% aller Darmkrebsproben RUO Kit 2008, Epi procolon 2.0 CE 2012, Epi procolon (FDA) 2016 Test mit hoher analytischer Sensitivität (6pg/ml) 6

7 Genome Decoration Page/NCBI Septine Septinfamilie: 15 Gene kodieren > 30 isoforme Proteine GTP-bindende Proteine: Zelltransport, Apoptose, Zytoskelett Septin 9 kodiert circa 15 isoforme Proteine Physiologische Funktion: Zytokinese Tumorsuppressor Bei veränderter Expression: Infektionen, Neurodegeneration, Neoplasie Spitfire ch, Philippsen Lab, Biozentrum Basel 7 K. Tóth et al., PLoS ONE 2014

8 SEPT9 Transcript Map Epi procolon is not available for sale in the US

9 Die Nadel im Heuhaufen K 2 EDTA Blut DNA in Plasma Ø Menge cfdna in Plasma 3-10 ng/ml Zielmarker oft nur 1/1000 der totalen DNA msept9 vs. Sept9

10 Polymerasekettenreaktion von msept9 [real-time PCR]

11 Die Bisulfit-Sequenzierung macht methyliertes Septin 9 nachweisbar 11

12 HeavyMethyl Technology 12

13 Epi procolon Workflow 13

14 Testergebnis Blutprobe 10 ml Positiv Diagnostische Koloskopie Min. 45 μl DNA Epi procolon 2.0 CE Test Result (triplicate testing of 15 μl each) Negativ Jährliche Wiederholung 14

15 Darmkrebs weltweit Dritthäufigster Krebs in Männern, zweithäufigster in Frauen 1,36 Mio Neuerkrankungen, ,000 Todesfälle, 2012 CRC Inzidenz Mortalität Data source: GLOBOCAN 2012 Graph production: Cancer Today International Agency for Research on Cancer

16 Screening Methoden im Vergleich Method Specificity Sensitivity Colonoscopy 1 95% 95% gfobt 2 (occult blood test) 99.7% 37.1% ifobt or FIT 3 (immunological test) 93.7% 69.2% % 80.6% 1 Zauber AG et. al. Technology assessment report, project ID CRCC0608, Allison et al NEJM, 3 Park et al Am. J. Gastro. 4 Tetzner et al. UEGW

17 Klinische Leistungsfähigkeit Septin 9 Screening Cohort Case-Control Cohort CRC Cases Valid Results Positive Negative Specificity Sensitivity 99,0% (95,0%CI, ) 97,0% (95,0% CI, 91-99) NPV 99,0% 99,0% PPV 11,9% 28,9% Epi procolon 2.0CE Instructions for Use (IFU 0009) and Epigenomics data on file 81,0% (95,0% CI, 72-87) 17

18 Adler et a. (BMC Gastroenterology): Improving compliance to colorectal cancer screening using blood and stool based tests in patients refusing screening colonoscopy in Germany 18