Next Generation Sequencing Vorder- und Rückseite des kompletten Genoms

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1 Next Generation Sequencing Vorder- und Rückseite des kompletten Genoms Thomas Karn Klinik für Gynäkologie und Geburtshilfe J.W. Frankfurt Direktor Prof. S. Becker

2 Whole Genome Sequencing Therapeutische Targets Tumorklassifikation Tumorheterogenität Resistenz-Mutationen Prädiktion von Response Corless Science 2011; 334(6060): Drmanac Science 2012; 336(6085): 1110.

3 April-2001 Januar-2004 Oktober-2006 Juli-2009 April-2012 Next Generation Sequencing (NGS) 1. Zunahme der Sequenzier-Geschwindigkeit $100,000,000 $10,000, Fallende Kosten Sequenzierkosten pro Genom ($) $1,000,000 $100,000 $10,000 Kapillar- Sequenzierung $1,000 $100 NGS $10 $1 Stratton et al. Nature 2009; 458(7239):

4 NGS-Methodik Konzeptioneller Durchbruch: Verzicht auf elektrophoretische Auftrennung Massive Parallelisierung: Klonal Amplifikation einzelne DNA-Fragmente Räumliche Trennung durch Anordnung auf Oberflächen oder Beads Bestimmung der Sequenz in situ (Courtesy of Jorge Reis-Filho)

5 Spezifische Eigenarten von NGS-Daten Sanger- Sequenzierung: NGS: Quantitative Häufigkeiten Coverage entscheidend! Anteil eines Single Nucleotide Variant (SNV) Indel Punktmutation Homozygote Deletion LOH Gain copy number alteration (CNA) Translokation Meyerson et al. Nat Rev Genet 2010

6 Bisherige Anwendung von NGS in der Onkologie Keimbahn-Genetik: Erbliche Krebsformen Prädisponierende und protektive Faktoren Pharmakogenomik Somatische Genetik: Tumorklassifikation inkl. Target-Identifizierung ( Driver-Mutationen ) Disease-Monitoring Intratumorale Heterogenität

7 WGS in der Onkologie 2011/ Cumulative number of published cancer genome sequences

8 Whole Genome Sequencing beim Mammakarzinom Date Journal Erstautor Entität Proben Thema 2009, Oct 8 Nature Shah MaCa lobular 1 Cancer genes 2010, April 15 Nature Ding MaCa BLBC 3 Genome remodelling 2012, Feb 23 J Pathol Natrajan MaCa BRCA1 mut. 2 Different ER status 2012, April 4 Nature Shah MaCa TNBC 65 Wide spectrum of genomic evolution 2012, May 25 Cell Nik-Zainal MaCa TNBC 21 Tumor evolution 2012, May 25 Cell Nik-Zainal MaCa TNBC 21 Mutational processes 2012, May 16 Nature Stephens MaCa 100 Cancer genes and mutational processes 2012, June 10 Nature Ellis MaCa luminal 77 Response to aromatase inhibition 2012, June 21 Nature Banerji MaCa 108 Molecular subtypes 2012, Sept 23 Nature TCGA MaCa 510 Molecular subtypes cumulative number of published breast cancer genome sequences

9 NGS zur Tumorklassifikation Driver -Mutation: vorantreibend kausal für Transformation / Selektionsvorteil /ratelimiting step Passenger -Mutation: neutral z.b. zufällige Mutationen in der Individualentwicklung, fixiert in der Founder Cell vor dem Transformationsereignis

10 Driver- / Passenger-Mutation individuelle Passenger- Mutationen in jeder Körperzelle Erste Driver-Mutation Stratton et al. Nature 2009; 458(7239):

11 Konzept: Minimal Resisual Disease-Monitoring aufgrund von Fusionsgenen oder Passenger- Mutationen Leary et al. Science Translational Medicine 2010

12 NGS und Tumorheterogenität Inter-Tumor-Heterogenität: Intratumorale Heterogenität

13 Inter-Tumor-Heterogenität Triple Negative BC BRCA1-mt, ER neg BRCA1-mt, ER pos Nur 1 Mutation mehrfach gefunden: p53! Shah et al. Nature 2009; Ding et al. Nature 2010; Natrajan et al. J Pathol 2012 May.

14 Comprehensive molecular portraits of human breast tumours n=501 The Cancer Genome Atlas Network. Nature 2012 Oct 4, 490, 61 70

15 Wenige recurrent Driver-Mutationen n=65 TNBC Shah et al. Nature 2012, April 4 EPub (Courtesy of Sam Aparicio)

16 Intratumorale Heterogenität durch Subklone Patient 1: Patient 2: Gerlinger et al. NEJM 2012, March 8 Courtesy of Charles Swanton

17 Klonales Rezidiv bei AML n=8 Paar-Proben: Deep-WGS Primärtumor WGS Rezidiv Ding, Nature 2012; Walter, NEJM 2012; Ley, NEJM 2010; Mardis, NEJM 2009; Ley, Nature 2008

18 Modelle für unterschiedliche intratumorale Heterogenität Yap et al. Sci Transl Med March 28

19 Somatic Mutation Theory (SMT) vs. Tissue Organization Field Theory (TOFT) Bioessays 33: , 2011

20 Zusammenfassung Rapide voranschreitende Methodik Geringe Zahl wiederkehrender Mutation Komplexität aufgrund Inter-Tumor- und intratumoraler Heterogenität Nachweis der Selektion von Subklonen mit möglichen Konsequenzen für die Therapie Keine Klarheit zur Genese des Karzinoms