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Eingeärbte HPV-Zellen unter dem Mikroskop

Suche nach den Krebsviren

Gebärmutterhalskrebs wird durch humane Papillomaviren ausgelöst. Ein frühzeitiger Nachweis erhöht die Heilungschancen dramatisch und ist Ziel medizinischer Forschung. Molekularbiologen arbeiten daher an einer Verbesserung der bestehenden Methoden zum Nachweis von HPV-Viren.

ÖAW Young Science 05.11.2012

Wie solche neuen Diagnosewerkzeuge aussehen könnten und wie man dazu kommt, erklärt die Tiroler Molekularbiologin Barbara Lener in einem Gastkommentar.

In flagranti: HPV auf frischer Tat ertappt

Von Barbara Lener

Porträt Barbara Lener

Barbara Lener

Zur Person:
Barbara Lener, Jahrgang 1981, hat an der Leopold-Franzens Universität Innsbruck Mikro- und Molekularbiologie studiert. Sie arbeitet am Tiroler Krebsforschungsinstitut und dem Institut für Biomedizinische Alternsforschung der Universität Innsbruck (bis vor kurzem der Österreichischen Akademie der Wissenschaften). Leners Forschungsschwerpunkt ist die Entwicklung neuer diagnostischer Verfahren zur Früherkennung des Zervixkarzinoms.

ÖAW Young Science:

Der Text ist Teil des Projektes Young Science, im Zuge dessen Gastbeiträge von jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Österreichischen Akademie der Wissenschaften erscheinen. Das Projekt ist eine Kooperation zwischen Ö1/science.ORF.at und der Akademie der Wissenschaften.

Viren sind winzigste Partikel, die nach klassischer biologischer Sicht die Bezeichnung Lebewesen nicht verdienen, da ihnen ein Stoffwechsel und die Fähigkeit zur Reproduktion fehlen. Und doch - scheinbar intelligent und hartnäckig verfolgen sie alle ein Ziel: Vermehrung und Verbreitung. Die eigene Unzulänglichkeit, macht sie zu Piraten, die Wirtszellen entern und deren Kapazitäten zur Vervielfältigung der eigenen genetischen Information und der Virushülle nutzen.

Krebs durch Viren

Die Gruppe der sogenannten Onkoviren (Tumorviren) bedingt in ihrem "Überschwang", die Wirtszellen zu nutzen, die Entstehung gutartiger sowie bösartiger Gewebewucherungen. Diese Viren sind Ursache für rund 17 Prozent aller humanen Krebserkrankungen.

Humane Papillomviren (HPVs) infizieren bestimmte Zellen der Haut- und Schleimhaut und sind für die Entstehung zumeist harmloser Gewebewucherungen (Warzen) verantwortlich. Einige Vertreter dieser Viren (sie werden unter dem Begriff der "Hochrisiko-Typen" zusammengefasst) bedingen jedoch bösartige Veränderungen (Läsionen) und sind die Ursache für über 90 Prozent aller Fälle von Gebärmutterhalskrebs (Zervixkarzinom). Unter ihnen gilt HPV16 als prominentester Vertreter, dicht gefolgt von HPV18 - zusammen sind sie in rund 80 Prozent aller Zervixkarzinomfälle nachweisbar.

Die Geheimwaffe humaner Papillomaviren sind ihre beiden viralen Proteine E6 und E7. In enger Zusammenarbeit manipulieren und verändern sie wichtige Prozesse innerhalb der infizierten Zelle durch Interaktion mit einer Vielzahl an Wirtsproteinen und bedingen dadurch die maligne Transformation, die Veränderung einer normal wachsenden Zelle zur unkontrolliert wachsenden Tumorzelle. So kommt es beispielsweise zu einer starken Anregung der Zellteilung und der programmierte Zelltod (nach irreversibler Schädigung) wird verhindert, was zur genetischen Instabilität der Wirtszelle führt und weiteren Mutationen den Weg ebnet.

Auf der Jagd nach übergeschnappten Zellen

Früherkennung spielt, wie bei den meisten Krebsarten, auch im Falle des Zervixkarzinoms eine maßgebliche Rolle. Da zwischen der auslösenden HPV-Infektion, der Entwicklung von Krebsvorstufen und der Endstufe, dem invasiven Karzinom, mehrere Jahre liegen, stehen die Chancen für eine frühzeitige Erkennung und Behandlung sehr gut.

"Falsch-positive" und "falsch-negative" Befunde sind Fachtermini der Medizin: Unter falsch-positiv versteht man, dass ein Test eine Krankheit anzeigt, die nicht vorliegt. Die PatientInnen sind gesund, der Test liefert aber ein "positives" Ergebnis. "Positiv" und "negativ" bezieht sich hier auf das Vorhandensein einer Krankheit bzw. von Krankheitserregern, nicht auf die Folgen für PatientInnen.

Ähnlich ist das auch bei anderen Krankheiten: HIV-negativ ist jemand, der kein AIDS hat. Falsch-negativ ist ein Befund, wenn eine Krankheit durch den Test nicht erkannt wird und PatientInnen fälschlicherweise als gesund eingestuft werden. (Mehr zum Thema)

Der vom Gynäkologen gewonnene Abstrich im Bereich des Gebärmutterhalses und die nachfolgende Untersuchung des enthaltenen Zellmaterials durch Spezialisten (Pap-Test) hat die Zahl an Erkrankungen und die Mortalitätsrate seit seiner Einführung drastisch gesenkt. Der Test hat jedoch seine Grenzen - falsch-positive sowie falsch-negative Befunde sind relativ häufig, ein eindeutiges Testergebnis nach einem Schwarz-Weiß-Muster gibt es nicht, die Beurteilung des Zellzustandes erfolgt meist subjektiv durch die jeweiligen Pathologinnen und Pathologen.

Die Definition und Analyse eines verlässlichen Biomarkers, eines Moleküls bzw. Proteins, das das Bestehen einer Krankheit oder eines pathologischen Prozesses anzeigt, würde die Diagnostik rund um das Zervixkarzinom revolutionieren.

Die Etablierung von Nachweismethoden für das virale Protein E7 - als essenzielle Grundlage und Auslöser bösartiger, HPV-bedingter Tumore anerkannt - steht deshalb im Mittelpunkt unserer Forschungsarbeiten zur Früherkennung des Zervixkarzinoms.

Herzstück unseres Labors bildet ein Set an verschiedenen, monoklonalen Antikörpern. Dabei handelt es sich um immunologische Werkzeuge, die E7-Proteine der wichtigsten HPV-"Hochrisiko"-Vertreter binden. Dabei können bereits kleinste Mengen des Zielproteins aufgespürt und nach dem "Schlüssel-Schloss-Prinzip" spezifisch festhalten werden. Antikörper funktionieren wie Magneten, die nur von einem einzigen Metall angezogen werden.

Auf diesem Baukasten basierend werden derzeit zwei diagnostische Verfahren entwickelt und getestet:

Es grünt so grün

Einerseits kann das Virusprotein in einzelnen Zellen des Abstrichs sichtbar gemacht werden - durch eine Koppelung des E7 erkennenden Antikörpers an einen fluoreszierenden, weiteren (sekundären) Antikörper. Somit erscheinen HPV-infizierte, E7-positive Zellen durch die gebundenen Antikörper stark grün fluoreszierend unter dem entsprechend ausgestatteten Mikroskop.

Eingefärbte HPV-Zellen unter dem Mikroskop

Barbara Lener

E7 Protein in HPV16-positiven Tumorzellen: Virales E7-Protein wurde durch Bindung fluoreszenzgekoppelter Antikörper grün markiert. Die DNA des Zellkerns wurde mittels Kernfarbstoff rot angefärbt.

Sandwich aus Proteinen

Forschungsprojekt:

Die Entwicklung eines entsprechenden diagnostischen Kits ist Gegenstand des von der EU geförderten Projekts "PIPAVIR" und beinhaltet eine enge Zusammenarbeit mit Partnern aus der Industrie (Mikrogen GmbH, Neuried, Deutschland; Biosynex SA, Strasbourg, Frankreich) sowie relevanten Universitätskliniken (Charite Universitätsmedizin, Berlin, Deutschland; Aristoteles Universität Thessaloniki, Griechenland).

Eine weitere Methode zum Nachweis von E7 in Patientenabstrichen ist ein in unserem Labor etablierter, sogenannter Sandwich-ELISA-Test. Dabei wird E7 aus infizierten Zellen herausgelöst und zunächst über einen Antikörper an ein Trägermaterial gebunden. Ein zweiter E7 erkennender Antikörper bindet den Komplex von oben, wobei ein sandwichähnlicher Aufbau entsteht. Durch Wechselwirkung des zweiten Antikörpers mit einem Enzym (der Meerrettichperoxidase), das eine Farbreaktion katalysiert, lässt sich der gesamte Komplex durch einen einfachen Farbumschlag visualisieren. Vereinfacht gesagt: Gelb bedeutet HPV.

Schema eines Sandwich-Elisa-Tests

Barbara Lener

Prinzip des Sandwich-ELISA-Tests: (1) erster E7-Antikörper wird an eine feste Phase gebunden, (2) Zugabe des Zielproteins (E7-positive Patientenprobe), (3) Bindung des zweiten Antikörpers an E7; anschließende Wechselwirkung mit Meerrettichperoxidase, die ein chromogenes Substrat umsetzt, wobei ein quantifizierbarer Farbumschlag nach Gelb auftritt.

Ein solcher Nachweis des viralen E7-Proteins, basierend auf monoklonalen Antikörpern, die bereits Gegenstand einer Patentanmeldung sind, könnte die gynäkologische Diagnostik revolutionieren.

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