Rasterfahndung im Genom

Leise surrend steuert der Arm des Roboters zielgenau die 384 Vertiefungen einer Kunststoffplatte an und beschickt sie mit winzigen Mengen verschiedener Reagenzien. Mehr als 200 Platten durchlaufen so vollautomatisch die verschiedenen Stationen von der Vorbereitung bis zur teilautomatisierten mikroskopischen Auswertung. „Wir führen hier eine Art Rasterfahndung im menschlichen Erbgut durch“, schmunzelt Professor Dr. Michael Boutros, der Leiter der Abteilung Signalwege und Funktionelle Genomik am Deutschen Krebsforschungszentrum. „Dabei sind wir auf der Suche nach Genen, die bei Krebs eine wichtige Rolle spielen.“

Im aktuellen Projekt kooperieren die Heidelberger Wissenschaftler um Michael Boutros mit Professor Dr. Georg Halder und Kollegen vom amerikanischen M. D. Anderson Cancer Center in Houston, Texas. Gemeinsam wollen sie Gene aufspüren, deren Aktivität für das Überleben von Krebszellen verantwortlich ist. Dabei ergänzen sich die Erfahrungen der beiden Arbeitsgruppen in idealer Weise: Das Boutros-Labor hat Hochdurchsatz-Screening-Verfahren etabliert, am M. D. Anderson Cancer Center kennt man sich bestens mit der Entwicklung und Testung von Wirkstoffen aus. Für die „Fahndung“ nach den Genen verwendet Boutros die RNA-Interferenz (RNAi) als Screening-Verfahren. Diese Methode verwendet kurze, doppelsträngige RNA-Moleküle, die spezifisch an bestimmte Gensequenzen binden und damit die Herstellung des entsprechenden Proteins in der Zelle verhindern. Im Experiment setzen die Wissenschaftler Krebszellen und normale Zellen unter gleichen Bedingungen der Wirkung Gen-spezifischer RNAi-Proben aus. Wenn die Krebszellen absterben, während normale Zellen überleben, könnte dies ein Hinweis auf ein gesuchtes Gen sein. „Wir suchen im gesamten Erbgut des Menschen nach verdächtigen Genen“, sagt Michael Boutros, „also die berühmte Stecknadel im Heuhaufen.“ Bei geschätzten 25.000 menschlichen Genen und einem Vielfachen an RNAi-Proben kann ein solches Unterfangen nur mit Hochdurchsatz-Verfahren bewältigt werden. Deshalb hat die Arbeitsgruppe Boutros viel Entwicklungsarbeit in die Etablierung des Hochdurchsatz-RNAi-Screenings investiert.

Um automatisiert überprüfen zu können, wie sich Zellen nach dem Ausschalten von Genen verhalten, haben sie darüber hinaus spezielle Verfahren für die Mikroskopie entwickelt, um viele tausende Bilder aufnehmen und analysieren zu können. Alle Daten werden gesammelt und wandern in eine Datenbank, die auch international rege genutzt wird. Und sie stellen Erfahrungen und Infrastruktur auch anderen Wissenschaftlern zur Verfügung. „Wir haben eigentlich immer mehrere Wissenschaftler zu Gast, die hier die Methoden erlernen und dann ihre eigenen Projekte bearbeiten“, sagt Michael Boutros. Im Juni 2008 veranstalteten die Heidelberger einen international besetzten EMBO-Kurs über Hochdurchsatz-RNAi.

In der ersten Screening-Phase verwendet das Boutros-Labor häufig Zellen der Fruchtfliege Drosophila. „Drosophila fehlt weitgehend die funktionelle Redundanz, das bedeutet, dass jedes Ausschalten eines Gens sofort sichtbare Folgen hat“, erklärt Michael Boutros. „Das ist ein Vorteil, wenn man Funktionsverluste nachweisen will.“ Deshalb eignet sich dieses System hervorragend, um unter den Genen erst einmal aussichtsreiche Kandidaten zu finden, deren Relevanz natürlich in weiteren Tests überprüft werden muss. Mit dieser Strategie haben die Heidelberger bereits mehrere interessante Gene gefunden, unter anderem konnten sie bei Drosophila Evi identifizieren, ein Gen, das in Signalwege der Zelldifferenzierung und bei der Tumorentstehung eingreift. Untersuchungen an menschlichen Zellen zeigten, dass Evi auch hier eine wichtige Funktion in der Signalübertragung hat.  

In der zweiten Phase des Screenings setzen die Wissenschaftler menschliche Krebszelllinien ein. Um Gene zu finden, deren Inaktivierung die Wirkung von Krebsmedikamenten verstärkt, testen sie sowohl etablierte als auch neue, in der klinischen Testung befindliche Wirkstoffe. Die Forscher um Michael Boutros erwarten davon Erkenntnisse, die zu einer gezielteren Krebstherapie führen, etwa welche Chemotherapeutika bei Patienten mit einer bestimmten genetischen Disposition eingesetzt werden können. „Und wer weiß“, blickt Michael Boutros in die Zukunft, „vielleicht stoßen wir bei unserer Suche ja auch auf Gene, die ganz neue Ansätze in der Krebstherapie ermöglichen.“