Epigenetik und Krebs: Was die Wissenschaft sagt

Epigenetik, untersucht die vererbbaren Veränderungen der Genexpression ohne Veränderung der DNA-Sequenzist zu einem Schlüsselbereich für die zum Verständnis von Krebs. Von der DNA-Methylierung über Histonmodifikationen bis hin zu nichtkodierenden RNAs beeinflussen diese epigenetischen Veränderungen die Entwicklung und das Fortschreiten von Tumoren und eröffnen neue Wege für die Diagnose und Behandlung. Dieser Artikel untersucht diese Mechanismen und ihre Beteiligung an verschiedenen Aspekten der Onkologie, einschließlich des Potenzials der Nutrigenomik in der Krebsprävention.

Epigenetik in der Krebsdiagnose

Die frühzeitige und genaue Erkennung von Krebs ist der wichtigste Schritt zu einer erfolgreichen Behandlung. Die DNA-Methylierung, bei der DNA-Moleküle mit Methylgruppen versehen werden, wodurch die Aktivität eines DNA-Abschnitts verändert wird, ohne die Sequenz selbst zu verändern, ist ein vielversprechender Ansatz zur Erkennung abnormaler Methylierungsmuster, die mit der Entstehung von Krebs in Verbindung gebracht werden. Diese Veränderung kann die Aktivität von Genen beeinflussen und ist daher entscheidend für das Verständnis, wie bestimmte Gene Krebs fördern oder verhindern können. Der Nachweis von Hypermethylierung des Promotors hat in der Krebsdiagnose viel Aufmerksamkeit erregt.

Ein weiterer potenzieller epigenetischer Biomarker ist die Histonmodifikation, die Veränderungen in den Proteinen beinhaltet, um die die DNA gewickelt ist. Diese Proteine, die sogenannten Histone, spielen eine Schlüsselrolle bei der Regulierung der Genexpression. Veränderungen, wie das Hinzufügen oder Entfernen von chemischen Gruppen an diesen Histonen, können Gene an- oder abschalten und sind daher für den Prozess der Krebsentstehung von entscheidender Bedeutung. Der Nachweis abnormaler posttranslationaler Veränderungen in den Histonen ist ein aufstrebender Ansatz für die Krebsdiagnose und die Vorhersage von Ergebnissen. Bei Lungenkrebs wurden spezifische Histonveränderungen, wie niedrigere Methylierungsniveaus von H3 und H4, mit einer schlechten Prognose und Mortalität in Verbindung gebracht.

Die Methylierung von miRNAs ist ein neuer epigenetischer Biomarker bei verschiedenen Krebsarten, insbesondere bei Lungenkrebs. Die Hypermethylierung von miR-124a und MiR-29 wurde mit einer schlechten Prognose bei Lungenkrebs in Verbindung gebracht.

Epigenetische Mechanismen

Epigenetische Veränderungen können ein Gen durch verschiedene Mechanismen “an” oder “aus” schalten, darunter DNA-Methylierung, Histonmodifikation und nichtkodierende RNAs.

• DNA-Methylierung: Hierbei handelt es sich um die Übertragung einer Methylgruppe an eine bestimmte Position der DNA, um die Rekrutierung von Proteinen zu modulieren, die für die Initiierung der Genexpression entscheidend sind. In der Regel blockiert die Methylierung die Genexpression, und die Demethylierung ist erforderlich, um diese Hemmung aufzuheben.
• Histonmodifikation: Histone sind chromosomale Proteine, die um die DNA gewickelt sind. Eine lockere Verpackung der Histone verhindert den Zugang der Proteine, die die Genexpression regulieren, zur DNA und hemmt so die Expression. Eine lockere Verpackung der Histone hat den gegenteiligen Effekt. Bei der Histonmodifikation werden chemische Gruppen hinzugefügt oder entfernt, um die enge oder lockere Verpackung der Histone zu regulieren.
• Nicht-kodierende RNAs : DNA-Sequenzen werden transkribiert, um codierende oder nicht codierende RNAs zu erzeugen. Während codierende RNAs Proteine produzieren, steuern nicht codierende RNAs die Genexpression durch verschiedene Mechanismen.

Epigenetische Veränderungen bei Krebs

Epigenetische Veränderungen werden mit der Entwicklung und dem Fortschreiten von Krebs in Verbindung gebracht. Aufgrund ihrer reversiblen Natur und ihres somatischen Vererbungsmusters sind sie jedoch potenzielle therapeutische Ziele. In der Krebsforschung ist die Epigenetik für die Frühdiagnose, die Erkennung der Krebsart und die Entwicklung neuer Therapien von entscheidender Bedeutung.

• DNA-Methylierung bei Krebs: Die globale Hypomethylierung der DNA geht mit einer Hypermethylierung in anderen Regionen einher. Die Hypomethylierung induziert die Expression von Onkogenen (krebsfördernden Genen), während die Hypermethylierung die Expression von Tumorsuppressorgenen unterdrückt. Diese kollektiven Prozesse initiieren und fördern die Entwicklung von Krebs.
• Histonveränderungen bei Krebs: Niedrigere Werte posttranslationaler Histonveränderungen (Methylierung oder Acetylierung) werden mit schlechten Prognosen bei Prostata-, Lungen- und Nierenkrebs in Verbindung gebracht. Umgekehrt werden höhere Werte einer spezifischen Histonmodifikation (H3K9ac) mit einem schlechteren Überleben bei Lungenkrebs in Verbindung gebracht.
• Mikro-RNAs (miRNAs) bei Krebs: miRNAs sind eine Art nicht kodierender RNAs, die an Ziel-Boten-RNAs binden, um deren Translation und die anschließende Proteinsynthese zu hemmen. Veränderungen in ihrer Struktur und Funktion können Krankheiten auslösen. Einige miRNAs mit onkogener Funktion werden als onco-miRNAs bezeichnet.

Bei vielen Krebsarten wurde eine verminderte Expression von miR-101 beobachtet, die zu einer erhöhten Expression eines Enzyms führt, das für die Histonmethylierung verantwortlich ist. Diese Induktion der Methylierung in Tumorsuppressorgenen kann das Risiko der Krebsentstehung erhöhen.

Epigenetik in der Krebsbehandlung

Kombinierte epigenetische Therapien haben vielversprechende Ergebnisse bei der Behandlung von Krebspatienten gezeigt, da die Tumorigenese mit zahlreichen epigenetischen Veränderungen einhergeht. DieIdentifizierung der spezifischengenetischen und epigenetischen Veränderungen, die bei jedem Patienten mit der Tumorigenese einhergehen, ist von entscheidender Bedeutung, um den größtmöglichen Nutzen aus diesen Therapien zu ziehen.

Bei Blasenkrebs wird die Expression von Tumorsuppressorgenen durch den repressiven Polycomb-Komplex oder die de novo DNA-Methylierung gehemmt. Die durch den repressiven Polycomb-Komplex vermittelte Expressionsunterdrückung kann mit Inhibitoren des Enzyms Histonmethylierung behandelt werden. Ebenso kann die de novo DNA-Methylierung mit DNAC-Inhibitoren blockiert werden. Epigenetische Behandlungen können mit einer konventionellen Chemotherapie kombiniert werden, um die Wirksamkeit der Behandlung zu erhöhen. Es wurde festgestellt, dass eine Kombination aus Chemotherapie und epigenetischen Medikamenten das Wachstum von aggressiven, rückfälligen und refraktären Krebsarten wie dem diffusen großzelligen B-Zell-Lymphom reduziert. Epigenetische Medikamente helfen auch dabei, die Empfindlichkeit der Krebszellen gegenüber der Chemotherapie zu erhöhen.

Die durch eine hochdosierte Chemotherapie induzierte Zytotoxizität kann epigenetische Veränderungen in den Krebszellen auslösendazu gehören die DNA-Methylierung und die Histon-Acetylierung. Dies kann zu einer Resistenz gegen die Medikamente führen. Die Behandlung mit Inhibitoren dieser epigenetischen Prozesse kann die Arzneimittelresistenz unterdrücken und die Prognose des Krebses verbessern.

Das Verständnis der Rolle der Epigenetik bei Krebs ist entscheidend für die Entwicklung von Strategien für die Frühdiagnose, die gezielte Behandlung und die Verbesserung der Ergebnisse für Krebspatienten. Entdeckungen in der Epigenetik ebnen den Weg für einen präziseren und personalisierten Ansatz im Kampf gegen den Krebs. Während die Epigenetik eine entscheidende Rolle bei der Behandlung von Krebs spielt, ist sie auch eng mit einem anderen wichtigen Bereich verbunden: der Nutrigenomik.

Was ist die Nutrigenomik?

Die Nutrigenomik untersucht, wie Nährstoffe und Nahrungsverbindungen epigenetische Veränderungen hervorrufen können. Beispielsweise sind einige Lebensmittel reich an Verbindungen, die die DNA-Methylierung, einen Schlüsselprozess in der Epigenetik, beeinflussen können. Nährstoffe wie Folsäure, B-Vitamine und Polyphenole in Obst und Gemüse können dazu beitragen, die Genaktivität auf vorteilhafte Weise zu regulieren. Diese Verbindungen können die Expression von krebsrelevanten Genen aktivieren oder unterdrücken und bieten damit ein Potenzial für Prävention und Behandlung.

Darüber hinaus kann der regelmäßige Verzehr bestimmter Lebensmittel eine Rolle bei der Modifikation von Histonen und der Regulierung nichtkodierender RNAs spielen, zwei weitere wichtige Aspekte der Epigenetik. Beispielsweise ist bekannt, dass Omega-3-Fettsäuren, die in fettem Fisch gefunden werden, nicht-kodierende RNAs beeinflussen, die wiederum die Genexpression regulieren können, die mit der Entwicklung von Krebs in Verbindung steht.

Diese Verbindung zwischen Ernährung und Epigenetik eröffnet faszinierende Perspektiven für die Prävention und Behandlung von Krebs und unterstreicht die Bedeutung einer ausgewogenen, nährstoffreichen Ernährung für die Aufrechterhaltung einer optimalen Gesundheit.

Die Bedeutung der Nutrigenomik für das Verständnis von Krebs

Die Epigenetik ist ein komplexes Gebiet der Biologie, das erforscht, wie Umweltfaktoren und der menschliche Lebensstil die Genexpression beeinflussen. Ein besonders faszinierender Aspekt dieser Studie ist die Nutrigenomik, die sich damit beschäftigt, wie die Ernährung mit unseren Genen interagieren und dadurch einen erheblichen Einfluss auf unsere Gesundheit haben kann, auch im Zusammenhang mit Krebs.

Nutrigenomik: Die Ernährung und epigenetische Veränderungen

Die Nutrigenomik konzentriert sich darauf, wie die Nährstoffe, die wir zu uns nehmen, unsere Epigenetik beeinflussen können. Unsere Nahrung liefert eine breite Palette an Verbindungen, wie Vitamine, Mineralien und Phytonährstoffe, die als epigenetische Regulatoren fungieren können.

• DNA-Methylierungen: Bestimmte Nährstoffe, wie Folsäure und Vitamin B12, sind für die DNA-Methylierung unerlässlich. Ein Mangel an diesen Nährstoffen kann zu Anomalien bei der DNA-Methylierung führen, was zur Entstehung von Krebs beitragen kann.
• Histone und Ernährung: Nahrungsverbindungen, wie Polyphenole in Obst und Gemüse, können die Veränderung der Histone beeinflussen. Sie können dazu beitragen, eine Histonstruktur aufrechtzuerhalten, die für eine normale Genregulation förderlich ist.
• Nicht-kodierende RNAs : Bestimmte Fettsäuren, wie z. B. Omega-3-Fettsäuren, wurden mit der Regulierung nichtkodierender RNAs in Verbindung gebracht. Diese RNAs können eine entscheidende Rolle bei der Regulierung von Genen spielen, die am Tumorwachstum beteiligt sind.

Nutrigenomik und Krebsprävention

Der Einfluss der Nutrigenomik auf die Krebsprävention ist unbestreitbar. Eine ausgewogene Ernährung, die reich an essentiellen Nährstoffen ist, kann dazu beitragen, eine gesunde Epigenetik aufrechtzuerhalten, wodurch das Risiko schädlicher epigenetischer Veränderungen im Zusammenhang mit Krebs verringert wird.

Studien haben beispielsweise gezeigt, dass Diäten, die reich an Kreuzblütlergemüse wie Brokkoli und Blumenkohl sind, Verbindungen enthalten, die die DNA-Methylierung unterstützen können und so dazu beitragen, das Auftreten von krebsbedingten epigenetischen Veränderungen zu verhindern.

Quellen:

• https://www.cureus.com/articles/76816-epigenetics-the-key-to-future-diagnostics-and-therapeutics-of-lung-cancer#!/
• https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2802667/
• https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5008069/
• https://molecular-cancer.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12943-020-01197-3
• https://www.news-medical.net/health/Understanding-the-Vital-Role-of-Epigenetics-in-Cancer.aspx