@phdthesis{Schatz2011,
  author    = {Schatz, Daniela},
  title     = {LNA-clamp-PCR zum sensitiven Nachweis von Punktmutationen im Rahmen der Entwicklung eines Darmkrebsfr{\"u}herkennungstests},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-52308},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2011},
  abstract  = {Darmkrebs ist die zweith{\"a}ufigste malignombedingte Todesursache in den westlichen Industriel{\"a}ndern. Durch eine fr{\"u}hzeitige Diagnose besteht jedoch eine hohe Chance auf Heilung. Der Goldstandard zur Darmkrebsfr{\"u}herkennung ist gegenw{\"a}rtig die Koloskopie. Eine Darmspiegelung ist jedoch invasiv und mit Unannehmlichkeiten f{\"u}r den Patienten verbunden. Die Akzeptanz in der Bev{\"o}lkerung ist daher gering. Ziel des BMBF- Projektes „Entwicklung eines nichtinvasiven Nachweissystems zur Fr{\"u}herkennung von humanem Darmkrebs", in dessen Rahmen diese Arbeit entstand, ist die Bereitstellung eines nichtinvasiven Nachweisverfahrens zur Darmkrebsfr{\"u}herkennung. Der Nachweis soll {\"u}ber die Detektion von aus neoplastischen Zellen stammender DNA in Stuhl erfolgen. Die Entartung dieser Zellen beruht auf Ver{\"a}nderungen im Erbgut, welches unter anderem Mutationen sind. Im ersten Teil des BMBF-Projektes wurde ein Set von Mutationen zusammengestellt, welches eine hohe Sensitivit{\"a}t f{\"u}r Vorstufen von Darmkrebs aufweist. Ziel dieser Arbeit war es, eine Nachweismethode f{\"u}r die zuvor identifizierten Punktmutationen zu entwickeln. Das Nachweisverfahren musste dabei unempfindlich gegen einen hohen Hintergrund nichtmutierter DNA sein, da im Stuhl geringe Mengen DNA aus neoplastischen Zellen bei einem hohen Hintergrund von DNA aus gesunden Zellen vorliegen. Hierzu wurden Plasmidmodellsysteme f{\"u}r die aus dem Marker-Set stammenden Genfragmente BRAF und dessen Mutante V600E, CTNNB1 und T41I, T41A, S45P und K-ras G12C hergestellt. Mit Hilfe dieser Plasmidmodellsysteme wurde dann das Nachweissystem entwickelt. Der entscheidende Schritt f{\"u}r die Detektion von Punktmutationen bei hohem Wildtyp{\"u}berschuss ist eine vorhergehende Anreicherung. In der vorliegenden Arbeit wurde dazu die Methode der LNA-clamp-PCR (locked nucleic acid) etabliert. Die Bewertung der erzielten Anreicherung erfolgte {\"u}ber das relative Detektionslimit. Zur Bestimmung des Detektionslimits wurde die Schmelzkurvenanalyse von Hybridisierungssonden eingesetzt; diese wurde im Rahmen dieser Arbeit f{\"u}r die drei oben genannten Genfragmente und ihre Mutanten entwickelt. Die LNA-clamp-PCR wird in Anwesenheit eines LNA-Blockers durchgef{\"u}hrt. Das Nukleotidanalogon LNA weist im Vergleich zu DNA eine erh{\"o}hte Affinit{\"a}t zu komplement{\"a}ren DNA-Str{\"a}ngen auf. Gleichzeitig kommt es bei Anwesenheit einer Basenfehlpaarung zu einer gr{\"o}ßeren Destabilisierung der Bindung. Als Blocker werden kurze LNA-DNA-Hybridoligonukleotide eingesetzt, die den mutierten Sequenzbereich {\"u}berspannen und selbst der Wildtypsequenz entsprechen. Durch Bindung an die Wildtypsequenz wird deren Amplifikation w{\"a}hrend der PCR verhindert (clamp = arretieren, festklemmen). Der Blocker selbst wird dabei nicht verl{\"a}ngert. Der Blocker bindet unter optimalen Bedingungen jedoch nicht an die mutierte Sequenz. Die Mutante wird daher ungehindert amplifiziert und somit gegen{\"u}ber dem Wildtyp-Fragment angereichert. Die Position des Blockers kann im Bindungsbereich eines der Primer sein und hier dessen Hybridisierung an dem Wildtyp-Fragment verhindern oder zwischen den beiden Primern liegen und so die Synthese durch die Polymerase inhibieren. Die Anwendbarkeit beider Systeme wurde in dieser Arbeit gezeigt. Die LNA-clamp-PCR mit Primerblocker wurde f{\"u}r BRAF etabliert. Es wurde ein Detektionslimit von mindestens 1:100 erzielt. Die LNA-clamp-PCR mit Amplifikationsblocker wurde erfolgreich f{\"u}r BRAF, K-ras und CTNNB1: T41I, T41A mit einem Detektionslimit von 1:1000 bis 1:10 000 entwickelt. In Stuhlproben liegt DNA aus neoplastischen Zellen nach Literaturangaben zu einem Anteil von 1\% bis 0,1\% vor. Die LNA-clamp-PCR weist also mit Amplifikationsblockern ein ausreichend hohes Detektionslimit f{\"u}r die Analyse von Stuhlproben auf. Durch die erfolgreiche Etablierung der Methode auf drei verschiedenen Genfragmenten und vier unterschiedlichen Punktmutationen konnte deren universelle Einsetzbarkeit gezeigt werden. F{\"u}r die Ausweitung der LNA-clamp-PCR auf die {\"u}brigen Mutationen des Marker-Sets wurden Richtlinien ausgearbeitet und die Blockereffizienz als Kennzahl eingef{\"u}hrt. Die LNA-clamp-PCR ist ein schnelles, kosteng{\"u}nstiges Verfahren, welches einen geringen Arbeitsaufwand erfordert und wenig fehleranf{\"a}llig ist. Sie ist somit ein geeignetes Anreicherungsverfahren f{\"u}r Punktmutationen in einem diagnostischen System zur Darmkrebsfr{\"u}herkennung. Dar{\"u}ber hinaus kann die LNA-clamp-PCR auch in anderen Bereichen, in denen die Detektion von Punktmutationen in einem hohen Wildtyphintergrund erforderlich ist, eingesetzt werden.},
  language  = {de}
}