Hintergrund zur Fanconi Anämie

Pathogenese und klinisches Erscheinungsbild der Fanconi Anämie

Die Fanconi Anämie (FA) beruht auf Keimbahnmutationen in Genen der FA/BRCA DNA-Reparatur und stellt die häufigste genetische Ursache für eine Knochenmarkinsuffizienz dar. FA-Patienten entwickeln typischerweise bereits im ersten Lebensjahrzehnt eine Panzytopenie, welche meist mit einer Thrombozytopenie und einer Leukopenie beginnt. Die Tatsache, dass alle hämatopoetischen Linien betroffen sind, lässt auf eine Dysfunktion der hämatopoetischen Stammzellen (HSZ) schließen. Diese Theorie wird unterstützt durch den geringen Anteil CD34-positiver Zellen im Knochenmark junger FA-Patienten, einer Zellfraktion, die mit HSZ angereichert ist. Daher wird von einem pränatalen Defekt der HSZ bei FA-Patienten ausgegangen (Garaycoechea & Patel 2014). Bislang wurden pathogene Varianten in 23 Genen (FANCA, FANCB, FANCC, FANCD1/BRCA2, FANCD2, FANCE, FANCF, FANCG, FANCI, FANCJ/BRIP1, FANCL, FANCM, FANCN/PALB2, FANCO/RAD51C, FANCP/SLX4, FANCQ/ERCC4, FANCR/RAD51,FANCS/BRCA1, FANCT/UBE2T, FANCU/XRCC2, FANCV/REV7, FANCW/RFWD3 und FANCY/FAP100) identifiziert, die eine Rolle bei der Entstehung von FA spielen. Vererbt wird die FA autosomal rezessiv, bis auf pathogene Varianten im Gen FANCB, die über das X-Chromosom vererbt werden, und eine Mutation in FANCR, welche autosomal dominant vererbt wird (Ameziane et al. 2015, Dong et al. 2015, Wang et al. 2015, Feurstein et al. 2016, Dufour 2017, Frohnmayer et al. 2020).

Aufgrund der chromosomalen Instabilität ist das Krebsrisiko bei FA-Patienten allgemein erhöht. Die kumulative Inzidenz eines Knochenmarksversagens liegt im Alter von 40 Jahren bei etwa 50-90%. Am häufigsten entwickeln FA-Patienten myelodysplastische Syndrome (MDS) oder akute myeloische Leukämien (AML); oftmals bereits im frühen Kindesalter mit kumulativem Erkrankungsrisiko im weiteren Verlauf (30% für MDS und 10% für AML im Alter von 40 Jahren) (Feurstein et al. 2016). Daher ist eine engmaschige Überwachung der Hämatopoese notwendig. Hierzu wird bei FA-Diagnosestellung und im weiteren Verlauf eine Knochenmarkanalyse empfohlen. Diese sollte eine Knochenmarkaspiration, (-biopsie) und eine zytogenetische Untersuchung umfassen (Peffault de Latour & Soulier 2016, Frohnmayer et al. 2020). Sofern dabei keine klonalen Aberrationen festgestellt werden, wird eine jährliche zytogenetische Untersuchung des Knochenmarks empfohlen. Wenn ein aberranter Klon detektiert wird, sollte eine engmaschige Überwachung erfolgen, um eine mögliche klonale Expansion oder klonale Evolution, welche meist mit einer Progression der Erkrankung einhergeht, frühzeitig festzustellen. Außerdem sollte eine zytomorphologische Untersuchung und eine Immunphänotypisierung zur weiteren Charakterisierung der aberranten Zellen durchgeführt werden (Frohnmayer et al. 2020).

Diagnostik der Fanconi Anämie

Die Analysen zur Sicherung der Diagnose einer Fanconi-Anämie werden in Deutschland unter anderem an den Instituten für Humangenetik der Universitäten Würzburg und Berlin sowie an der Universität Düsseldorf durchgeführt.

Die Diagnose der FA wird klassischerweise mittels Chromosomenbruchtest gestellt. Dabei werden in Lymphozyten aus peripherem Blut über DNA-Vernetzung (cross-linking) mittels Mitomycin C (MMC) oder Diepoxybutan (DEB) Chromosomenbrüche induziert. FA-Zellen zeigen dabei eine erhöhte Anzahl an Chromosomenbrüchen gegenüber Wildtyp-Zellen. Ein weiterer diagnostischer Test ist die Zellzyklusanalyse nach MMC-Behandlung mittels Durchflusszytometrie (FACS), wobei FA-Zellen eine Akkumulation im G2-Arrest im Vergleich zu Wildtyp-Zellen zeigen (Auerbach 2009).
Die FA-Diagnostik wird heutzutage wesentlich unterstützt durch Sequenzanalysen der Gene, die die 23 bekannten genetischen Subtypen der FA ausmachen (Longerich et al. 2014, Dong et al. 2015, Bluteau et al. 2016, Dufour 2017, Knies et al. 2017). Der jeweilige FA-Genotyp ist klinisch relevant, da z.B. die genetischen Subtypen FANCD1 (BRCA2-Mutation) und FANCN (PALB2-Mutation) mit einer schweren phänotypischen Ausprägung der FA einhergehen und mit einer frühen Entwicklung von Leukämien (Median 2,2 Jahre) und pädiatrischen Krebserkrankungen verbunden sind (Gille et al. 2012).

Eine Besonderheit, die bei FA-Patienten auftreten kann, ist die somatische Reversion in einem Teil der Blut- und Knochenmarkszellen (Mosaik), wobei der FA-Gendefekt korrigiert wird, was dieser Zellpopulation einen enormen Wachstumsvorteil verschafft. In diesen Fällen ist ein Chromosomenbruchtest in Fibroblasten der Haut nötig, um die Diagnose zu sichern (Auerbach 2009, Frohnmayer et al. 2020).

Therapie der Fanconi Anämie

Klinische Maßnahmen bei FA-Patienten sind die Behandlung mit Androgenen oder Bluttransfusionen zur Stabilisierung des Blutbildes. FA-Patienten weisen aufgrund ihrer defekten DNA-Reparatur eine Hypersensitivität gegenüber DNA-Schädigungen und somit auch gegenüber den meisten Chemotherapien auf. Die einzige kurative Therapie besteht in einer hämatopoetischen Stammzelltransplantation (HSZT). Verbesserte Protokolle und neue Erkenntnisse, wie z.B. die Beobachtung, dass eine HSZT auch ohne Ganzkörperbestrahlung erfolgreich sein kann, haben in den letzten Jahren zu einer deutlich verbesserten Überlebensrate von bis zu 80-90% nach fünf Jahren geführt (Bonfim et al. 2012, MacMillan et al. 2015, Mehta et al. 2017). Als zukünftige alternative kurative Behandlung einer FA werden derzeit in klinischen Studien gentherapeutische Ansätze, wie z. B. die lentiviral vermittelte „Korrektur“ der FA-Mutation in hämatopoetischen Stammzellen getestet (Rio et al. 2019).

Diagnostik maligner hämatologischer Erkrankungen bei Vorliegen einer Fanconi Anämie

Zytomorphologie

Ein MDS bei FA zeichnet sich häufig durch eine refraktäre Zytopenie mit multilineärer Dysplasie mit oder ohne Blastenexzess aus. Ein gewisses Level an Dyserythropoese ist bei FA-Patienten nahezu konstant zu beobachten, weshalb eine leichte Dyserythropoese nicht als Kriterium für ein MDS bei FA herangezogen wird. Eine AML kann primär oder nach einer MDS-Phase diagnostiziert werden. Für die Diagnose einer AML ist dabei eine zytomorphologische Beurteilung ausschlaggebend (Peffault de Latour & Soulier 2016).

Immunphänotypisierung

Gerade vor dem Hintergrund der häufig bei der FA auftretenden Dysplasien, stellt die zytomorphologische Abgrenzung gegenüber einem MDS eine diagnostische Herausforderung dar (Frohnmayer et al. 2020). Die immunphänotypische Detektion aberranter Antigen-Expressionsmuster kann zur Sicherung einer MDS-Diagnose beitragen. Im Falle einer AML bei FA ermöglicht die Durchflusszytometrie die immunologische Charakterisierung der leukämischen Zellen. Die Bestimmung des Leukämie-assoziierten aberranten Immunphänotyps (LAIP) legt den Grundstein für das Monitoring im Therapieverlauf und die Bestimmung der messbaren Resterkrankung (MRD, measurable residual disease).

Chromosomenanalyse

Zytogenetische Aberrationen sind sowohl bei einem MDS als auch bei einer AML bei FA häufig zu finden. Mit Ausnahme von RUNX1-Mutationen finden sich für AML typische zyto- und molekulargenetische Veränderungen sehr selten– stattdessen werden chromosomale Zugewinne und Verluste beobachtet (Butturini et al. 1994, Quentin et al. 2011, Peffault de Latour & Soulier 2016). Zu den häufigsten Aberrationen zählen Zugewinne des langen Armes von Chromosom 1 (+1q; minimale Region 1q23 bis 1q32), Monosomie 7 bzw. Deletionen des langen Armes von Chromosom 7 (-7/7q-) und Zugewinne des langen Armes von Chromosom 3 (+3q; minimale Region 3q25 bis 3q29, inklusive MECOM/EVI1). Weniger häufig sind Deletionen von 5q, 11q, 13q, und 20q, sowie Zugewinne von 9p oder eine Trisomie 8 (Quentin et al. 2011, Peffault de Latour & Soulier 2016). Veränderungen involvieren häufig das RUNX1-Gen auf Chromosom 21q22 (Peffault de Latour & Soulier 2016). 21q22 (RUNX1) Veränderungen können u. a. in Form von Mutationen, Deletionen oder Translokationen auftreten, wobei es sich jedoch nicht um t(8;21)(q22;q22) Translokationen handelt und die Translokationspartner noch weitestgehend uncharakterisiert sind (Quentin et al. 2011, Peffault de Latour & Soulier 2016).

Fluoreszenz in situ Hybridisierung

Während in der konventionellen Chromosomenanalyse 1q-Zugewinne und 7q-Deletionen leicht zu identifizieren sind, können zytogenetisch kryptische 3q-Zugewinne oder RUNX1-Aberrationen auftreten (Quentin et al. 2011, Cioc et al. 2010, Tönnies et al. 2003, Peffault de Latour et al. 2016). Bei kryptischen Veränderungen kann die FISH-Diagnostik die Chromosomenanalyse optimal ergänzen. Dies gilt auch für die Abklärung komplexer Veränderungen (z.B. durch 24-Farben-FISH). Aufgrund der hohen Sensitivität kann FISH auch zur Detektion kleiner Klone beitragen (Peffault de Latour et al. 2016).

Molekulargenetik

Mit Ausnahme von erworbenen RUNX1 Mutationen sind somatische Genmutationen bei Fanconi Anämie selten. Eine molekulargenetische Analyse ermöglicht aufgrund der hohen Sensitivität der molekulargenetischen Methoden – in Anwesenheit molekularer Marker – die Detektion kleiner Klone (Peffault de Latour & Soulier 2016).

Prognose und Staging bei Fanconi Anämie

Chromosomale Aberrationen bei Patienten mit Fanconi Anämie, insbesondere +3q, -7/7q- und RUNX1-Aberrationen, sind meist mit MDS/AML assoziiert und deuten auf eine ungünstige Prognose hin. +1q hingegen stellt ein frühes Ereignis dar und ist in allen Stadien der Fanconi Anämie zu finden und kann daher nicht mit einer malignen Transformation assoziiert werden. Andere Aberrationen wie 5q-, 11q- oder 20q- sind ebenso wie bei nicht-FA-assoziierten MDS-Fällen, jedoch seltener, zu finden und werden nicht als Hinweis für eine ungünstige Prognose betrachtet (Abb. 1). Werden solche nicht-Prognose-relevanten chromosomalen Aberrationen ohne oder mit leichter Zytopenie festgestellt, wird eine engmaschige Überwachung des Knochenmarks (Morphologie und Zytogenetik) empfohlen (Abb. 1).

Sobald im Knochenmark-Staging eine Hochrisiko-Konstellation vorliegt, ist eine HSZT indiziert (Abb. 1). Aufgrund der hohen Toxizität DNA-schädigender Agenzien für FA-Patienten wird standardmäßig vor der Stammzelltransplantation eine Intensitäts-reduzierte Konditionierung (RIC) angewendet (Abb. 1) (Peffault de Latour & Soulier 2016).

Aufgrund des hohen Risikos für sekundäre Malignome sowie für eine chronische Graft-versus-Host Disease (GvHD) wird eine Langzeitüberwachung mit regelmäßigen Untersuchungen bei FA-Patienten dringend empfohlen (Abb. 1) (Peffault de Latour & Soulier 2016).

Prognose und Staging bei Fanconi Anämie

Abbildung 1: Staging und Management von MDS und AML bei FA-Patienten.a Das klassische reduced-intensity conditioning (RIC) besteht aus 90 mg/m2 Fludarabin (je 30 mg/m2 an Tag -4, -3 und -2) und 40 mg/kg Cyclophosphamid (je 10 mg/kg an Tag -5, -4, -3 und -2) im Fall eines gematchten verwandten Spenders. Im Falle eines gematchten nicht-verwandten Spenders wird eine Kombination aus Fludarabin (120 mg/m2), Cyclophosphamid (40 mg/kg) und Ganzkörperbestrahlung (2 Gy) eingesetzt. Die GvHD Prophylaxe besteht aus Mycophenolsäure und Ciclosporin. Im Falle eines gematchten nicht-verwandten Spenders wird zusätzlich Antithymozytenglobulin mit einer Gesamtdosis von 5 mg/kg verabreicht. b Die sequenzielle Strategie setzt sich aus Chemotherapie mit Fludarabin (30 mg/m2 pro Tag für 5 Tage) und Cytarabin (1 g/m2 zwei Mal pro Tag für 5 Tage) mit granulocyte colony-stimulating factor Injektionen (FLAG) und 3 Wochen später RIC (4 Tage Fludarabin, 30 mg/m2; 4 Tage Cyclophosphamid, 10 mg/kg und Ganzkörperbestrahlung, 2 Gy) zusammen. Im Falle eines gematchten nicht-verwandten Spenders wird auch hier zusätzlich Antithymozytenglobulin mit einer Gesamtdosis von 5 mg/kg verabreicht. CGH, comparative genomic hybridization; FLAG, Fludarabin/Cytarabin/granulocyte colony-stimulating factor; GvHD, graft-versus-host disease; HSZT, hämatopoetische Stammzelltransplantation; KI, Knochenmarkinsuffizienz; KM, Knochenmark; SIC, schwere isolierte Zytopenie; SNP, single nucleotide polymorphism (modifiziert nach Peffault de Latour & Soulier 2016).

Weiterführende Literatur zu Fanconi Anämie

Deutsche Fanconi-Anämie-Hilfe e.V. Fanconi Anämie: Ein Handbuch für Eltern, Patienten und ihre Ärzte; auf dem Original von Lynn und Dave Frohnmayer basierende und ergänzte deutsche Überarbeitung. 2005. ISBN 3-00-015621-6.
Download unter: https://fanconi.de/informationen-zur-fa/

Frohnmayer D et al. Fanconi Anemia Clinical Care Guidelines. Fifth Edition.  Fanconi Anemia Research Fund, Inc 2020.
Download unter: https://www.fanconi.org/explore/clinical-care-guidelines

Fanconi Anämie Gen-Datenbank: https://www2.rockefeller.edu/fanconi/

Referenzen

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