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Objectives: An increasing number of treatment-determining biomarkers has been identified in non-small cell lung cancer (NSCLC) and molecular testing is recommended to enable optimal individualized treatment. However, data on implementation of these recommendations in the “real-world” setting are scarce. This study presents comprehensive details on the frequency, methodology and results of biomarker testing of advanced NSCLC in Germany. Patients and methods: This analysis included 3,717 patients with advanced NSCLC (2,921 non-squamous; 796 squamous), recruited into the CRISP registry at start of systemic therapy by 150 German sites between December 2015 and June 2019. Evaluated were the molecular biomarkers EGFR, ALK, ROS1, BRAF, KRAS, MET, TP53, RET, HER2, as well as expression of PD-L1. Results: In total, 90.5 % of the patients were tested for biomarkers. Testing rates were 92.2 % (non-squamous), 70.7 % (squamous) and increased from 83.2 % in 2015/16 to 94.2% in 2019. Overall testing rates for EGFR, ALK, ROS1, and BRAF were 72.5 %, 74.5 %, 66.1 %, and 53.0 %, respectively (non-squamous). Testing rates for PD-L1 expression were 64.5 % (non-squamous), and 58.5 % (squamous). The most common testing methods were immunohistochemistry (68.5 % non-squamous, 58.3 % squamous), and next-generation sequencing (38.7 % non-squamous, 14.4 % squamous). Reasons for not testing were insufficient tumor material or lack of guideline recommendations (squamous). No alteration was found in 37.8 % (non-squamous), and 57.9 % (squamous), respectively. Most common alterations in non-squamous tumors (all patients/all patients tested for the respective biomarker): KRAS (17.3 %/39.2 %), TP53 (14.1 %/51.4 %), and EGFR (11.0 %/15.1 %); in squamous tumors: TP53 (7.0 %/69.1 %), MET (1.5 %/11.1 %), and EGFR (1.1 %/4.4 %). Median PFS (non-squamous) was 8.7 months (95 % CI 7.4–10.4) with druggable EGFR mutation, and 8.0 months (95 % CI 3.9–9.2) with druggable ALK alterations. Conclusion: Testing rates in Germany are high nationwide and acceptable in international comparison, but still leave out a significant portion of patients, who could potentially benefit. Thus, specific measures are needed to increase implementation.

In der vorliegenden Arbeit wurde das Zinkfinger-µ-Protein HVO_2753 des halophilen Archaeons Haloferax volcanii hinsichtlich seiner biologischen Funktion und seiner Struktur charakterisiert. Zinkfinger-µ-Proteine wurden bisher nur sehr wenig untersucht, während ihnen jedoch in den letzten Jahren steigendes Interesse entgegengebracht wird. Im Genom von H. volcanii sind mehr als 40 solcher Zinkfinger-µ-Proteine codiert. Von diesen besitzt mit HVO_2753 lediglich eines nicht nur zwei, sondern vier der charakteristischen C(P)XCG-Muster, was für die Anwesenheit von zwei Zinkfinger-Motiven spricht. Während Homologe von HVO_2753 in vielen Euryachaeota vorkommen und manche davon als Zink-Ribbon RNA-Bindeproteine annotiert sind, ist über ihre Funktion jedoch nichts bekannt. Zur Charakterisierung des Proteins wurde zunächst eine in frame-Deletionsmutante seines Gens erstellt und diese einer phänotypischen Charakterisierung unterzogen. Die Mutante wies, verglichen mit dem Wildtyp, keine Unterschiede im Wachstum in Komplexmedium oder in synthetischem Medium mit Glukose als Kohlenstoffquelle auf. Ein schweres Defizit konnte jedoch sowohl bei der Adhäsion und Biofilmbildung als auch der Schwärmfähigkeit der Deletionsmutante festgestellt werden. Während die Schwärmfähigkeit des Wildtyps durch plasmidische Expression von HVO_2753 in der Deletionsmutante teilweise wiederhergestellt werden konnte, war eine solche Komplementation bei der Biofilmbildung nicht möglich. Die Analyse der Relevanz ausgewählter Aminosäuren, wie beispielsweise das jeweils erste Cystein in jedem C(P)XCG-Muster zeigte, dass die Substitution jeder einzelnen der getesteten Aminosäuren einen Funktionsverlust des Proteins nach sich zieht. Die Untersuchung des HVO_2753-Transkripts mittels Northern Blot-Analyse bestätigte erste Hinweise aus vorangegangenen dRNA- und RNA-Seq-Studien, die eine Co-Transkription von HVO_2753 mit dem Nachbargen HVO_2752, das für den Translations-Elongationsfaktor aEF-1 beta codiert, aufzeigten. Daraufhin erfolgte eine Untersuchung des Ribosomenprofils, bei der keine Unterschiede zwischen der Deletionsmutante und der Überexpressionsmutante von HVO_2753 festgestellt werden konnten. Eine Variante von HVO_2753 mit N-terminalem Hexahistidin-Tag wurde homolog überproduziert und aufgereinigt. Die Überproduktion und Aufreinigung wurden im Zuge dieser Arbeit weiter, speziell für HVO_2753, optimiert. So konnten große Mengen von HVO_2753n überproduziert und bei nativen Salzbedingungen mittels Nickel-Affinitätschromatographie und anschließender Größenausschlusschromatographie aufgereinigt werden. Eine massenspektrometrische Analyse bestätigte sowohl das Molekulargewicht als auch die Abwesenheit posttranslationaler Modifikationen. Die Untersuchung der Menge an gebundenem Zink im Protein erfolgte beim Zink-Assay mit Hilfe des hochsensitiven und hochspezifischen Fluorophors ZnAF-2F. Dabei konnte gezeigt werden, dass überraschenderweise lediglich ein Zink-Ion in HVO_2753 gebunden vorliegt. Zur weiteren Funktionsaufklärung erfolgte eine Interaktionspartnersuche. Hierfür wurde HVO_2753 überproduziert, ein in vivo-Crosslink und anschließend eine native Aufreinung durchgeführt. Die massenspektrometrische Analyse ausgewählter Fraktionen nach der Größenausschlusschromatographie ergaben eine Vielzahl an möglichen Bindepartnern. Besonders häufig wurde hier die GalE family Epimerase/Dehydratase gefunden. Eine weitere Methode zur Suche nach Interaktionspartnern richtete sich auf RNAs. Hier konnten mittels eines eigens entwickelten Protokolls neben RNAs des Translationsapparates auch mehrfach die tRNA(Glu) gefunden werden. Zusätzlich sollte die Transkriptomanalyse mittels RNA-Sequenzierung Unterschiede zwischen Wildtyp, Deletionsmutante und Komplementationsmutante aufzeigen. Hier wurden weitreichende Auswirkungen der Deletion von HVO_2753 gefunden. Zahlreiche Gene in mehreren Operons zur Motilität und Chemotaxis lagen in der Deletionsmutante stark herunterreguliert vor, während die Gene einiger Metallionen-Transporter und der Eisen(III)-Siderophor-Biosynthese hochreguliert vorlagen. In der Komplementationsmutante konnten nur von den letzteren Genen Transkriptlevel vergleichbar mit denen des Wildtyps wiedergefunden werden. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass das kleine Zinkfinger-Protein HVO_2753 eine essenzielle Rolle in der positiven Regulation der Motilität, Chemotaxis und der Adhäsion bzw. Biofilmbildung spielt. Gleichzeitig übt HVO_2753 eine negative Regulation auf den Metallionen-Transport und die Biosynthese des Eisen(III)-Siderophors aus.

The genome of the halophilic archaeon Haloferax volcanii encodes more than 40 one-domain zinc finger µ-proteins. Only one of these, HVO_2753, contains four C(P)XCG motifs, suggesting the presence of two zinc binding pockets (ZBPs). Homologs of HVO_2753 are widespread in many euryarchaeota. An in frame deletion mutant of HVO_2753 grew indistinguishably from the wild-type in several media, but had a severe defect in swarming and in biofilm formation. For further analyses, the protein was produced homologously as well as heterologously in Escherichia coli. HVO_2753 was stable and folded in low salt, in contrast to many other haloarchaeal proteins. Only haloarchaeal HVO_2753 homologs carry a very hydrophilic N terminus, and NMR analysis showed that this region is very flexible and not part of the core structure. Surprisingly, both NMR analysis and a fluorimetric assay revealed that HVO_2753 binds only one zinc ion, despite the presence of two ZBPs. Notably, the analysis of cysteine to alanine mutant proteins by NMR as well by in vivo complementation revealed that all four C(P)XCG motifs are essential for folding and function. The NMR solution structure of the major conformation of HVO_2753 was solved. Unexpectedly, it was revealed that ZBP1 was comprised of C(P)XCG motifs 1 and 3, and ZBP2 was comprised of C(P)XCG motifs 2 and 4. There are several indications that ZBP2 is occupied by zinc, in contrast to ZBP1. To our knowledge, this study represents the first in-depth analysis of a zinc finger µ-protein in all three domains of life.