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Classic Hodgkin lymphoma (cHL) is usually characterized by a low tumour cell content, derived from crippled germinal centre B cells. Rare cases have been described in which the tumour cells show clonal T-cell receptor rearrangements. From a clinicopathological perspective, it is unclear if these cases should be classified as cHL or anaplastic large T-cell lymphoma (ALCL). Since we recently observed differences in the motility of ALCL and cHL tumour cells, here, we aimed to obtain a better understanding of T-cell-derived cHL by investigating their global proteomic profiles and their motility. In a proteomics analysis, when only motility-associated proteins were regarded, T-cell-derived cHL cell lines showed the highest similarity to ALK− ALCL cell lines. In contrast, T-cell-derived cHL cell lines presented a very low overall motility, similar to that observed in conventional cHL. Whereas all ALCL cell lines, as well as T-cell-derived cHL, predominantly presented an amoeboid migration pattern with uropod at the rear, conventional cHL never presented with uropods. The migration of ALCL cell lines was strongly impaired upon application of different inhibitors. This effect was less pronounced in cHL cell lines and almost invisible in T-cell-derived cHL. In summary, our cell line-derived data suggest that based on proteomics and migration behaviour, T-cell-derived cHL is a neoplasm that shares features with both cHL and ALCL and is not an ALCL with low tumour cell content. Complementary clinical studies on this lymphoma are warranted.
In pathology, tissue images are evaluated using a light microscope, relying on the expertise and experience of pathologists. There is a great need for computational methods to quantify and standardize histological observations. Computational quantification methods become more and more essential to evaluate tissue images. In particular, the distribution of tumor cells and their microenvironment are of special interest. Here, we systematically investigated tumor cell properties and their spatial neighborhood relations by a new application of statistical analysis to whole slide images of Hodgkin lymphoma, a tumor arising in lymph nodes, and inflammation of lymph nodes called lymphadenitis. We considered properties of more than 400, 000 immunohistochemically stained, CD30-positive cells in 35 whole slide images of tissue sections from subtypes of the classical Hodgkin lymphoma, nodular sclerosis and mixed cellularity, as well as from lymphadenitis. We found that cells of specific morphology exhibited significant favored and unfavored spatial neighborhood relations of cells in dependence of their morphology. This information is important to evaluate differences between Hodgkin lymph nodes infiltrated by tumor cells (Hodgkin lymphoma) and inflamed lymph nodes, concerning the neighborhood relations of cells and the sizes of cells. The quantification of neighborhood relations revealed new insights of relations of CD30-positive cells in different diagnosis cases. The approach is general and can easily be applied to whole slide image analysis of other tumor types.
Aims: The examination of histological sections is still the gold standard in diagnostic pathology. Important histopathological diagnostic criteria are nuclear shapes and chromatin distribution as well as nucleus-cytoplasm relation and immunohistochemical properties of surface and intracellular proteins. The aim of this investigation was to evaluate the benefits and drawbacks of three-dimensional imaging of CD30+ cells in classical Hodgkin Lymphoma (cHL) in comparison to CD30+ lymphoid cells in reactive lymphoid tissues.
Materials and results: Using immunoflourescence confocal microscopy and computer-based analysis, we compared CD30+ neoplastic cells in Nodular Sclerosis cHL (NScCHL), Mixed Cellularity cHL (MCcHL), with reactive CD30+ cells in Adenoids (AD) and Lymphadenitis (LAD). We confirmed that the percentage of CD30+ cell volume can be calculated. The amount in lymphadenitis was approx. 1.5%, in adenoids around 2%, in MCcHL up to 4,5% whereas the values for NScHL rose to more than 8% of the total cell cytoplasm. In addition, CD30+ tumour cells (HRS-cells) in cHL had larger volumes, and more protrusions compared to CD30+ reactive cells. Furthermore, the formation of large cell networks turned out to be a typical characteristic of NScHL.
Conclusion: In contrast to 2D histology, 3D laser scanning offers a visualisation of complete cells, their network interaction and spatial distribution in the tissue. The possibility to differentiate cells in regards to volume, surface, shape, and cluster formation enables a new view on further diagnostic and biological questions. 3D includes an increased amount of information as a basis of bioinformatical calculations.
As current classical Hodgkin lymphoma (cHL) treatment strategies have pronounced side-effects, specific inhibition of signaling pathways may offer novel strategies in cHL therapy. Basal autophagy, a regulated catabolic pathway to degrade cell's own components, is in cancer linked with both, tumor suppression or promotion. The finding that basal autophagy enhances tumor cell survival would thus lead to immediately testable strategies for novel therapies. Thus, we studied its contribution in cHL.We found constitutive activation of autophagy in cHL cell lines and primary tissue. The expression of key autophagy-relevant proteins (e.g. Beclin-1, ULK1) and LC3 processing was increased in cHL cells, even in lymphoma cases. Consistently, cHL cells exhibited elevated numbers of autophagic vacuoles and intact autophagic flux. Autophagy inhibition with chloroquine or inactivation of ATG5 induced apoptosis and reduced proliferation of cHL cells. Chloroquine-mediated inhibition of basal autophagy significantly impaired HL growth in-vivo in NOD SCID γc-/- (NSG) mice. We found that basal autophagy plays a pivotal role in sustaining mitochondrial function.We conclude that cHL cells require basal autophagy for growth, survival and sustained metabolism making them sensitive to autophagy inhibition. This suggests basal autophagy as useful target for new strategies in cHL treatment.
Background: Increased glycolytic activity is a hallmark of cancer, allowing staging and restaging with 18F-fluorodeoxyglucose-positron-emission-tomography (PET). Since interim-PET is an important prognostic tool in Hodgkin lymphoma (HL), the aim of this study was to investigate the expression of proteins involved in the regulation of glucose metabolism in the different HL subtypes and their impact on clinical outcome.
Methods: Lymph node biopsies from 54 HL cases and reactive lymphoid tissue were stained for glucose transporter 1 (GLUT1), lactate dehydrogenase A (LDHA) and lactate exporter proteins MCT1 and MCT4. In a second series, samples from additional 153 HL cases with available clinical data were stained for GLUT1 and LDHA.
Results: Membrane bound GLUT1 expression was frequently observed in the tumor cells of HL (49% of all cases) but showed a broad variety between the different Hodgkin lymphoma subtypes: Nodular sclerosing HL subtype displayed a membrane bound GLUT1 expression in the Hodgkin-and Reed-Sternberg cells in 56% of the cases. However, membrane bound GLUT1 expression was more rarely observed in tumor cells of lymphocyte rich classical HL subtype (30%) or nodular lymphocyte predominant HL subtype (15%). Interestingly, in both of these lymphocyte rich HL subtypes as well as in progressively transformed germinal centers, reactive B cells displayed strong expression of GLUT1. LDHA, acting downstream of glycolysis, was also expressed in 44% of all cases. We evaluated the prognostic value of different GLUT1 and LDHA expression patterns; however, no significant differences in progression free or overall survival were found between patients exhibiting different GLUT1 or LDHA expression patterns. There was no correlation between GLUT1 expression in HRS cells and PET standard uptake values.
Conclusions: In a large number of cases, HRS cells in classical HL express high levels of GLUT1 and LDHA indicating glycolytic activity in the tumor cells. Although interim-PET is an important prognostic tool, a predictive value of GLUT1 or LDHA staining of the primary diagnostic biopsy could not be demonstrated. However, we observed GLUT1 expression in progressively transformed germinal centers and hyperplastic follicles, explaining false positive results in PET. Therefore, PET findings suggestive of HL relapse should always be confirmed by histology.
Die Hodgkin/Reed-Sternberg Zellen des klassischen Hodgkin Lymphoms stammen von Keimzentrums-B-Zellen ab. Dennoch prägen sie fast keine B-Zell-spezifischen Gene aus, stattdessen ko-exprimieren sie Marker anderer hämatopoetischer Linien. Die Ursache für den Verlust des B-Zell-Phänotyps ist weitestgehend unbekannt, da die Transkriptionsfaktoren E2A und PAX5, die in reifen B-Zellen zur Aufrechterhaltung der Expression B-Zell-spezifischer Gene essentiell sind, von primären HRS Zellen ausgeprägt werden. Allerdings wird PAX5 im Vergleich zu normalen B-Zellen deutlich schwächer exprimiert. E2A wird durch direkte Interaktion mit dem inhibitor of DNA binding, ID2, negativ reguliert. ID2 besitzt eine bHLH-Struktur und dimerisiert mit Transkriptionsfaktoren. Da ihm jedoch die DNA-bindende Domäne fehlt, wird die Bindung der Heterodimere an die DNA verhindert und die Transkriptionsfaktoren somit inaktiviert. In hämatopoetischen Zellen scheint die ID2-Expression die B-Zell-Entwicklung und auch die Expression B-Zell-spezifischer Gene zu unterdrücken und stattdessen die Ausprägung von Genen anderer Linien zu unterstützen. In reifen B-Zellen wird ID2 während der Plasmazellentwicklung bei gleichzeitigem Verlust der Expression B-Zell-spezifischer Gene stark exprimiert. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass ID2, das in normalen B-Zellen nicht detektiert werden konnte, dagegen in allen HL-Fällen nicht nur auf RNA-Ebene, sondern auch auf Proteinebene stark exprimiert wird. Ko-Immunopräzipitation des E2A mit ID2 aus HL-Zelllinien zeigte die Interaktion und somit vermutlich auch die transkriptionelle Inaktivierung des E2A durch ID2, wodurch es zum Verlust der Expression B-Zell-spezifischer Gene kommt. Darüber hinaus wird PAX5 zusammen mit EBF durch E2A induziert. So führt die ID2-vermittelte E2A-Inaktivierung im HL vermutlich dazu, dass ID2 via EBF auch die Regulation von PAX5 beeinflusst. PAX5 spielt bei der Differenzierung eine duale Rolle, denn es aktiviert nicht nur B-Zell-spezifische Gene, sondern es unterdrückt auch die Gene anderer Linien. Demnach könnte ID2 auch an der Expression der nicht-B-Zell-spezifischen Gene im HL beteiligt sein. Darüber hinaus ist ID2 im HL durch die E2A-Inaktivierung via EBF auch möglicherweise an der schwächeren Expression des PAX5 im Vergleich zu normalen B-Zellen beteiligt. Obwohl das ID2-Protein in den HL-Zelllinien durch RNA-Interferenz erfolgreich reduziert werden konnte, zeigte sich allerdings weder eine Änderung der Proteinexpression der B-Zell-spezifischen Gene CD19 und CD79A noch der Gene anderer hämatopoetischer Linien GATA-3 und M-CSF-R. Unabhängig von seiner möglichen Beteiligung an der Dedifferenzierung der HRS Zellen im HL, spielt ID2 vermutlich auch eine weitere Rolle in der Pathogenese des HL. Verschiedene Interaktionen weisen darauf hin, dass ID2 auch an der Regulation des Zellzyklus beteiligt ist. Zum einen konnte in dieser Arbeit die Interaktion des ID2 mit dem HLH-Protein HEF1 zumindest in einer der HL-Zelllinien gezeigt werden. HEF1 ist ein Aktivator der Aurora Kinase 1, welche nach Aktivierung Gene phosphoryliert, die den Ablauf der Mitose begünstigen. Zum anderen konnte der negative Zellzyklusregulator p21Cip1 in HL-Zelllinien durch RNAi-vermittelte Reduktion des ID2-Proteins als ID2-Target-Gen identifiziert werden. Auch wenn die Interaktion mit RB, dem zur Familie der Pocket-Proteine gehörenden Schlüsselregulator des Zellzyklusverlaufs, in HL-Zelllinien nicht nachgewiesen werden konnte, zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit, dass die aberrante ID2-Expression offenbar an der Veränderung des Zellzyklus im HL beteiligt ist. Sie lassen jedoch noch keinen endgültigen Schluss zu. Wie in dieser Arbeit gezeigt wurde, wird ID2 ebenfalls im analplastisch großzelligen T-Zell-Lymphom aberrant exprimiert. Auch eine Interaktion mit E2A, das auch in der T-Zell-Entwicklung eine Rolle spielt, konnte gezeigt werden. Nicht zuletzt scheint demnach ID2 auch in der Dedifferenzierung des ALCL ein wichtiger Faktor zu sein. ID2 wird im HL aberrant exprimiert und es konnte die Interaktion mit E2A in den HL-Zelllinien nachgewiesen werden, wodurch die transkriptionelle Aktivität des E2A vermutlich inhibiert wird. Auch wenn in Folge der RNAi-vermittelten Herunterregulation von ID2 in den HL-Linien weder eine Re-Expression B-Zell-spezifischer Gene noch eine Beeinflussung der Expression Marker andere hämatopoetischer Linien gefunden werden konnte, spielt ID2 vermutlich dennoch eine wichtige Rolle in der Dedifferenzierung der HRS Zellen im HL. Unabhängig davon konnte der negative Zellzyklusregulator p21Cip1 als ID2-Target-Gen identifiziert und eine Interaktion mit HEF1 gezeigt werden. Demnach ist ID2 möglicherweise nicht nur an der Dedifferenzierung, sondern auch an der Dysregulation des Zellzyklus im HL beteiligt und somit ein wichtiger Faktor in der Pathogenese des HL.