Refine
Document Type
- Doctoral Thesis (9)
Has Fulltext
- yes (9)
Is part of the Bibliography
- no (9)
Institute
- Medizin (4)
- Pharmazie (4)
- Biochemie und Chemie (1)
- Biochemie, Chemie und Pharmazie (1)
Die akute myeloische Leukämie (AML) ist eine klonale Erkrankung einer myeloischen Vorläuferzelle, welche nicht zur geregelten Selbsterneuerung und terminalen Differenzierung in der Lage ist. Es kommt zur Anhäufung von unreifen Zellen im Knochenmark und peripheren Blut. Häufig werden in AML-Patienten reziproke Chromosomentranslokationen wie t(6;9), t(8;21) und t(15;17) detektiert. Diese Translokationen führen zu Genfusionen und bilden die Fusionsproteine DEK/CAN, AML1/ETO und PML/RARα. In dieser Arbeit wurde DEK/CAN untersucht, das Fusionsprodukt der Translokation t(6;9).
Die t(6;9)-positive Leukämie zeichnet sich durch eine äußerst schlechte Prognose aus sowie einem Eintritt der Krankheit bereits im jungen Erwachsenenalter. Aus diesen Gründen wird die t(6;9)-positive Leukämie nach der neuen WHO-Klassifikation als eigene Entität geführt. Das leukämogene Potential des Fusionsproteins DEK/CAN wurde bereits nachgewiesen, der Mechanismus der Leukämieinduktion ist jedoch völlig ungeklärt.
Von den Leukämie-assoziierten Fusionsproteinen AML1/ETO und PML/RARα ist bekannt, dass sie mutierte Transkriptionsfaktoren sind und die lokale Zusammen-setzung chromatin-assoziierter Proteine beeinflussen. Durch die aberrante Rekrutierung von chromatin-modifizierenden Faktoren kommt es zur Deregulierung von differenzierungsrelevanten Genen. Ziel dieser Arbeit war es daher zu ermitteln, ob es sich bei DEK/CAN ebenso um einen aberranten Transkriptionsfaktor mit Einfluss auf das Chromatin handelt.
Dazu wurden zunächst folgende Grundeigenschaften eines Transkriptionsfaktors untersucht: nukleäre Lokalisation und Chromatinassoziation. Immunfluoreszenz-untersuchungen bestätigten eine nukleäre Lokalisation von DEK/CAN. Es zeigte sich dabei, dass die Fusion mit CAN eine Umverteilung von DEK zur Folge hat. Während DEK diffus im Zellkern verteilt ist, zeigt das Fusionsprotein ein punktiertes Muster. Anschließend wurde die Assoziation von DEK/CAN zum Chromatin mit Hilfe von Zellfraktionierungsexperimenten nachgewiesen. Dabei konnte DEK/CAN aus der gleichen nukleären Fraktion eluiert werden wie andere chromatin-assoziierte Proteine.
Es stellte sich daraufhin die Frage, ob DEK/CAN die epigenetische Maschinerie beeinflussen und möglicherweise Veränderungen von Chromatinmodifikationen verursachen kann. Hierfür wurde die globale Verteilung der Histonmethylierungen H3K9me3, H3K27me3, H3K4me2 und H4R3me2 in An- und Abwesenheit von DEK/CAN untersucht. Es stellte sich heraus, dass DEK/CAN die Verbreitung von H4R3me2 maßgeblich beeinflusst. Histonmethylierungen regulieren das Expressionsniveau der gebundenen DNA, weshalb DEK/CAN durch seine Wirkung auf H4R3me2 die Deregulierung tumorrelevanter Gene verursachen könnte.
AML-assoziierte Fusionsproteine verändern die lokale Zusammensetzung von chromatin-modifizierenden Faktoren, indem sie oligomerisieren und so mehr Inter-aktionsmöglichkeiten für chromatin-modifizierende Proteine schaffen. Eine Gemein-samkeit aller AML-assoziierten Fusionsproteine ist der Besitz einer Oligomeri-sierungsoberfläche. Die putative Coiled coil (CC)-Domäne von CAN wurde hinsichtlich ihres Einflusses auf das leukämogene Potential und der Fähigkeit zur Bildung von Oligomeren untersucht, denn auch beim APL-spezifischen Fusionsprotein PML/RARα ist eine CC-Domäne für die Akkumulation verantwortlich. Die Deletion einzelner Helices aus der putativen CC-Domäne von DEK/CAN führte im CFU-S12 Assay zur Reduktion der Kolonienbildung. Damit konnte gezeigt werden, dass die Integrität der putativen CC-Domäne für den proliferationsstimulierenden Effekt von DEK/CAN auf das Kompartiment der Stammzellen notwendig ist. Eine Funktion als Oligomerisierungsoberfläche wurde für die CC-Domäne jedoch ausgeschlossen.
DEK ist ein nukleäres Phosphoprotein mit vielfältigen Funktionen, die unter anderem durch seinen Phosphorylierungsstatus gesteuert werden. Um die Relevanz der Phosphorylierungsstellen für das leukämogene Potential von DEK/CAN zu ermitteln, wurden DEK- und DEK/CAN-Mutanten erstellt, die nur partiell phosphorylierbar sind. Tatsächlich zeigte ein CFU-S12 Assay, dass die Mutation dieser Phosphorylierungsstellen zur Reduktion der Milzkolonienzahl und damit zur Aufhebung des leukämogenen Potentials führt. Außerdem hebt die Mutation der Phosphorylierungsstellen den DEK-vermittelten Effekt der Apoptoseresistenz auf.
Mit dieser Arbeit wurde durch Chromatinuntersuchungen und Struktur-Funktions-analysen ein Beitrag zur Entschlüsselung des leukämogenen Mechanismus von DEK/CAN geleistet.
Bei ca. 95% der chronisch myeloischen Leukämie (CML) und 20-30% der akuten lymphatischen Leukämie (ALL) des Erwachsenen liegt eine reziproke Chromosomentranslokation t(9;22)(q34;q11) vor, in deren Rahmen das BCR (Breakpoint Cluster Region) Gen auf Chromosom 22 mit dem ABL (Abelson-Leukämie-Virus) Gen auf Chromosom 9 fusioniert. Auf Chromosom 22 gibt es zwei verschiedene Bruchpunkte, die somit zur Bildung von unterschiedlichen Fusionsgenen führen. Bei der CML findet man den sogenannten „großen“ Bruchpunkt (M-bcr), während bei der Ph+ ALL der sogenannte „kleine“ Bruchpunkt (m-bcr) vorkommt. Das hybride Fusionsgen auf Chromosom 22q+ (Philadelphia-Chromosom) kodiert für das jeweilige BCR/ABL Protein, während das Fusionsgen auf Chromosom 9q+ für das reziproke ABL/BCR Protein kodiert. Das ABL-Protein ist eine Nicht-Rezeptor Tyrosinkinase, die eine wichtige Rolle in der Signaltransduktion und der Regulation des Zellwachstums spielt. Im BCR/ABL Fusionsprotein wird die Kinase-Aktivität von ABL, die im Normalfall streng reguliert ist, durch die Fusion mit BCR konstitutiv aktiv. Dadurch kommt es zur Deregulierung intrazellulärer Signalwege, welche die maligne Transformation hämatopoetischer Zellen verursacht. Eine zielgerichtete Inhibierung von BCR/ABL mittels ABL-Kinase-Inhibitoren induziert Apoptose in BCR/ABL transformierten Zellen, was eine komplette Remission im größten Teil Ph+ Leukämie Patienten zur Folge hat.
Die akute myeloische Leukämie (AML) ist charakterisiert durch einen Differenzierungsblock sowie aberrante Selbsterneuerung („self-renewal“) hämatopoetischer Vorläuferzellen im Knochenmark (Grignani, 1993). Bei Patienten mit akuter Promyelozyten-Leukämie (APL), einem Subtyp der AML, bezeichnet als M3 gemäß FAB(„French-American-British“)-Klassifikation, ist dieser Phänotyp induziert durch die spezifischen Leukämie-assoziierten chromosomalen Translokationen t(15;17) sowie t(11/17). Beide involvieren einen identischen Anteil des Retinsäure-Rezeptors Alpha (RAR-Alpha) und jeweils entweder Gene der Promyelozyten-Leukämie (PML) oder promyelozytäre Zinkfinger (PLZF). Durch homologe Oligomerisierung, vermittelt durch die PCC(“coiled-coil”)-Domäne beim PML (Grignani, 1999) und die BTB/POZDomäne beim PLZF (Benedetti, 1997), formieren die Fusionsproteine PML/RAR und PLZF/RAR-Alpha in vivo HMW(“high molecular weight“)-Komplexe (Melnick, 1999). Im Vergleich zum RAR-Alpha von Wildtyp-Zellen zeigen diese erhöhte Affinität zu “Histone-Deacetylase-Recruiting-Nuclear- Corepressor”-Komplexen, was über aberrante Rekrutierung der Histon- Deazetylase zu konstitutiver Hypoazetylierung der Histone und schließlich zur Blockade der Transkription von Genen, die für eine Ausdifferenzierung von hämatopoetischen Vorläuferzellen bedeutsam sind, führt. Gegenstand der vorliegenden Dissertation ist das molekulare Targeting der Oligomerisierungsdomänen von PML/RAR-Alpha und PLZF/RAR-Alpha in vitro. Hierfür werden retrovirale Vektoren mit artifiziellen Fusionsgenen kloniert. Diese bestehen aus jeweils PCC-ABL oder POZ-ABL, welche sich aus der ABLKinase des Philadelphia-Chromosoms BCR/ABL und den spezifischen Oligomerisierungsdomänen von PML/RAR-Alpha und PLZF/RAR-Alpha zusammensetzen sowie den Peptiden PCC und POZ mit analogen Strukturen zu diesen Domänen. Fusionen der ABL-Kinase mit den Oligomerisierungsdomänen von PML und PLZF führen wie bei BCR (Beissert, 2003) zur konstitutiven ABLAktivität und vermitteln IL-3-unabhängiges Wachstum von Ba/F3-Zellen (murine Pro-B-Zelllinie). Die jeweils koexprimierten Peptide lagern sich an die analogen Proteinstrukturen von PCC-ABL und POZ-ABL an und stören deren homologe Oligomerisierung, was die IL-3-Unabhängigkeit gänzlich aufhebt. Dies wird über Wachstumskurven, Durchflusszytometrie (FACS) und Westernblot gezeigt. Folgend werden Vektoren zur Koexpression der kompletten APLcharakterisierenden Fusionsgene PML/RAR-Alpha und PLZF/RAR-Alpha zusammen mit identischen Peptiden kloniert, um mit diesen Sca1+/lin--selektionierte, murine, hämatopoetische Stammzellen zu infizieren. Deren Differenzierungsgrad wird über Zählung der Kolonien-formenden Einheiten (“Colony Forming Units” - CFUs), über deren Kolonie-Morphologie, deren Zytologie sowie Stammzell- und Differenzierungsoberflächenmarker bestimmt. Die Kontrollen mit alleiniger Expression der Fusionsproteine sowie zusammen mit vertauschten Peptiden zeigen die bekannte Morphologie von Promyelozyten, während die Koexpression der interferierenden Peptide zu deutlich akzelerierter Ausdifferenzierung führt. Eine erhöhte Replating-Effizienz durch die aberrante Fähigkeit zur Selbsterneuerung, eine typische Eigenschaften leukämischer Blasten, wird unter Einfluss interferierender Peptide nicht beobachtet. Hierfür wird ursächlich eine Störung der HMW-Komplex-Bildung beschrieben. Die Fusionsproteine PML/RAR-Alpha und PLZF/RAR-Alpha werden durch dieses Targeting über Westernblot nicht mehr nachgewiesen und somit als proteasomal degradiert angenommen. Das Vorliegen der Fusionsgene von PML/RAR-Alpha und PLZF/RAR-Alpha in den bei diesen Experimenten verwendeten Zellen kann auf RNA-Ebene über RT-PCR gezeigt werden. Zusammenfassend beschreibt die Koexpression von spezifischen Peptiden, die mit Oligomerisierungsdomänen von Fusionsproteinen, wie hier PML/RAR-Alpha und PLZF/RAR-Alpha, interferieren, einen neuen, vielversprechenden Ansatz bei der Therapie von Leukämien.
Das Philadelphia-Chromosom (Ph) ist das zytogenetische Korrelat der Translokation t(9;22). 95% der chronisch myeloischen Leukämien (CML) und 20-25% der akuten lymphatischen Leukämien (ALL) des Erwachsenen sind Ph-positiv (Ph+). Bei der t(9;22) kommt es zur Fusion des abl -locus auf Chromosom 9 und des bcr-locus auf Chromosom 22. Dies führt zur Bildung des chimären bcr/abl Gens, welches für das BCR/ABL Fusionsprotein kodiert, das für die Pathogenese der Ph+ Leukämien verantwortlich gemacht wird. Das ABL-Protein ist eine nicht-Rezeptor Tyrosinkinase, die eine wichtige Rolle in der Signaltransduktion und der Regulation des Zellwachstums spielt. Im BCR/ABL-Fusionsprotein wird die Kinase-Aktivität von ABL, die im Normalfall streng reguliert ist, durch die Fusion mit BCR konstitutiv, das heißt andauernd, aktiviert. Dadurch kommt es zur Deregulierung vielfältiger intrazellulärer Signalwege, was die maligne Transformation hämopoetischer Zellen zur Folge hat. Mit dem spezifischen ABL-Kinaseinhibitor Imatinib steht seit wenigen Jahren ein tumorzellspezifischer Wirkstoff für die Therapie der Ph+ Leukämien zur Verfügung, der bei der Mehrzahl der Patienten zur hämatologischen Vollremission führt. Insbesondere bei Patienten mit CML-Blastenkrise und Ph+ ALL kommt es durch klonale Expansion Imatinib-resistenter Zellen jedoch zu einem frühen Therapie-refraktären Rezidiv der Krankheit. Aufgrund der Problematik Imatinib-resistenter Rezidive wurden und werden "Nachfolger" von Imatinib mit dem Ziel entwickelt, die hohe Spezifität beizubehalten und wesentlich höhere Affinitäten zu erreichen. Derzeit befinden sich vielversprechende Substanzen in klinischen Studien: Nilotinib (Nilotinib, Novartis, Basel) ist ein spezificher ABL-Kinase Inhibitor der eine ca. 20-mal höhere Affinität gegenüber BCR/ABL hat als Imatinib. Dasatinib (BMS-354825, Bristol-Myers Squibb; New York) hat eine 325-fach höhere Affinität als Imatinib und wurde ursprünglich als Src-Kinase Inhibitor entwickelt. Die sehr hohe Affinität für die ABL-Kinase wurde erst später festgestellt (O'Hare et al., 2005b). Bei beiden Substanzen konnte eine Wirksamkeit auf die meisten klinisch relevanten Imatinib-resistenten BCR/ABL-Mutationen gezeigt werden (O'Hare et al., 2005b). Die Mutation T315I bildet die wichtigste Ausnahme. Ziel dieser Arbeit war es, die Grundlagen für neue, tumorzellspezifiche Therapiestrategien für die Behandlung BCR/ABL-positiver Leukämien, sowie deren imatinibresistenten Mutationen zu legen. Die Oligomerisierung spielt für die Aktivierung von BCR/ABL eine grundlegende Rolle und wird durch die N-terminale BCR-coiled-coil Region vermittelt. In unserer Arbeitsgruppe konnte eindeutig gezeigt werden, dass die Oligomerisierungsdomäne von BCR/ABL ein therapeutischer Angriffspunkt für ein kleines Peptid, der Helix-2, für die Behandlung Ph+ Leukämien darstellt. Der Einfluss der Helix-2 auf die Oligomerisierung des BCR/ABL Wildtyps und der damit verbundenen Sensitivitätssteigerung gegenüber Imatinib wurde in unserer Arbeitsgruppe genauestens untersucht und führte zu folgender Fragestellung: Welchen Einfluss hat die Helix-2 auf BCR/ABL Mutationen? Inwieweit ist es möglich die Imatinibresistenz bestimmter Mutationen durch Helix-2 Peptide zu vermindern oder zu überwinden? Welchen Einfluss hat die Helix-2 auf die Wirkung des Kinaseinhibitors Dasatinib verglichen mit Imatinib? Von den drei ausgewählten Punktmutationen Y253F, E255K und T315I war es bei zweien, nämlich den Mutationen Y253F und E255K, möglich die Imatinibresistenz nach Einbringen der Helix-2 in die Zellen zu überwinden. In Gegenwart von Dasatinib konnte durch die Helix-2 Peptide keine Sensitivitätssteigerung erreicht werden. Dies ist durch das verschieben des Gleichgewichtes von der aktiven hin zur inaktiven Konformation der ABL-Kinase durch die Helix-2 Peptide und durch die unterschiedlichen Angriffspunkte der zwei Tyrosinkinaseinhibitoren zu erklären. So bindet Dasatinib an der aktiven ABL-Kinase, Imatinib an der inaktiven ABL-Kinase. Die Mutation T315I warf durch ihre Resistenz gegenüber den Helix-2 Peptiden und ihrer Unabhängigkeit von der Tyrosinkinaseaktivität, eine neue Fragestellung bezüglich ihrer Arbeitsweise auf, welche im zweiten Teil dieser Arbeit untersucht wurde: Ist die 185(BCR=ABL)-T315I Mutation unabhängig von ihrer Tyrosinkinaseaktivität? Um dieser Fragestellung nach zu gehen untersuchten wir das Transformationpotential von unmutiertem p185(BCR=ABL) Deletionsmutanten, denen die Oligomerisierungsdomäne, die Coiled-Coil Domäne fehlt, und deren dazugehörigen Mutationen Y253F, E255K und T315I, denen ebenfalls die CC-Domäne fehlt. Nach Analyse aller Ergebnisse zeigte sich, dass die Mutation T315I in allen Versuchen eine Ausnahme darstellte und in allen Zellsystemen trotz fehlender CC-Domäne in der Lage ist die Zellen zu transformieren. Diese Tatsache beweist, dass die Mutation T315I unabhängig von ihrer Tyrosinkinaseaktivität das Potential zur Transformation besitzt. Die weitere Untersuchung dieser Mutation und ihrer Arbeitsweise könnte in Zukuft neue Wege aufweisen um die Aktivität dieser Mutation anzugreifen und therapeutisch gegen sie vorzugehen.
Acute myeloid leukemia is a hematopoietic stem cell disorder and a type of acute leukemia which is characterized by clonal proliferation of myeloid precursors with a reduced capacity to differentiate into more mature cellular elements. Clinically AML is characterized by a high degree of heterogeneity with respect to chromosome abnormalities, gene mutations, and changes in expression of multiple genes and microRNAs. Cytogenetic abnormalities can be detected in approximately 50% to 60% of newly diagnosed AML patients. Majority of AML cases are associated with chromosomal aberrations, more specifically translocations that often result in gene arrangements and expression of aberrant fusion proteins. This study was carried out with two fusion proteins: PML/RARα and DEK/CAN which results from the translocations t(15;17) and t (6,9) respectively. PML/RARα is the most common translocation (97%) and the main driver in Acute Promyelocytic Leukemia (APL), a wellcharacterized and well treatable subtype of AML. In contrast, DEK/CAN occurs in 1-5% of AML, associated with poor prognosis and defines a high risk group in AML. The expression of PML/RARα results in a fusion protein that acts as a transcriptional repressor by interfering with gene expression programs involved in differentiation, apoptosis, and selfrenewal. Current therapy focused on the targeting of PML/RARα fusion protien. Success has been achieved by using either ATRA, anthracyclines and Arsenic trioxide or their combinations. These agents induce differentiation in PML/RARα positive AML and hence called differentiation therapy. In comparison with ATRA, ATO and anthracyclines are poor cellular differentiation agents. Despite early promise, several studies have reported that differentiation therapy is unable to target/eradicate leukemic stem cells or eradicate the disease. Therefore current therapeutic focus is to eliminate leukemic stem cells and achieve complete molecular remission not only in APL but also in acute lymphoblastic leukemia and chronic myeloid leukemia as well. Key enzymes of the eicosanoid pathways in the arachidonic acid metabolism, such as COX1/2 as well as the 5-LO have been shown to be good targets for leukemic stem cell therapy approach in AML by interfering with the Wntsignaling which is known to be indispensable for the pathogenesis of AML. Recently it was reported that the third eicosanoid pathway based on the cytochrome P450 (CYP) enzymes interferes with Wnt-signaling as well as with the proliferation and mobilization of hematopoietic stem cells...
Die Entwicklung Philadelphia Chromosom-positiver (Ph+) chronischer myeloischer und
akuter lymphatischer Leukämie (CML und ALL) ist auf das Verschmelzen von ABL-und
BCR-Gensequenzen zurückzuführen. Die Bildung dieses BCR/ABL-Fusionsprotein führt
zu einer konstitutiv gesteigerten ABL-Tyrosinkinase-Aktivität mit der Folge einer
Deregulierung vielfältiger intrazellulärer Signalwege und der Induktion des
leukämischen Phänotyps.
Eine zielgerichtete Inhibierung von BCR/ABL mit Hilfe von ABL-Kinase-Inhibitoren
induziert Apoptose in BCR/ABL-transformierten Zellen und hat eine komplette
hämatopoetische Remission in Ph+ Leukämie-Patienten in der chronischen Phase zur
Folge. Eine große Zahl an Patienten mit fortgeschrittener Ph+ Leukämie erleidet
allerdings einen Rückfall und entwickelt Resistenzen gegen die molekularen
Therapeutika. Ein Hauptgrund für die Resistenzentwicklung sind Punktmutationen im
Bereich der ABL-Tyrosinkinase.
Die Punktmutation T315I ist als einzige Mutation gegen alle bisher entwickelten
Medikamente resistent. Sie ist auf eine Punktmutation von Threonin zu Isoleucin an
einer äußerst kritischen Stelle, der so genannten „Gatekeeper-Position“
zurückzuführen. Die T315I scheint nicht nur die Bindungsaffinität der Kinase-
Inhibitoren zu verhindern, sondern erzeugt zusätzliche Eigenschaften, die das
leukämogene Potential von BCR/ABL verstärken.
Ziel dieser wissenschaftlichen Arbeit war es daher, den Einfluss der T315I auf das
transformatorische Potential von BCR/ABL aufzuklären. Es konnte gezeigt werden, dass
die T315I sowohl bei p185BCR/ABL, als auch bei p210BCR/ABL zu einem gesteigerten und
Faktor-unabhängigen Wachstum führt. Zudem wurde im Rahmen einer Struktur-
Funktionsanalyse verdeutlicht, dass die T315I unabhängig von BCR-Sequenzen in der
Lage ist, Faktor-unabhängiges Zellwachstum in 32D- und Ba/F3-Zellen, aber nicht
klassisches Transformationspotential in Fibroblasten zu vermitteln.
106
Ebenfalls war Gegenstand der experimentellen Arbeiten die Untersuchung, ob die
durch die T315I-vermittelte Resistenz gegenüber der Hemmung der Oligomerisierung
durch kompetitive Peptide von der Präsenz von BCR-Funktionsdomänen abhängt,
welche für die Aktivierung der Ras-Signalwege unerlässlich sind.
Es konnte nachgewiesen werden, dass die T315I-Punktmutation nur dann Resistenz
gegenüber der Hemmung der Oligomerisierung induziert, wenn BCR-Sequenzen als
Ausgangspunkt für den Ras-Signalweg (Tyr 177), in den verwendeten Konstrukten
vorhanden sind. Fehlen BCR-Sequenzen, so hemmen die kompetitiven Peptide auch
T315I-positive BCR/ABL-Deletionsmutanten.
Darüber hinaus wurde im Rahmen dieser Arbeit versucht, neue Lösungsansätze in der
Grundlagenforschung aufzuzeigen, indem ein neuartiges Zellkultursystem mit drei BALL-
Patienten-abgeleiteten Langzeitkulturen (PDLTCs) angewendet wurde. Die CMPDLTC
trägt unmutiertes BCR/ABL, während die KÖ-PDLTC BCR/ABL-T315I positiv ist.
Als dritte PDLTC stand die CR als BCR/ABL-negative Zellkultur zur Verfügung.
Zum ersten Mal war es mit Hilfe dieses relevanten Zellmodells möglich, die
inhibitorische Wirkung des Helix-2-Peptids in primären ALL-PDLTCs zu überprüfen.
Es konnten die bisherigen Ergebnisse aus den murinen Zelllinien zur Wirkung der
Hemmung der Oligomerisierung bestätigt werden, da auch in diesem Modell die Zellen
mit T315I-BCR/ABL resistent gegenüber den kompetitiven Peptiden waren.
Zusammenfassend lassen die Daten dieser wissenschaftlichen Arbeit die
Schlussfolgerung zu, dass die Punktmutation T315I nicht zum Schwerpunkt in der
Erforschung weiterer molekularer Therapeutika erklärt werden sollte. Vielmehr scheint
es in naher Zukunft von äußerster Bedeutung zu sein, besonders die Kaskade der
aberranten Signaltransduktionswegen mit dem Ausgangspunkt in wesentlichen BCRFunktionsdomänen
zu inhibieren.
Außerdem stellen die primären Patienten-abgeleiteten Langzeitkulturen eine
Möglichkeit dar, die Wirkung neuer molekularer Therapeutika effektiv zu überprüfen
und die Pathogenese von Ph+ Leukämien noch besser zu verstehen.
Die akute lymphatische Leukämie (ALL) ist eine aggressive Krankheit des hämatopoetischen Systems. Die Gegenwart des Philadelphia - Chromosoms (Ph), das die Translokation t(9;22) kodiert, oder die t(4,11) definieren Hochrisiko - ALL - Patienten mit einer besonders schlechten Prognose (Hoelzer and Gokbuget 2000; Hoelzer et al. 2002; Hoelzer et al. 2002)]. Das Ph Chromosom führt je nach Bruchpunkt der Translokation zur Expression von p185(BCR-ABL) oder p210(BCR-ABL). Die Fusion der Abl-Tyrosin Kinase an Bcr führt zur konstitutiven Aktivierung der Abl-Kinase, die hauptsächlich für die Transformation der Zellen verantwortlich ist. Die Überlebensrate durch aktuelle zytostatische Therapien der Ph+ ALL liegt bei 0-10%, trotz initialer Komplettremission (CR) von 80%, die ähnlich hoch wie die von Ph– Patienten ist. Imatinib (GleevecTM, GlivecTM, früher STI571) ist ein spezifischer Inhibitor der Abl – Kinase mit hoher Effizienz für die Behandlung der Ph+ ALL. Trotz der effektiven Hemmung von BCR-ABL durch Imatinib kommt es beinahe immer zum Rezidiv. Dies verschlechtert weiter die Prognose (Donato et al. 2004). Die Entstehung von Mutationen ist die häufigste Ursache für Resistenz gegen Imatinib, Nilotinib und/oder Dasatinib - Therapie. In dieser Arbeit wurden alternative Therapiestrategien für die Behandlung der ALL untersucht. Dazu wurden zwei Ansätze gewählt, wobei 1.) Gene identifiziert wurden, die zur Imatinib – Resistenz führen, um der Resistenzentwicklung vorzubeugen oder die Resistenz zu überwinden. Weiterhin wurde 2.) versucht die aberrante Transkription leukämischer Zellen zu verhindern. Dazu wurde die Inhibition der Histon – Deazetylierung, die für die aberrante Remodellierung des Chromatins verantwortlich ist, untersucht. ...
Acute myeloid leukemia (AML) is a neoplastic disease of an early myeloid precursor cell in hematopoiesis. It leads to the accumulation of monoclonal cells in the bone marrow and the peripheral blood, showing a differentiation block and deregulated self-renewal. Frequently, the leukemic cells exhibit genetic aberrations with reciprocal chromosomal translocations. These translocations induce the formation of a fusion protein, that can lead to new cellular functions and a transformation into a leukemic cell. Common chromosomal translocation in AML are t(8;21) or t(15;17), which cause the formation of the fusion proteins AML1/ETO and PML/RARα and determine the leukemic phenotype of the AML.
The translocation t(6;9) leads to the formation of the fusion protein DEK/CAN and is of special interest, because of its association with mostly young patients and a very aggressive course of the disease. The fusion product induces leukemia in a small subset of hematopoietic stem cells, but its mechanism of leukemogenesis is greatly unknown.
The intention of this work was to characterize the DEK/CAN-induced AML on a molecular genetic level to gain a deeper understanding of the disease pathogenesis. Therefore, gene expression analysis with polymerase chain reaction (PCR) and microarray analysis was performed.
To detect DEK/CAN in different cell lines by PCR and real-time quantitative PCR (qPCR), specific primers and probes were designed, and a standardized workflow was established. Emphasis was placed on the optimization of RNA isolation, DNase treatment, cDNA synthesis with following PCR and qPCR, which enabled the detection of the fusion product DEK/CAN in the cell lines 32B, Phoenix and FKH-1. To quantify the fusion product DEK/CAN, the method of qPCR with absolute and relative quantification was used. Absolute quantification enabled the calculation of an exact copy number of the fusion transcript DEK/CAN with a detection limit of 50 copies/µl at a sensitivity of 10-6, which is of importance in determining the minimal residual disease (MRD) of patients with DEK/CAN-positive AML. MRD detection by qPCR is a highly sensitive diagnostic method to identify leukemic cells, even in low cell counts. This enables a thorough evaluation of the treatment response and allows an early detection of changes in the MRD level as part of the remission control.
Additionally, a microarray gene expression analysis was performed to identify alterations in relevant target genes and associated signaling pathways in DEK/CAN-positive cells.
Because of DEK/CAN’s potential to induce leukemia in a subset of hematopoietic stem cells, Sca+/Lin- cells of the bone marrow of C57Bl/6 mice were used and transfected with the gene products DEK/CAN and PML/RARα. Microarray analysis led to the identification of 16 different genes of interest, which demonstrated significant alterations of gene expression in DEK/CAN-positive cells. They were validated and quantified with TaqMan assay assisted qPCR. The elevated expression of the transcription factors TRIM25, HIF1α and ATF2, in DEK/CAN-positive cells, indicated an altered transcription factor activity and interaction with DNA in the nucleus. The localization of DEK/CAN in the nucleus emphasizes this assumption. Also, the upregulated expression of the nuclear export receptor XPO1 suggested changes in nuclear transport processes and impaired export activity in DEK/CAN-positive cells.
Furthermore, the results demonstrated changes of gene expression in genes that are involved in the JAK/STAT signaling pathway. PTPRC, the Protein Tyrosine Phosphatase Receptor Type C, functions as a direct inhibitor of JAKs (Janus Kinases) and STATs (Signal Transducers and Activators of Transcription) and their associated signaling pathway.
It was shown that the gene expression of PTPRC was significantly reduced in DEK/CAN-positive cells. This allowed the assumption, that the reduced expression of PTPRC led to a loss of inhibition and thus a consecutive hyperactivation of the JAK/STAT signaling pathway. This hypothesis was supported by an independent activation of PIM1, a target gene of STAT5 and the activation of LMO2, a direct target gene of JAK2. In addition, the transmembrane receptor CSF1R, which is directly involved in STAT activation, also showed an upregulation in gene expression.
The results of this work show an activation of the JAK/STAT signaling pathway in DEK/CAN-positive cells, which may be a key mechanism in DEK/CAN-induced leukemogenesis.
Considering treatment options in the future, the addition of targeted therapy, such as pan-JAK inhibitors, to the standard therapy, could be a chance to improve the overall survival rate and the prognosis of t(6;9)-positive AML.
Leukämien sind eine heterogene Gruppe von malignen Erkrankungen der hämatopoetischen Zellen. Die Pathogenese der akuten myeloischen Leukämie (AML) ist durch einen Differenzierungsblock charakterisiert [Gelmetti V MCB 1998, Ruthardt M MCB 1997, Grignani F Cell 1993, Testa U Leukemia 1998]. Die akute Promyelozyten Leukämie (APL) ist eine gut charakterisierte Unterform der AML, die in 95% der Fälle die t(15;17) und in 2% die t(11;17) beinhaltet. Die resultierenden Fusionsproteine PML/RARalpha und PLZF/RARalpha (X-RARalpha) geben in verschiedenen Modellen den leukämischen Phänotyp wieder und induzieren einen Differenzierungsblock. Im Tiermodell induziert die Expression von PML/RARalpha und PLZF/RARalpha eine Leukämie. Die Behandlung mit all-trans-Retinolsäure (t-RA) ist in der Lage den Differenzierungsblock in PML/RARalpha, aber nicht in PLZF/RARalpha positiven Blasten zu überwinden. Diese beiden Fusionsproteine blockieren die Differenzierung durch verschiedene Mechanismen, so z.B. durch die aberrante Rekrutierung von Histon-Deazetylase-Korepressor-Komplexen (HD-NCR) und die Deregulierung differenzierungsspezifischer Transkriptionsfaktoren wie VDR oder c/EBPa [Puccetti E Blood 2004]. Der Vitamin D3 Rezeptor (VDR) ist ein Mitglied der hormoninduzierbaren Transkriptionsfaktoren und bindet direkt an PML/RARalpha, was zur funktionellen Inaktivierung von VDR und Blockierung der VitD3-induzierten Differenzierung führt [Puccetti 2002]. Das Ziel dieser Arbeit war es zunächst, zu untersuchen, ob XRARalpha in der Lage sind andere differenzierungsrelevante Transkriptionsfaktoren, wie PU.1 und GATA-1, zu binden und dadurch funktional zu inaktivieren. GATA-1 und PU.1 sind Schlüsselfaktoren der myeloischen Differenzierung. Kürzlich wurde gezeigt, dass der Knockout dieser beiden Transkriptionsfaktoren zur Leukämogenese beiträgt [Rosenbauer F 2005, Stachura 2005]. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass X-RARalpha sowohl GATA-1, als auch PU.1 direkt binden, ohne ihre Expressionsniveaus zu beeinflussen. Die DNA-Bindungskapazität dieser beiden Transkriptionsfaktoren auf ihre Zielpromotoren war durch X-RARalpha deutlich reduziert. Die Behandlung mit t-RA restorierte die Bindung von GATA-1, aber nicht von PU.1, was darauf schließen lässt, dass die funktionale Inaktivierung von GATA-1 ligandenabhängig, die von PU.1 -unabhängig ist. Die transkriptionelle Aktivität auf künstliche Zielpromotoren war in Gegenwart von X-RARalpha bei PU.1 stark reduziert, auf GATA-1 hatten X-RARalpha in diesem Zusammenhang keinen Einfluss. Die Überexpression dieser Transkriptionsfaktoren in X-RARalpha-positiven hämatopoetischen Stammzellen hat die aberrante Selbsterneuerung leukämischer Stammzellen (LSZ) reprimiert. Während PU.1 Differenzierung erzeugte, tat GATA-1 dies nicht. Die Vermutung liegt nahe, dass die Inhibition von Dissertation von Anita Seshire 2 GATA-1 über seinen Azetylierungsstatus in Gegenwart von X-RARalpha stattfindet, durch die Sequestrierung eines weiteren Proteins der Histon-Azetyltransferase (HAT) CBP/p300, die für die Azetylierung von GATA-1 verantwortlich ist. Zusammengenommen lassen diese Daten darauf schliessen, dass PU.1 durch die Interaktion mit PML/RARalpha seinem Wirkungsort entzogen wird (sequestriert) und das die Inhibition von GATA-1 ein Zusammenspiel aus Sequestrierung und Chromatin-Modellierung durch X-RARalpha ist. Die Fähigkeit von X-RARalpha, den leukämischen Phänotyp zu induzieren ist an ihre Fähigkeit zur Oligomerisierung und zur Formierung sog. Makrokomplexe gekoppelt [Grignani 1996, Minucci 2000, Puccetti 2005]. Um die Zusammensetzung dieser Makrokomplexe zu entschlüsseln, wurde ein Mockkontrollierter TAP-Proteomics-Screen mit PLZF/RARalpha in KG-1 Zellen durchgeführt. Es konnten verschiedene Proteine identifiziert werden, die spezifisch an PLZF/RARalpha binden und vermutlich eine Rolle für die Leukämogenese spielen. Die identifizierten Proteine spielen eine Rolle bei der Migration, den kleinen GTPasen, epigenetischer Regulation und Stammzellselbsterneuerung. Das „adenomatous poliposis coli“ Protein (APC) wurde als spezifischer Interaktionspartner für PLZF/RARalpha identifiziert und ist ein Hauptinhibitor des Wnt-Signalwegs. Die Deregulierung des Wnt-Signalwegs spielt eine bedeutende Rolle in der Leukämogenese durch die aberrante Induktion der Selbsterneuerung leukämischer Stammzellen [Zheng 2004]. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass APC direkt an PLZF/RARalpha, aber nicht PML/RARalpha bindet ß-catenin/TCF vermittelte Transkriptionssignale, die zur Leukämogenese beitragen können, aktiviert. Die Bindung an APC ist abhängig von der Oligomerisierungsfähigkeit des PLZF/RARalpha und daher von der korrekten Konformation der Proteininteraktionsdomäne BTB/POZ, was durch POZ-Punktmutanten nachgewiesen wurde, die auch nicht mehr in der Lage waren ß-catenin/TCF-vermittelte Transkription in derselben Stärke wie PLZF/RARalpha zu aktivieren. Die Überexpression von APC in PLZF/RARalpha-positiven LSZ hat ihre aberrante Selbsterneuerung vollkommen reprimiert. Zusammengenommen zeigen diese Daten, dass die Interaktion von APC, GATA-1 oder PU.1 mit XRARalpha und der konsequente Sequester einen wichtigen Mechanismus zur Leukämogenese stellen. Weiterhin hat sich gezeigt, dass die Überexpression dieser Proteine, die aberrante Selbsterneuerung überwinden kann und teilweise Differenzierung erzeugt. Es konnten der Wnt-Signalweg als valides Ziel für neue Therapieansätze identifiziert werden und die molekularen Mechanismen der Pathogenese der APL weiter aufgeklärt werden.
