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Die BCR-ABL positive akute lymphatische Leukämie ist die prognostisch ungünstigste Form aller akuten lymphatischen Leukämien. Pathogenetisch verantwortlich ist die reziproke Translokation zwischen den langen Armen der Chromosome 22 und 9. Das entstehende BCR-ABL-Fusionsprodukt führt durch eine Aktivierung verschiedener Signaltransduktionskaskaden zur Proliferation und Unterdrückung der Apoptose. STI571 ist ein Inhibitor der ABL-Tyrosinkinase mit der chemischen Struktur eines 2-Phenylaminopyrimidins. In der vorliegenden Arbeit wurden die Einflüsse von STI571 auf BCR-ABL positive Zelllinien und primäre Ph+ALL-Blasten untersucht. Ziel der Arbeit war es unter anderem zu untersuchen, ob STI571 auch in einer Purging Situation zur Reduktion von leukämischen Blasten führt. STI571 beweist sich als ein potenter und spezifischer Inhibitor der ABL-Tyrosin-Kinase, unter dessen Wirkung es zu einer deutlichen Inhibition des Wachstums von Ph+ Zelllinien kommt, die durch eine Reduktion der Zellproliferation und eine Zunahme der Apoptose zu erklären ist. Trotz der potenten Inhibition des BCR-ABL-Proteins und der daraus resultierenden Wachstumsinhibition ist unter der Wirkung von STI571 keine komplette Eradikation von Ph+ Zeillinien zu beobachten. Dieses Phänomen ist angesichts der kurzen Kultivierungsdauer nicht durch die Selektion eines resistenten Klons zu erklären. Im Rahmen eines "in vitro Purging Versuches" erweist sich STI als ein potenter Inhibitor von primären unreifen Ph+ALL-Blasten. Trotz der spezifischen Wirkung von STI sind aber auch in den Kulturen primärer ALL-Blasten zu jedem Zeitpunkt residuelle Ph+ Zellen mittels einer hochsensitiven "nested"-PCR nachweisbar. Zur weiteren Reduktion der Ph+ ALL Blasten erscheint eine Kombination der Wirkung von STI571 mit anderen spezifischen Protein Inhibitoren wie zum Beispiel AG 490 oder Lonafarnib ein pathophysiologisch begründeter Ansatzpunkt. Da STI571 eine inhibierende Wirkung auf den Stammzellfaktorrezeptor c-kit aufweist, wurde eine mögliche Inhibition von hämatopoetischen Progenitor-Zellen untersucht. In CFU-GM-Kulturen und LTCIC-Kulturen ließ sich aber kein signifikanter Effekt auf die Viabilität und Proliferation von normalen hämatopoetischen Progenitorzellen beobachten.
Die Einführung von Imatinib hat die Behandlung der CML revolutioniert, leider wird die Wirksamkeit dieses Medikaments überschattet durch das Vorkommen von primären und sekundären Resistenzen, welches Gegenstand vieler laufender Studien ist. Wir haben untersucht ob ein Mangel an einer aktiven Tyrosinphosphatase, der PTP-1B, Ursache einer solchen Resistenz gegen Imatinib in bcr-abl positiven Zellen sein kann. Zu diesem Zweck konstruierten wir eine Substratfalle, die einerseits in der Lage ist PTP-1B zu binden, allerdings keine/ kaum katalytische Aktivität besitzt. Eine solche dominant-negative Mutante wurde in K562 Zellen kloniert und mit einem überexprimierendem Klon hinsichtlich CML-prägenden Veränderungen (Differenzierungsverhalten mittels FACS-Analysen, veränderte Signaltransduktion mittels Western Blot und Wachstumsverhalten mittels Zellzahlbestimmung, etc...) untersucht. Hiernach konnten wir zeigen, dass ein Mangel an aktiver PTP-1B zu einer Resistenz gegen Imatinib in bcr-abl positiven Zellen führt.
Patienten mit einer BCR/ABL positiven (Ph+) akuten lymphatischen Leukämie (ALL) bilden die größte genetisch definierte Untergruppe der ALL und gelten wegen ihrer schlechten Prognose als Höchstrisiko ALL. Die bisherigen Therapieergebnisse werden durch die Kombination von Tyrosin-Kinase-Inhibitoren (TKI) wie Imatinib und Chemotherapeutika verbessert, sind aber durch das Auftreten von Resistenzen gegen TKI in ihrer langfristigen Wirkung limitiert. Die derzeitige Forschung fokussiert sich weitestgehend auf konstitutive aktive Kinasen, die für die leukämische Transformation verantwortlich sind. Allerdings kann die Deregulation von Phosphatasen, die als Gegenspieler von Kinasen fungieren, durch eine verminderte Inaktivierung dieser Kinasen, ebenso zur Leukämogenese beitragen, indem ihre physiologische Funktion vermindert wird. Im Vorfeld konnte bereits gezeigt werden, dass die deregulierte Protein Tyrosin Phosphatase 1B (PTP1B) bei Ph+ Leukämien eine partielle Resistenz gegenüber TKI vermitteln kann.1 Darüber hinaus zeigen von Juric et al. (2007)2 publizierte Microarrays von 54 Ph+ ALL Patienten eine transkriptionelle Hochregulierung der Phosphatase „Supressor of T-Cell receptor Signalling 1“ (STS-1).2 STS-1 (TULA-2) gehört zusammen mit STS-2 (TULA-1) zur Familie der STS/TULA Proteine, von denen keine weiteren Mitglieder bekannt sind. STS-1 dephosphoryliert diverse Rezeptor-Tyrosin-Kinasen wie z.B. den T-Cell Receptor (TCR) und den Epidermal-Growth-Factor Receptor (EGFR) und verhindert somit deren Internalisierung und proteosomalen Abbau.3 Weitere durch STS-1 dephosphorylierte Substrate sind die Proteintyrosinkinase Syk, die eine wichtige Rolle bei der Signalweiterleitung des B-Cell-Receptors (BCR) spielt sowie andere SRC-Kinasen (z.B. FYN).4 Aufgrund der oben beschriebenen Zusammenhänge zwischen STS-1 und der Ph+ ALL ist die Untersuchung einer möglichen funktionellen Bedeutung von STS-1 bei der Entwicklung einer mutationsunabhängigen Resistenz von Ph+ ALL Inhalt dieser Arbeit. Als Modellsystem dienen in der hier vorliegenden Arbeit aus der BCR/ABL Zelllinie Sup B15 abgeleitete TKI resistente Zellen (Sup B15 RT). Imatinib ist in diesen immer noch in der Lage BCR/ABL zu binden und führt zu einer Verschiebung der Dosiswirkungskurve ohne Apoptose zu induzieren. Mutationen in der Tyrosinkinase Domäne von BCR/ABL konnten als zugrunde liegender Resistenzmechanismus durch Sequenzanalysen ausgeschlossen werden, ebenso wie zusätzliche Translokationen oder genomischen Amplifikationen von BCR/ABL. Eine Analyse der STS-1 Expression zeigte sowohl transkriptionell als auch auf Proteinebene eine deutliche Herunterregulierung von STS-1 in Sup B15 RT Zellen. Die Interaktion zwischen STS-1 und BCR/ABL wurde in verschiedenen Zellmodellen gezeigt. Dabei konnten bezüglich der Interaktion keine Unterschiede zwischen dem p210BCR/ABL und p185BCR/ABL Fusionsprotein festgestellt werden. Auch die „Gatekeeper“ Mutation T315I hatte keinen Einfluss auf die Interaktion. Die Unabhängigkeit der Bindung von STS-1 und BCR/ABL von einer aktiven BCR/ABL Kinase wurde durch die Zugabe von Imatinib gezeigt. Lediglich auf endogenem Level konnte eine Imatinib vermittelte Reduktion der Interaktion nachgewiesen werden. Durch die Verwendung unterschiedlich trunkierter BCR/ABL Proteine wurde gezeigt, dass STS-1 sowohl mit c-ABL als auch mit dem ABL-Anteil von BCR/ABL interagiert und dass eine Oligomerisierung für diese Interaktion nicht notwendig ist. Als Folge der Interaktion kommt es zu einer Dephosphorylierung von BCR/ABL durch STS-1, wobei vor allem die im ABL Anteil lokalisierten und für die Autophosphorylierung wichtigen Tyrosine 245 und 412 dephosphoryliert werden. Mittels eines Proliferations-Kompetitions-Assay konnte gezeigt werden, dass STS-1 sowohl die Proliferationsrate reduziert als auch erheblich die Sensitivität von SupB15 RT Zellen gegenüber Imatinib steigert. Dieser Befund steht im Einklang mit der Annahme, dass diese Sensitivitätssteigerung durch eine gegenüber den sensitiven Sup B15 WT deutlich verminderte STS-1 Expression bedingt ist. Dexamethason in klinisch relevanten Konzentrationen (10-6 M - 10-9 M) konnte sowohl in SupB15 WT als auch in SupB15 RT Zellen die STS-1 Expression um ein Vielfaches steigern und führte in Kombination mit 1 μM Imatinib sogar in den resistenten Zellen zu einer hoch signifikanten Inhibition der Proliferation sowie einer gesteigerten Apoptose. Die Resultate dieser Arbeit rücken Phosphatasen und im speziellen STS-1 in einen stärkeren Fokus, wenn es um die Bildung von Resistenzen geht. Dadurch können sich eine Vielzahl neuer Behandlungsstrategien sowie neue Ansätze für die klinische Wirkstoffforschung ergeben.
Während des Zellzykluses werden spezifische regulatorische Proteine, die Cycline exprimiert, die mit ihren spezifischen CDK (Cyclin Dependent Kinases) interagieren und sie hierdurch aktivieren. So interagiert in der frühen G1 Phase Cyclin D1 mit CDK4 und CDK6. Die D-Cyclin kontrollieren gemeinsam mit Cyclin E den G1 Restriktionspunkt. Rb wird durch diese D-Cycline und die assoziierten Kinasen CDK4/6 mehrfach phosphoryliert und kann nun Transkriptionsfaktoren wie E2F nicht mehr inhibieren und die nun freie E2F/ DP-Untereinheit ( = DNS-Bindungsprotein) kann Promotoraktivierung vermitteln und Gene aktivieren, die die S-Phase einleiten. Hiermit wird der Zelle der Fortschritt durch den Zellzyklus ermöglicht bis Rb gegen Ende des Zellzyklus durch Phosphatasen dephoshoryliert wird und die aus der Mitose hervorgegangenen Tochterzellen nach Ende der M-Phase erneut in der G1-Phase sind. CDK-Inhibitoren (CDKI) können diese Cyclin/CDK Komplexe in jeder Zellzyklusphase hemmen und Zellzyklusarrest auslösen. In der vorliegenden Arbeit sollte die Expression von Cyclin D1 und Retinoblastomgens immunhistochemisch untersucht werden. Es wurde versucht, mit der Avidin-Biotin-Enzymkomplexmethode die Proteinexpression des Retinoblastomgens mit einem monoklonalem Antikörper in Probeexzisionen von Mammakarzinomen der Jahre 1983 bis 1987 dazustellen, die in Paraffinum eingebettet waren. Trotz vielfacher Versuchswiederholungen gelang es nicht, eine Kernfärbung hervorzubringen, die wissenschaftlichem Standard genügte. Zum damaligen Zeitpunkt stand noch nicht viel know-how bezüglich der Kernfärbung mittels Antikörpern zur Verfügung. Vor allem nicht bei Präparaten, die bis zu 15 Jahre in Paraffinum eingebetet waren. Somit konnte eine verwertbare Kernfärbung der Gewebeschnitte, das Retinoblastomgen betreffend, nicht nachgewiesen werden und damit war es bedauerlicherweise auch nicht möglich, eine Korrelation zwischen Cyclin D1 und Retinoblastomgen im Mammakarzinom nachzuweisen. Bei der nun verbliebenen Analyse des Cyclin D1 wiesen von 198 Tumoren 10,6% (21 Präparate) eine positive Kernfärbung auf. Hierbei wurden die Präparate, die bei der lichtmikroskopischen Beurteilung der immunhistochemisch gefärbten Zellen einen Prozentsatz von 10% oder größer aufwiesen, wurden als positiv gewertet.13 von den 198 Tumoren zeigten eine Färbbarkeit zwischen 1%-10% auf und wurden per definitionem als negativ gewertet. Hieraus folgt, dass bei 164 Tumoren überhaupt keine Zellkernfärbung stattfand. Es zeigte sich, dass aufgrund der niedrigen positiven Fallzahlen nur schwer eine statische Signifikanz erreichbar sein würde. Das spiegelte unter anderem die Korrelation mit dem Menopausenstatus wieder, die einen p-Wert von 0,273 aufwies und sich hiermit einer statistischen Signifikanz entzog. Auch beim Vergleich von Cyclin D1 mit dem Ostrogen/Progesteron- Rezeptorstatus ist ein verwertbares Ergebnis nicht erreichbar (p=0,08) Eine prognostische Signifikanz des TNM-Stagings konnte bei T:p= 0,496; N:p=0,052 und M:p=0,720 nicht bestätigt werden. Zwar zeigte sich bei der Cyclin D1-Expression der Lymphknoten primär ein grenzwertig positiver Wert von p=0,047. Dieser wurde jedoch durch den kontrollierenden Fisher Exact-Test nicht bestätigt (p=0,052). Ebenfalls konnte keine signifikante Beziehung zum histologischen Tumortyp (p=0,553) und zum Differenzierungsgrad (p=0,575) nachgewiesen werden. Bei den Kaplan-Meier-Analysen in Bezug auf das rezidivfreie Intervall
(p=0,934), das metastasenfreie Intervall (p=0,386) sowie das krankheitsfreie Intervall (p=0,709), konnte kein signifikanter Parameter erhoben werden. Der Einfluss von Cyclin D1 auf das Gesamtüberleben spiegelt letztendlich auch keinen signifikanten Zusammenhang wider (p=0,830). Insgesamt zeigte sich bei keinem Parameter ein signifikanter Bezug. Dies ist wohl, wie auch bei der Versuchsreihe mit dem Retinoblastom, bei dem es ja zu überhaupt keiner verwertbaren Kernfärbung kam, auf das Alter der Probeexcisionen und der damals noch in Entwicklung befindlichen Verfahren zu erklären. Wobei hier nur gemutmaßt werden kann. Eine etablierte Methode jedoch, stand noch nicht zur Verfügung. In den letzten Jahren ist zunehmend wenig Augenmerk dem Gebiet der Cycline und des Retinoblastomgens, besonders im Hinblick auf das Mammakarzinom, gelegt worden. Vielleicht lässt sich mit den jetzigen etablierten Methoden eine Renaissance dieser interessanten Forschungsrichtung erwecken.
Das Bcr-Abl Onkogen kodiert für eine Nichtrezeptor-Tyrosinkinase, welche durch die aktivierte Abl-Tyrosinkinaseaktivität zur malignen Transformation hämatopoetischer Zellen führt. Bei etwa 95% der Patienten mit chronischer myeloischer Leukämie (CML) und etwa 30% der erwachsenen Patienten mit akuter lymphatischer Leukämie (ALL) läßt sich das Bcr-Abl Onkogen nachweisen. Die Bcr-Abl positive ALL zeichnet sich dabei durch eine besonders schlechte Prognose trotz intensiver Polychemotherapie aus. Mit dem Abl-Tyrosinkinaseinhibitor Imatinib steht eine kausale Therapieoption für Patienten mit Bcr-Abl positiver Leukämie zur Verfügung. Die ersten klinischen Studien begannen 1999. Dabei zeichnen sich jedoch Patienten mit CML in Blastenkrise und Patienten mit ALL durch eine hohe Rate an Therapieversagern aus. Dies betrifft sowohl das direkte Therapieversagen (sog. primäre Resistenz) als auch die frühzeitige Entwicklung von Rezidiven nach initialem Therapieansprechen (sog. sekundäre Resistenz). Das von der Leber synthetisierte Akute-Phase-Protein α1-saures Glykoprotein (AGP) bindet Imatinib mit hoher Affinität. Dies führt zur Verringerung der freien Imatinibkonzentration. Da Imatinib nur in freier Form aktiv von der Leukämiezelle aufgenommen wird, könnte die Serumkonzentration von AGP das Therapieansprechen auf Imatinib beeinflussen. Tierexperimentelle Daten konnten dies belegen. Daten bei Menschen liegen jedoch nur wenige vor. Überwiegend stammen diese Daten von Patienten mit CML in chronischer Phase, zudem sind die Ergebnisse teilweise wiedersprüchig. Ob die AGP Konzentration bei Patienten mit CML in Blastenkrise oder Bcr-Abl positiver ALL einen Einfluss auf die Wirkung von Imatinib hat, ist aufgrund fehlender Daten unklar. In dieser Arbeit konnte die Bedeutung des APG als Resistenzmechanismus und Prognosefaktor für die Behandlung von Patienten mit CML in Blastenkrise und Bcr-Abl positiver ALL sowohl in vitro als auch in vivo belegt werden. In vitro führten Patientenseren mit steigender Konzentration von AGP zu einer signifikanten Abschwächung der Wirkung von Imatinib auf die Bcr-Abl positive Zelllinie BV173. In vivo wurde der Zusammenhang zwischen der AGP Konzentration und dem Erfolg der Therapie mit Imatinib bei 42 erwachsenen Patienten mit Bcr-Abl positiver ALL (32 Patienten) bzw. CML in Blastenkrise (10 Patienten) untersucht. 25 Patienten (59,5%) erreichten unter der Therapie mit Imatinib als einziges zytoreduktives Medikament eine komplette Remission. Patienten, die eine komplette Remission erreichten, hatten signifikant niedrigere AGP Werte, als Patienten, die keine komplette Remission erreicht hatten. Ein AGP-Wert im Normbereich hatte einen positiven Vorhersagewert von 86% und eine Spezifität von 88% bezüglich des Erreichens einer kompletten Remission. Patienten mit erhöhten AGP Werten hatten verglichen mit Patienten mit normwertigen AGP Konzentrationen eine jeweils signifikant kürzere mediane Zeit bis zur Krankheitsprogression (1,5 Monate vs. 4,9 Monate), kürzere mediane krankheitsfreie Überlebenszeit (1,4 Monate vs. 4,7 Monate), kürzere mediane Gesamtüberlebenszeit (3,9 Monate vs. 16,5 Monate) sowie niedrigere Fünfjahresüberlebensrate (4% vs. 36%). Damit belegt diese Arbeit mit dem bisher größten Patientenkollektiv und dem bisher längsten Beobachtungszeitraum die Bedeutung von AGP als Prognosefaktor für die Imatinibbehandlung von Patienten mit CML in Blastenkrise und Bcr-Abl positiver ALL und liefert einen Beitrag zum Verständnis der Resistenzentstehung. Möglicherweise könnte die Bestimmung von AGP in Zukunft zur Therapiestratifizierung beitragen.