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Acute myeloid/lymphoid leukemia is a fatal hematological malignancy characterized by accumulation of nonfunctional, immature blasts, which interferes with the production of normal blood cells. Activating mutations of receptor tyrosine kinases are common genetic lesions in leukemia. FLT3-ITD is a frequent activating mutation found in AML patients, leading to uncontrolled proliferation of leukemic blasts. FLT3-ITD directly activates STAT5, leading to the induction of STAT5 target gene expression like PIM kinases and SOCS genes. STAT5 and PIM kinases have been shown to play a crucial role in the FLT3-ITD mediated transformation. On the other hand, the role of SOCS proteins in FLT3-ITD mediated transformation has not been studied to date. SOCS proteins are part of a negative feedback mechanism that controls Jak kinases downstream of cytokine receptors. One of the SOCS family members, SOCS1 has been reported to suppress oncogenecity of several activating kinases implicated in hematologic malignancies. In this thesis the role of these SOCS proteins in FLT3-ITD mediated transformation (in vitro) and leukemogenesis (in vivo) is systematically explored. Expression of FLT3-ITD in cell lines of myeloid (32D) and lymphoid (Ba/F3) origin, led to CIS, SOCS1 and SOCS2 expression. FLT3-ITD expression in primary murine bone marrow stem/progenitor cells led to a 59 fold induction of SOCS1 expression. Furthermore, FLT3-ITD positive AML cell lines (MV4-11, MOLM-13) show kinase dependent CIS, SOCS1, and SOCS3 expression. Importantly SOCS1 is highly expressed in AML patients with FLT3-ITD compared to healthy individuals. SOCS1 protein was expressed in FLT3-ITD transduced murine bone marrow stem cells and SOCS1 expression was abolished with kinase inhibition in MOLM-13 cell line. In conclusion, SOCS1 was highly regulated by FLT3-ITD in myeloid, lymphoid cell lines, in bone marrow stem/progenitors and in AML patient samples. SOCS1 co-expression did not affect FLT3-ITD mediated signaling and proliferation, but abolished IL-3 mediated proliferation and protected 32D cells from interferon-α and interferon-γ mediated growth inhibition. FLT3-ITD expressing 32D cells showed diminished STAT1 activation in response to interferons (α and γ). Alone, SOCS1 strongly inhibited cytokine induced colony formation of bone marrow stem and progenitors, but not FLT3-ITD induced colony formation. Most importantly, in the presence of growth inhibitory interferon-γ, SOCS1 co-expression with FLT3-ITD led to increased colony formation compared to FLT3-ITD alone. Taken together, FLT3-ITD induced and exogenously expressed SOCS1, shielded cells from external cytokines, signals, while not affecting FLT3-ITD induced proliferation/signaling. In further experiments the in vivo effects of SOCS1 were studied in a bone marrow transplantation model. SOCS1 bone marrow transplants were unable to engraft/proliferate in mice. FLT3-ITD was shown to induce a myeloproliferative disease. Both control (empty vector), SOCS1 transplanted mice were normal and did not show any disease phenotype. FLT3-ITD alone and SOCS1 co-expressing FLT3-ITD developed either myeloproliferative disease or acute lymphoblastic leukemia with equal distribution. SOCS1 co-expression with FLT3-ITD led to a decreased latency. Mice transplanted with FLT3-ITD alone and SOCS1 co-expressing FLT3-ITD displayed enlarged spleens, liver and hypercellular bone marrow indicating infiltration of leukemic cells. Mice were also anemic and showed decreased platelet counts. Importantly SOCS1 co-expression particularly shortened the latency of myeloproliferative disease but not of acute lymphoblastic leukemia. In summary, in the context of FLT3-ITD, SOCS1 acts as a ‘conditional oncogene’ and cooperates with FLT3-ITD in the development of myeloproliferative disease. With these data we propose the following model: FLT3-ITD induces SOCS gene expression, which shields cells against proliferation and differentiation signals from cytokines, while not affecting FLT3-ITD mediated proliferative signals. This leaves cells under the dictate of FLT3-ITD thereby contributing to leukemogenesis. Similar to FLT3-ITD, BCR/ABL (P190) (an oncogenic fusion kinase often found in acute lymphoblastic leukemia) induces SOCS gene expression in K562 and long-term cultured cells from patients with acute lymphoblastic leukemia. SOCS1 co-expression does not affect BCR/ABL mediated proliferation while abrogating IL-3 mediated proliferation. These findings suggest that SOCS proteins may play a general co-operative role in the context of oncogenes which aberrantly activate STAT3/5 independently of JAK kinases. This study reveals a novel molecular mechanism of FLT3-ITD mediated leukemogenesis and suggests SOCS genes as potential therapeutic targets.
Die schwere Malariaanämie stellt in endemischen Ländern bei Kindern bis 5 Jahren mit P. falciparum-Infektionen eine der Hauptkomplikationen mit hoher Mortalitätsrate dar. Ein besseres Verständnis der pathophysiologischen Mechanismen, mit denen P. falciparum die schwere Malariaanämie auslöst, ist eine unausweichliche Vorbedingung zur Ergreifung geeigneter Gegenmaßen. Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung der Genexpression der mononukleären Knochenmarkzellen von Kindern im Alter von 1 bis 6 Jahren mit schwerer Malariaanämie infolge einer P. falciparum-Infektion und ihren altersgleichen Kontrollgruppen. Dabei sollte die Regulation von Genen der Erythropoese in der Akutphase der Erkrankung und der Rekonvaleszenz verglichen werden. Darüber hinaus sollten Malariapatienten mit schwerer Anämie jenen ohne Anämie gegenüber gestellt werden. Dazu wurden genomweite Expressionsanalysen mittels Oligonukleotidarrays im Knochenmark der Studienpatienten durchgeführt. Eine Auswahl von differentiell exprimierten, Erythropoese-relevanten Genen wurde anschließend mittels Real Time PCR des gesamten Probenkollektivs validiert und quantifiziert. Die Auswertung der klinischen und laborchemischen Daten zeigte ein homogenes Bild der drei Patientengruppen, die sich nur hinsichtlich der zur Gruppenbildung herangezogenen Anämieparameter, des Laktatwertes, MODS-Score und der Milzgröße unterschieden. Der einheitliche Parasitämieverlauf belegte eindrucksvoll, dass die unterschiedlichen Anämiegrade der drei Gruppen nicht auf verschieden hohen Parasitämien beruhen. Die Daten suggerierten das Vorliegen einer Störung der Erythropoese unter Krankheitseinwirkung, die nach der Parasitenelimination einen zeitlich verzögerten, kompensatorischen Anstieg der Retikulozyten und CD71-positiven Zellen mit darauf folgendem Hämoglobinanstieg nach sich zieht. Mithilfe der Ingenuity Pathway Analyse der Mikroarraydaten und einschlägigen Literatur wurden 14 Erythropoese-relevante Kandidatengene ausgewählt, wovon 11 bei der Validierung mittels Real Time PCR ein eindeutig höheres Expressionsniveau in der Gruppe A der schwer anämischen Patienten zeigten. Im Rahmen der untersuchten Genauswahl ließ sich somit keine Störung der Erythropoese auf Transkriptionsebene feststellen. Ob andere Gene eine pathophysiologisch bedeutsame Rolle spielen, müssen weitergehende Untersuchungen zeigen.
In der vorliegenden Untersuchung wurden die im Zeitraum von 1984 bis 2006 an der Universitätsklinik Frankfurt am Main aufgrund von nicht-kolorektalen Lebermetastasen durchgeführten Leberteilresektionen untersucht. Ziele dieser Arbeit sind die Darstellung des Patientenkollektivs einschließlich der operativen Faktoren der Lebermetastasenresektion, die Ermittlung von Langzeitergebnissen nach der Resektion und die Feststellung von Prognosefaktoren im Hinblick auf das postoperative Überleben dieser Patienten. Das untersuchte Patientenkollektiv (n = 69) umfasste 31 Männer und 38 Frauen mit einem medianen Alter von 52 Jahren zum Zeitpunkt der Leberresektion. Am häufigsten waren folgende Primärtumore vertreten: Magenkarzinom, Mammakarzinom, Malignes Melanom, Neuroendokriner Tumor und Nierenzellkarzinom. Der größte Anteil der Primärtumore wurde als mäßig differenziert (G2) eingestuft. 55,1 % der Patienten zeigten eine solitäre Lebermetastasierung. Der mediane Tumordurchmesser betrug 5 cm. Bei 14,5 % der Patienten wurden bilobäre und bei 85,5 % unilobäre Lebermetastasen festgestellt. 20,3 % der Patienten präsentierten sich mit einer synchronen und 73,9 % mit einer metachronen Metastasierung (unbekannt: 5,8 %). Zur Resektion der Metastasen wurden atypische Segmentektomien (n = 25), typische Segmentektomien (n = 22) und (erweiterte) Hemihepatektomien (n = 22) durchgeführt. Bei einer medianen Operationsdauer von 195 min erfolgte bei 69,6 % der Patienten ein zusätzlicher Eingriff. Der mediane Sicherheitsabstand zum Resektionsrand lag bei 10 mm. Die Liegedauer auf der Intensivstation betrug im Median einen Tag. Bei 39 Patienten traten postoperative Komplikationen auf. Ein Fortschreiten der Tumorerkrankung war bei 30 Patienten dokumentiert. Das mediane tumorspezifische Überleben nach Resektion nicht-kolorektaler Lebermetastasen lag bei 4,3 Jahren. Die dazugehörigen 1-, 5- und 10-JahresÜberlebensraten betrugen 80,1 %, 47,9 % und 35,5 %. Die mediane tumorspezifische Überlebenszeit nach Resektion nicht-kolorektaler, nicht-neuroendokriner Metastasen stellte sich mit 2,0 Jahren und folgenden 1-, 5- und 10-Jahres-Überlebensraten dar: 76,8 %, 43,1 % und 27,9 %. Nach der Leberresektion aufgrund von Metastasen eines Magenkarzinoms ergaben sich tumorspezifische 1-, 5- und 10-Jahres-Überlebensraten von 80,8 %, 23,1 % und 11,5 % (mediane ÜLZ: 18 Monate). Die 1-, 5- und 10-Jahres-Überlebensraten nach der Resektion von Filiae eines Mammakarzinoms betrugen 74,6 %, 51,1 % und erneut 51,1 %. Die mediane Überlebenszeit nach Operation von Metastasen eines Malignen Melanoms lag bei 22 Monaten: 1-JÜR: 66,7 %, 5-JÜR: 33,3 %, 10-JÜR: 0,0 %. Nach der Resektion von Filiae eines Neuroendokrinen Tumors betrug die 1- 5- und 10-Jahres-Überlebensrate 100,0 %, 80,0 % und erneut 80,0 %. Bei Patienten mit primärem Nierenzellkarzinom ergab sich nach der Resektion eine mediane Überlebenszeit von 44 Monaten und die dazugehörige 1-Jahres-Überlebensrate lag bei 75,0 %. Die folgenden Faktoren zeigten sich in den Resultaten der univariaten Analyse als signifikante Prädiktoren für das tumorspezifische Überleben der Patienten: Primärtumorgruppe8, Grading des Primärtumors, zusätzliche Eingriffe neben der Leberresektion und Sicherheitsabstand zum Resektionsrand. In der multivariaten, tumorspezifischen Analyse wurden zwei Determinanten als unabhängige Prognosefaktoren für das Überleben nach der Leberresektion identifiziert: Der kleinste Sicherheitsabstand der Leberfiliae zum Resektionsrand und die Durchführung eines zusätzlichen Eingriffs neben der Leberresektion. Bei Durchführung eines solchen Eingriffs war das Risiko für die Patienten, an der Tumorerkrankung zu versterben, 3,5mal so groß im Vergleich zu Patienten, bei denen kein zusätzlicher Eingriff erfolgt ist. Bei Annahme eines Sicherheitsabstandes von mindestens 10 mm als Referenz, errechnete sich im Vergleich dazu für Patienten, bei denen kein Sicherheitsabstand eingehalten werden konnte, ein 6,3mal so großes Risiko an der Tumorerkrankung zu versterben. Bei Einhaltung eines kleinen Abstandes zum Resektionsrand (0,1 mm - 9,9 mm) war das entsprechende Risiko für die Patienten 4,9mal so groß. Die Resektion nicht-kolorektaler Lebermetastasen erscheint in ausgewählten Fällen sinnvoll. Um die Prognose der operierten Patienten zu verbessern, sollte entsprechend den Ergebnissen der vorliegenden Arbeit ein Sicherheitsabstand von mindestens einem Zentimeter angestrebt werden.
Summary: Information and communication is critical to the successful management of infectious diseases because an effective communication strategy prevents the surge of anxious patients who have not been genuinely exposed to the pathogen ('low risk patients') affecting medical infrastructures (1) and the future transmission of the infectious agent (2). Surge of low risk patients: The arrival of large numbers of low risk patients at hospitals following an infectious diseases emergency would be problematic for three main reasons. First, it would complicate the situation at hospitals receiving exposed patients, delaying the treatment of the acutely ill, creating difficulties of crowd control and tying up medical resources. Second, for the low risk patients themselves, attending hospital following an infectious disease emergency might increase their risk of exposure to the agent in question. Third, the needs of low risk patients may be poorly attended to at hospitals which are already overstretched dealing with medical casualties. Future transmission: Obtaining early information about symptoms and isolating infected patients is the most effective strategy to interrupt the chain of infection in the public in the absence of specific prophylaxis or treatment. Particularly at the beginning of an outbreak, these nonpharmaceutical interventions play an important role in enabling the early detection of signs or symptoms and in encouraging passengers to adopt appropriate preventive behaviour in order to limit the spread of the disease. This thesis includes two papers dealing with this problem: The first part is a systemic literature review of information needs following an infectious disease emergency (Anthrax, SARS, Pneumonic Plague). The key question was: what are the information needs of the public during an infectious disease emergency? The second part is an empirical investigation of information needs and communication strategies at the airport during the early stage of the Influenza Pandemic. The key question here was: what communication strategies help to meet the information needs and to enable the public to behave appropriately and responsibly? Conclusions: Evidence from the anthrax attacks in the United States suggested that a surge of low risk patients is by no means inevitable. Data from the SARS outbreak illustrated that if hospitals are seen as sources of contagion, many patients with non-bioterrorism related health care needs may delay seeking help. Finally, the events surrounding the Pneumonic Plague outbreak of 1994 in Surat, India, highlighted the need for the public to be kept adequately informed about an incident to avoid creating rumours. Clear, consistent and credible information is key to the successful management of infectious disease outbreaks. The results of the empirical investigation suggested that the desire for information is a reflection of current anxiety and does not mirror the objective scientific assessment of exposure. The airport study showed that perceived information needs were directly related to anxiety – the least anxious did not require any further information, the most anxious reported significant information needs concerning medical treatment, public health management and the assessment of the ongoing situation – irrespective of their actual exposure. A communication strategy only focussing on the 'real' exposed individuals neglects the information needs of those worrying about having contracted the virus and seeking medical attendance. Effective communication strategies should enable the general public to detect early signs or symptoms and provide them with behaviour advice to prevent the further transmission of the infectious agent. These include the provision of clear information about the incident, the symptoms and what to do to prevent the further transmission, detailed and regularly updated information in various media formats (telephone, internet, etc.) and rapid triage at hospital entrances to guide patients to the appropriate medical infrastructures. Relevance: These research findings could contribute to a shift in the organisational and communicative approach responding to infectious diseases outbreaks and could be considered relevant for future risk communication and policy decision making.
Zahlreiche prognostische und prädiktive Multigensignaturen sind bisher für Mammakarzinom-Patientinnen generiert worden. Die Einschätzung der individuellen Prognose ist für eine optimale Therapieentscheidung wesentlich. Die Auswahl einer spezifischen Therapie ist grundsätzlich durch die empirische Datenlage bestimmt, obwohl bereits zahlreiche prädiktive Gensignaturen existent sind. In diesem Zusammenhang wäre es hilfreich, wenn spezifische Signaturen sowohl zur Abschätzung der Prognose als auch zur Prädiktion des Therapieansprechens gleichzeitig genutzt werden könnten. Um die prognostische und prädiktive Wertigkeit bereits publizierter Gensignaturen an einem unabhängigen, einheitlich behandelten Kollektiv zu untersuchen, wurden von 111 tiefgefrorenen Tumorproben, die an der Uniklinik Frankfurt im Rahmen des Mammakarzinom-Primäreingriffes gewonnen wurden, n=48 Proben in die Analyse eingebracht, da alle eine adjuvante anthrazyklinhaltige Chemotherapie erhalten haben, und eine ausreichende RNA-Menge vorlag, um eine Genexpressionsanalyse durchführen zu können. Für die Genexpressionsanalyse wurde der Affymetrix HgU133 Genchip (22.500 probe sets) verwendet. Von diesen Patientinnen wurde der postoperative Krankheitsverlauf (Ereignisstatus) sowie das Profil an histopathologischen Standardparametern ermittelt. Der mediane Nachbeobachtungszeitraum betrug 37 Monate (Range 5 - 87 Monate). Bei 23 % der Patientinnen wurde nach Therapie ein Rezidiv festgestellt. Dieses Kollektiv unterschied sich hinsichtlich des Outcome und des Profils an histopathologischen Markern nicht signifikant vom Gesamtkollektiv. Zur Kontrolle der Messergebnisse wurden die Genexpressionswerte für ER-, PR- und Her-2-Status mit den entsprechenden immunhistochemisch bestimmten Status verglichen. Der Genexpressionsstatus des Proliferationsmarkers Ki67 wurde mit dem immunhistochemischen ER-Status und pathohistologischen Grading korreliert. Dabei zeigten die Genexpressionswerte bezüglich ER, PR und Her-2 im Vergleich zur immunhistochemisch bestimmten Proteinexpression eine hohe Konkordanz. Die Bestimmung des Proliferationszustands mittels Genexpression von Ki67 wies eine signifikante Korrelation mit dem ER-Status (p = 0,040, Mann-Whitney-U-Test) und dem pathohistologischem Grading auf (p = 0,005, Kruskal-Wallis-Test). Die Tumorproben wurden entsprechend ihrer Expressionsmuster nach 4 prognostischen und 2 prädiktiven bereits publizierten Gensignaturen eingeteilt und mit Standardparametern wie histologischer Subtyp, Tumorgröße, Nodalstatus, histopathologisches Grading, sowie dem Östrogenrezeptorstatus und Her-2-Status verglichen. Die einzelnen histopathologischen Marker und die Expressionsmuster der prognostischen und prädiktiven Gensignaturen wurden mit dem postoperativen Krankheitsverlauf der Patientinnen korreliert. Der Ereignisstatus der Patientinnen korrelierte mit dem T-Stadium (p = 0,04), dem Alter bei OP (p = 0,05) und dem Lymphknotenstatus (p = 0,016). Keine der 6 verschiedenen Signaturen war in der Lage, den Ereignisstatus der Patienten ausreichend vorherzusagen. Die hauptsächlich diskriminierenden Eigenschaften der Signaturen basieren auf dem ER-Status und zu einem gewissen Maße auf dem pathohistologischen Grading. Beim Vergleich der Expressionsmuster der Gensignaturen untereinander zeigte sich eine Korrelation der prognostischen Amsterdam- sowie Rotterdam-Signaturen, als auch der prädiktiven Signaturen von Rody et al und Hess et al mit der Genomic Grade-Signatur, welche den Proliferationsstatus von Mammakarzinomgewebe charakterisiert. In dieser Arbeit konnte schließlich an einem kleinen, einheitlich behandelten Patientenkollektiv gezeigt werden, dass prognostische und prädiktive Gensignaturen nicht in der Lage sind, den Krankheitsverlauf ausreichend vorherzusagen. Die wesentlichen Einflussgrößen für alle Signaturen sind der ER-Status und die Proliferation. Die Wertigkeit der jeweiligen Signaturen ist offenbar ausschließlich auf die spezifische therapeutische Situation beschränkt, für die sie identifiziert wurden.
Acute myeloid leukemia (AML) is one of the most frequently occurring and fatal types of leukemia. Initiated by genetic alterations in hematopoietic stem and progenitor cells, rapidly proliferating cancer cells (leukemic blasts) infiltrate the bone marrow and damage healthy hematopoiesis. Subgroups of AML are defined by underlying molecular and cytogenetic abnormalities, which are decisive for treatment and prognosis. For AML patients that can be intensively treated, the first line treatment remains a combination of cytarabine and anthracycline, which was developed in the 1970s. While this treatment regimen clears the disease and reinstates normal hematopoiesis (complete remission, CR) in 60% to 80% of patients below the age of 60, CR rates in patients above the age of 60 are only 40% to 50%. Relapse and refractory disease are the major cause of death of AML patients, despite large efforts to improve risk-adjusted post-remission therapy with further chemotherapy cycles and, if possible, allogeneic bone marrow transplantation. Elderly patients are particularly difficult to treat because of age-related comorbidities and because their disease tends to relapse more often than the disease of younger patients. Thus, the cure rates of AML vary with age, with 5-year survival rates of about 50% in young patients, and less than 20% in patients above the age of 65 years. With the median age of AML patients being 68 years, the need for novel therapeutic options is immense. The recent approval of eight new agents (venetoclax, midostaurin, gilteritinib, glasdegib, ivosidenib, enasidenib, gemtuzumab ozogamicin and CPX-351 (liposomal cytarabine and daunorubicin)) has added considerably to the therapeutic armamentarium of AML and has increased cure rates in specific subgroups of AML. However, the high heterogeneity among patients, clonal evolution and commonly occurring drug resistance, which cause the high relapse rates, remain a substantial problem in the treatment of AML. Therefore, a better understanding of currently used therapeutics and further development of novel therapeutics is urgently needed.
In recent years, attention has increasingly focused on therapeutic strategies to interfere with the metabolic requirements of cancer cells. The last three decades have provided extensive insights into the diversity and flexibility of AML metabolism. AML cells use different sources of nutrients compared to normal hematopoietic progenitor cells and reprogram their metabolic pathways to fulfill their exquisite anabolic and energetic needs. As a result, they develop high metabolic plasticity that enables them to thrive in the bone marrow microenvironment, where oxygen and nutrient availability are subject to constant change.
Cancer cells, specifically AML cells, have a strong dependency for the amino acid glutamine. Glutamine serves in energy production, redox control, cell signaling as well as an important nitrogen source. The only enzyme capable of de novo glutamine synthesis is glutamine synthetase (GS). GS catalyzes glutamine production from glutamate and ammonium. In AML, the metabolic role and dependency of GS is poorly understood. Here, we investigated the effects of GS deletion on AML growth, and its functional relevance in AML metabolism. Genetic deletion of GS resulted in a significant decrease of cell growth in vitro, and impaired leukemia progression in vivo in a xenotransplantation mouse model. Interestingly, the dependency of AML cell growth on GS was shown to be independent of its functional role in glutamine synthesis. Glutamine starvation did not increase the dependency of the AML cells on GS, nor did increased glutamine availability rescue the GS-knockout-associated growth disadvantage. Instead, functional studies revealed the role of GS in the detoxification of ammonium. GS-deficient cells showed elevated ammonium secretion as well as a higher sensitivity towards the toxic metabolite. Exogenous provision of 15N-labeled ammonium was detoxified by GS-driven incorporation into glutamine. Studies on cells that had gained resistance to GS-knockout-mediated growth inhibition indicated enzymes involved in the urea cycle and the arginine biogenesis pathway to compensate for a loss of GS. Together, these findings unveiled GS as an important ammonium scavenger in AML.
Clinical studies on AML patients revealed increased ammonium concentrations in the blast-infiltrated bone marrow compared to peripheral blood. In line with this finding, proteome and transcriptome analysis of AML blasts showed a significant upregulation of GS in AML compared to healthy progenitors, further indicating its importance in ammonium detoxification.
Analyzing pathways that contribute to ammonium production revealed protein uptake followed by amino acid catabolism as a yet not identified mechanism supporting AML growth. Protein endocytosis and subsequent proteolytic degradation were shown to rescue AML cells from otherwise growth-inhibiting glucose or amino acid depletion. Furthermore, protein metabolization led to the reactivation of the mammalian target of rapamycin (mTOR) signaling pathway, which was deactivated upon leucine and glutamine depletion, revealing protein consumption as an important alternative source of amino acids in AML.
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Differentialdiagnostik der frühen primären Myelofibrose (präPMF) gemäß der neuen WHO-Klassifikation
(2020)
Die vorliegende Arbeit stützt sich auf die retrospektive Begutachtung von 348 Knochenmarkbiopsien, welche anhand der WHO-Klassifikation von 2016 erneut reevaluiert wurden. Insbesondere widmeten wir uns der Differentialdiagnostik der „echten ET“ und der thrombozythämisch verlaufenden Form der PMF (präPMF). Die Einteilung erfolgte anhand morphologischer Kriterien, wie sie in der WHO-Klassifikation von 2016 aufgeführt sind.
Zusammengefasst ist eine richtungsweisende diagnostische Entscheidung der Patienten mit ET und präPMF nur möglich, wenn man sowohl die molekulargenetischen und klinischen Parameter in Kombination mit histologischen Kriterien und deren charakteristischen Mustern betrachtet. Eine repräsentative Knochenmarkbiopsie und deren standardisierte Befundung ist daher von absoluter diagnostischer Wichtigkeit für die Subtypisierung der MPN. Augenmerk sollte auf das typisch dargebotene morphologische Muster gelegt werden und nicht auf einzelne Merkmale. Die vorliegende Knochenmarkbiopsie muss nicht, wie früher praktiziert, anhand vieler einzelner Merkmale detailliert betrachtet und bewertet werden. Durch eine kombinierte Betrachtung von nur wenigen morphologischen Schlüsselparametern ist bereits eine Diagnose mit hoher Reproduzierbarkeit möglich. Mit dieser Arbeit wird der Stellenwert der WHO-Klassifikation unterstrichten, da die hier vorgegebenen Kriterien absolut essentiell und trotzdem in ihrem Umfang ausreichend sind, um die Differentialdiagnostik der MPN in Zukunft zu verbessern.
Das T-lymphoblastische Lymphom (T-LBL) ist eine seltene Form des Non-Hodgkin-Lymphoms (NHL). Als wirksamste Behandlung haben sich intensive Therapien analog zu Protokollen für die akute lymphoblastische Leukämien (ALL) etabliert. Auch bei Erwachsenen werden inzwischen hohe CR-Raten erreicht. Aufgrund einer Rezidivrate von 20–35 % und einem Überleben von 45–75% besteht jedoch der Bedarf einer weiteren Therapieoptimierung. Dieses Ziel wird von der multizentrischen deutschen Studiengruppe für die ALL des Erwachsenen (GMALL) verfolgt, die prospektive Studien durchgeführt und eigene Therapieempfehlungen evaluiert hat.
In der vorliegenden Arbeit wurde die Effektivität der GMALL-Studientherapie T-LBL 1/2004 und der GMALL-Konsensus-Empfehlung für die Therapie neu diagnostizierter T-LBL bei Erwachsenen untersucht. Hauptaugenmerk lag auf der Auswertung der Gesamtergebnisse und der Evaluierung potentiell prognostischer Faktoren. Eine weitere wesentliche Fragestellung war es, die Bedeutung der Mediastinalbestrahlung in der Erstlinientherapie für das Therapieergebnis zu evaluieren. Ein weiterer Schwerpunkt war die Evaluation der Bedeutung eines Interimstagings mittels PET. Zusätzlich wurde die Wirksamkeit verschiedener Salvageansätze bei primärem Therapieversagen und Rezidiv evaluiert.
Ausgewertet wurden Daten von 149 Patienten, die zwischen 2004 und 2013 in zwei konsekutiven Kohorten gemäß der Studie GMALL T-LBL 01/2004 (Kohorte I; n = 101) oder der GMALL-Therapieempfehlung (Kohorte II; n = 48) behandelt wurden. Die empfohlene Therapie beinhaltete zwei Induktionsblöcke, die Reinduktion sowie sechs Konsolidationsblöcke. Die ZNS-Prophylaxe bestand aus intrathekalen Chemotherapiegaben und eine Schädelbestrahlung mit 24 Gy. Patienten, die gemäß der Studie 01/2004 behandelt wurden, sollten nach der Induktion außerdem eine Mediastinalbestrahlung mit 36 Gy erhalten. Patienten ohne CR/CRu nach dem ersten Konsolidationsblock sollten einer Salvagetherapie außerhalb des Studienprotokolls oder der Therapieempfehlung zugeführt werden. Bei mittels CT bestimmter CRu oder PR zu diesem Zeitpunkt wurde zur Sicherung des Remissionsstatus eine PET empfohlen.
Die CR-Rate der Gesamtpopulation lag bei 76 %. Das Gesamtüberleben und das erkrankungsfreie Überleben nach zwei Jahren lagen bei 72 bzw. 70 %. Die Rezidivrate betrug 28 %, die Überlebenswahrscheinlichkeit ein Jahr nach Rezidivdiagnose lag bei 35 %. Es bestand kein statistisch signifikanter Unterschied zwischen den Überlebensraten von Patienten mit und ohne Mediastinalbestrahlung (bestrahlte Patienten der Kohorte vs. Patienten der Kohorte II). Alle Patienten mit computertomographisch ermittelter CRu nach Konsolidation I, bei denen eine konfirmatorische PET durchgeführt wurde (n=21), waren PET-negativ, d. h. in metabolischer CR. Von den PET-evaluierten Patienten mit computertomographisch ermittelter PR (n = 22) waren 55 % PET-negativ. In der Gesamtpopulation wurden zahlreiche potentielle Prognosefaktoren analysiert. Statistische Signifikanz erreichte dabei nur der Allgemeinzustand. Ein ECOG-Score von 0–1 war mit einem günstigeren erkrankungsfreien Überleben assoziiert.
Die Ergebnisse zeigen eine gute Effektivität der GMALL-Therapie. Der Verzicht auf die Mediastinalbestrahlung in der Therapieempfehlung war nicht mit einer Verschlechterung des Therapieergebnisses verbunden. Die Arbeit verdeutlicht die Komplexität der frühen Remissionsbeurteilung mit verschiedenen Verfahren im Versorgungsstandard und unterstreicht den dringenden Bedarf einer standardisierten Remissionsbeurteilung und Referenzbefundung. Die PET erwies sich als wichtiges Instrument des Interimstagings, um eine remissionsabhängige Therapiestratifikation sinnvoll durchführen zu können. Sie zeigte sich zudem als unerlässlich für die korrekte Bewertung der Effektivität von Salvagestrategien und damit für die Therapieoptimierung bei primärer Refraktärität.
Die in dieser Arbeit ausgewerteten Daten bilden die bisher größte berichtete Population einheitlich behandelter erwachsener T-LBL Patienten ab. Die Ergebnisse stellen eine wichtige Grundlage für die weitere Therapieoptimierung im Rahmen der aktuell laufenden GMALL-Studie 08/2013 dar.
Das Multiple Myelom (MM) macht ungefähr 15 % aller hämatologischen Neoplasien aus. Die Einführung neuer Therapieoptionen wie der Hochdosis-Chemotherapie, der immunmodulatorischen Medikamente und der Proteasominhibitoren (PI) haben die Behandlung des MM revolutioniert. Der PI Bortezomib (BTZ) ist zu einem Grundstein der Therapie des MM geworden, aber auch der neu zugelassene PI Carfilzomib (CFZ) wird inzwischen eingesetzt. Trotz dieser Fortschritte treten Resistenzen gegen PIs zu Therapiebeginn, beziehungsweise fast unweigerlich im Verlauf der Therapie auf und das MM bleibt größtenteils unheilbar. Gegenüber PIs resistente Myelomzellen zeigen Merkmale von Pre-Plasmablasten, welche die Proteasominhibition überleben. Um mit einer Therapie auch diese resistenten Zellen zu erreichen, ist es notwendig, die PIs mit Substanzen zu kombinieren, die sich gegen die gesamte B-Zell-Linie richten. Ein neuer Hoffnungsträger in der Behandlung von B-Zell-Leukämien ist der Bruton’s Tyrosinkinase Inhibitor Ibrutinib (IBR). IBR greift die in der gesamten B-Zell-Linie exprimierte Bruton’s Tyrosinkinase an, die als Teil des B-Zell-Rezeptor Signalweges eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung und Funktionalität normaler B-Zellen einnimmt. Die zytotoxische Aktivität von IBR in MM korreliert speziell mit der Hemmung des nachgeschalteten Signalwegs NF-κB. Die Kombination von PIs mit IBR wird bereits in klinischen Studien getestet. Allerdings fehlen zurzeit die molekularen Grundlagen für den therapeutischen Erfolg dieser Kombination. Zielsetzung dieser Dissertation war es deshalb die drei PIs BTZ, CFZ und das experimentelle, β2-selektive LU-102 hinsichtlich deren Wirkung auf den NF-κB Signalweg und in Kombination mit IBR zu untersuchen. Der präklinisch erprobte PI LU-102 wurde hier für den Vergleich mit den aktuell in der MM Therapie verwendeten Inhibitoren BTZ und CFZ hinzugezogen, da er im Gegensatz zu diesen sehr selektiv die β2-Untereinheit des Proteasom hemmt und damit einen alternativen Ansatz verfolgt. Es konnte gezeigt werden, dass der β2-selektive PI LU-102 den NF-κB Signalweg hemmt und so die Wirkung von IBR unterstützt. Im Gegensatz dazu aktivierten BTZ und CFZ diesen Signalweg und antagonisierten in diesem Punkt die Wirkung von IBR. Weiterhin konnte veranschaulicht werden, dass BTZ in Kombination mit IBR antagonistisch auf die Zytotoxizität in MM Zelllinien wirkt, während CFZ einen grenzwertigen Synergismus mit IBR bei MM Zelllinien zeigt. Den deutlich stärksten Synergismus in Kombination mit IBR zeigte sich bei LU-102. Übereinstimmend mit diesen Ergebnissen konnte für die Kombination von IBR mit LU-102 im Vergleich zu den Kombinationen mit BTZ oder CFZ eine deutlich stärkere Hemmung des NF-κB Signalweges, eine deutlichere Hemmung des Proliferationsmarkers p-STAT3 und eine robustere Aktivierung der Apoptose-Kaskade beobachtet werden. Zudem konnte nachgewiesen werden, dass LU-102 in Kombination mit IBR in vitro die Resistenz gegenüber BTZ oder CFZ überwindet; dieses Ergebnis ließ sich auch an primären Myelomzellen dreier BTZ-refraktären Patienten reproduzieren. In der Diskussion wurden Hypothesen zum unterschiedlichen Wirkverhalten von BTZ und CFZ sowie LU-102 auf den NF-κB Signalweg entwickelt: BTZ und CFZ aktivieren den NF-κB Signalweg, da diese durch Hemmung der für die Proteolyse des Proteasoms geschwindigkeitsbestimmenden β5-Untereinheit den Abbau von IκB im kompensatorisch aktivierten lysosomalen System fördern. Das β2-selektive LU-102 hingegen lässt die proteasomale Proteolyse quantitativ weitgehend unangetastet und führt somit nicht zum lysosomalen Abbau von IκB. Zudem sorgt LU-102 über einen bisher unbekannten Mechanismus für eine Hemmung des NF-κB Signalweges.
Zusammenfassend ist durch die vorliegenden Ergebnisse eine weitere klinische Entwicklung der Kombination von β2-inhibierenden Proteasominhibitoren, wie LU-102 oder Carfilzomib, mit Ibrutinib im Gegensatz zur Kombination von Bortezomib, welches die β2-Aktivität nicht inhibiert, mit Ibrutinib für das Multiple Myelom zu empfehlen.
Cancer is the major cause of death besides cardiovascular disease. Leukaemia represents the most prevalent malignancy in children with a frequency of 30 % and is one of the ten leading types of cancer in adults. Philadelphia Chromosome-positive B-ALL (Ph+ B-ALL) is driven by the cytogenetic aberration of the reciprocal chromosomal translocation t(9;22)(q34;q11) leading to the formation of the Philadelphia chromosome with a BCR-ABL1 fusion gene. This fusion gene encodes a BCR-ABL1 oncoprotein which is characterized by a constitutively enhanced tyrosine kinase activity promoting amplified proliferation, differentiation arrest and resistance to cell death. Ph+ B-ALL is considered the most aggressive ALL subtype with a long-term survival rate in the range of only 30 % despite intensive standard of care including chemotherapy in combination with a tyrosine kinase inhibitor (TKI) followed by allogeneic stem cell transplantation after remission for clinically fit patients.
The efficacy of chemotherapy has long been mainly attributed to tumour cell toxicity while immune modulating effects have been overlooked, especially in light of known immunosuppressive properties. Accumulative evidence, however, emphasizes the ability of chemotherapeutic agents, including TKIs, to normalise or re-educate a dysfunctional tumour microenvironment (TME) resulting in enhanced anti-tumour immunity. One of the underlying mechanisms of immune modulation is the induction of immunogenic cell death (ICD). ICD is an anti-tumour agent-induced cell death modality determined by the capacity to convert cancer cells into anti-cancer vaccines. The induction of ICD relies on the release of damage-associated molecular patterns (DAMPs) from dying tumour cells succumbing to ICD. Translocation of CALR to the cell surface, extracellular secretion of ATP and release of HMGB1 from the nucleus are key hallmarks of ICD that mediate anti-tumour immunity upon binding to antigen presenting cells resulting in a tumour antigen-specific immune response. Besides these molecular determinants, ICD is functionally defined by the inhibition of tumour growth in a vaccination assay in which mice are injected with tumour cells exposed to the potential ICD inducer in-vitro and then re-challenged with live tumour cells of the same cancer type. Both molecular and functional criteria determine the gold standard approach to assess ICD. By increasing the immunogenicity of cancer cells, ICD contributes to the restoration of immunosurveillance as an essential feature of tumour rejection, which is clinically reflected by improved therapeutic efficacy and disease outcome in patients. Therefore, identifying novel ICD inducers is an objective of interest in the context of cancer therapy.
In respect of these considerations, the aim addressed in the present work is the examination of the second-generation TKI Nilotinib for the ability to induce ICD. The thesis is set in the context of the group's research on the role of Gas6/TAM signalling within the TME regarding the pathogenesis of acute leukaemia. In in-vivo experiments of our research group it has been consistently observed that the use of Nilotinib enhances the anti-leukaemic immunity mediated by a deletion of Gas6. Against the background of increasing importance of chemotherapeutic agents as potent modulators of a dysregulated TME, it was hypothesized that Nilotinib may synergize with a Gas6-deficient environment by inducing ICD in Ph+ B-ALL cells.
In growth inhibition and Annexin V/Propidium iodide cell death assays Nilotinib was shown to induce cell death in concentration-dependent manner that occurs bimodally in terms of cell death modality ranging between apoptosis and necrosis. By ICD marker analysis, comprising flow-cytometric detection of CALR exposure, chemoluminescence-based ATP measurement and immunoblotting for HMGB1, it was found that Nilotinib-induced cell death is not accompanied by CALR exposure and ATP secretion, but is associated with the release of HMGB1. In macrophages co-culture experiments with Nilotinib-treated leukaemic cells, no relevant shift in terms of macrophages activation and polarisation was observed in either a juxtacrine or paracrine setup. In consistency with the results obtained in the in-vitro experiments, Nilotinib was not potent to elicit a protective immune response in mice within a vaccination assay.
Conclusively, Nilotinib was identified to not qualify as bona fide ICD inducer. The role of Nilotinib-induced cell death and HMGB1 release are proposed as objective for further investigation concerning the synergistic interplay between Nilotinib and a Gas6-deficient environment. Efforts addressing exploration and optimisation of the immunological potential of chemotherapeutic agents are a promising approach aimed at providing cancer patients with the best possible treatment in future.
