Die Bedeutung von EZH2-abhängigen Stammzellprogrammen für Therapieansprechen und Resistenz bei der Akuten Myeloischen Leukämie

• Antragsteller: Professor Dr. Carsten Müller-Tidow
• Fachliche Zuordnung: Hämatologie, Onkologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 415522939

Krebsstammzellen stehen an der Spitze der Hierarchie in vielen Krebsarten. In akuten myeloischen Leukämien sind leukämische Stammzellen (LSZ) gut charakterisiert und stellen nach heutigem Wissen einen der Hauptfaktoren für den Ausgang einer Chemotherapie dar. LSZ- Eigenschaften scheinen epigenetisch verankert zu sein, da LSZ und die Masse der Leukämischen Zellen in einem Patienten die gleichen Mutationen aufweisen. Auch vorhandene Resistenzen gegen Chemotherapien scheinen an Stammzelleigenschaften gekoppelt zu sein. LSZ haben spezifische Eigenschaften, wie das Potential sich endlos zu erneuern, eine Blockade der Differenzierung sowie die Fähigkeit den Wirt neu zu besiedeln. Auch Resistenzen gegen Chemotherapeutika stehen in Verbindung zu LSZ-Charakteristika. Bisher ist allerdings unklar, ob diese Resistenzen auf Stammzellfunktionen in LSZ basieren oder ob diese in LSZ lediglich überrepräsentiert sind. Dementsprechend ist das Ziel dieses Projektes nachzuweisen, ob Stammzelleigenschaften und Resistenz tatsächlich mechanistisch verbunden sind oder ob beide Aspekte getrennt werden können. Dazu werden wir ein genetisches leukämisches Mausmodell verwenden, welches die repressive Histonmodifikation H3K27me3 beeinträchtigt. In diesem Modell depletieren wir die Stammzell-assozierte H3K27- Methyltransferase EZH2 mittels retroviraler Transduktion in hämatopoietischen Zellen aus CAS9-exprimierenden C57BL/6 Mäusen. Zusätzlich zu der validierten guide-RNA gegen EZH2 werden die Retroviren auch eines von drei leukämischen Onkogenen, MLL-AF9, AML1-ETO9a oder MYC, sowie einen Barcode, welcher zur späteren Identifikation von Klonen benutzt wird, enthalten. Dies wird, aufgrund von unterschiedlichen Integrationsstellen des retroviralen Konstruktes sowie der zufälligen NHEJ-Reparatur der Doppelstrangbrüche und Anzahl von betroffenen Allelen, zu einer großen Variabilität von Klonen führen. Daraufhin werden wir Leukämogenese, Leukämieprogression und verschiedene Stammzellfunktionen (limiting dilution assays, sekundäre und Serienplattierungen) in vivo evaluieren und die Resistenz gegen Cytarabine für jedes Onkogen in vitro und in vivo testen. Diese Experimente werden mit Pools von 1000 Klonen je Onkogen durchgeführt, und deren Stammzellverhalten sowie Resistenz gegen Cytarabine kann durch die entsprechenden Barcodes verglichen werden. Die Integrationsstellen der Top-Kandidaten dieser Versuche werden genetisch charakterisiert, um synergistische Effekte der getroffenen Gene zu untersuchen. Identifizierte Zielgene und Signalwege werden in menschlichen primären Leukämien verifiziert und werden in Patientenkohorten von klinischen Studien auf klinische Eigenschaften und Ausgang hin untersucht. Letztendlich werden diese Versuche helfen zu bestimmen, ob Stammzellverhalten und Resistenz voneinander unterschieden werden können. Diese Ergebnisse werden dazu beitragen Stammzellenfunktionen besser zu verstehen und dadurch neue Strategien zur Überwindung von Resistenzen zu entwickeln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen