Ein Gen, zwei Phänotypen - die Pathomechanismen und Leukämieentwicklung der kongenitalen und zyklischen Neutropenie verstehen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Julia Skokowa, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Hämatologie, Onkologie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 455056283

Schwere kongenitale Neutropenie (CN) ist ein prä-leukämisches Syndrom des Knochenmarksversagens, welches durch früh einsetzende Neutropenie, begleitet von schweren Infektionen, charakterisiert ist. CN ist eine heterogene Erkrankung, sie wird von Mutationen in verschiedenen Genen verursacht, meistens in ELANE, welches die neutrophile Elastase (NE) codiert. Eine zweite Form der angeborenen Neutropenie ist die zyklische Neutropenie (CyN), sie ist charakterisiert durch Oszillation der Neurophilen-Anzahl, welche alle 21 Tage einen Tiefpunkt erreicht. Während dieser Phase geringer Neutrophilen-Anzahl können die Patienten an verschiedenen Infekten leiden. Nahezu alle Fälle von CyN lassen sich auf Mutationen in ELANE zurückführen. Diese überschneiden sich ausnahmslos den ELANE-Mutatione, die in CN beschrieben werden. Es ist unklar, wie dieselbe Mutation CN und CyN verursachen kann. Eine schwere Komplikation von CN, und zu einem geringeren Grad von CyN, ist die Entwicklung eines myelodysplatischen Syndroms (MDS) und akuter myeloider Leukämie (AML). Granulocyte-colony stimulating factor (G-CSF) ist ein lebensrettendes Medikament für CN und CyN Patienten, es verbesserte die Granulopoese und verhindert schwere Infektionen. Allerdings korreliert das Risiko eine Leukämie zu entwickeln direkt mit der benötigten Dosis G-CSF. Die kumulative Inzidenz von MDS oder AML in CN liegt bei ca. 20% nach 10 Jahren G-CSF Behandlung. CyN-Patienten haben ein viel geringeres Risiko MDS oder AML zu entwickeln. Es ist unklar, warum die Leukämie-Entwicklung in CyN-Patienten viel geringer ist. Es existiert kein Maus-Modell um durch ELANE Mutationen verursachte CN und CyN zu untersuchen, da Mutationen im Maus-Ortholog von ELANE keine Neutropenie verursachen. Da CN und CyN häufig durch identische Mutationen in ELANE verursacht werden ist es außerdem nicht möglich exakte Modelle, die zwischen den beiden Erkrankungen unterscheiden, mit einfachen Methoden des Genom-Editings zu erzeugen. Daher planen wir eine Model für durch ELANE-Mutationen verursachte CN und CyN, sowie die maligne Transformation von CN, zu entwickeln, basierend auf induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSCs) von Patienten. iPSCs tragen den vollständigen genetischen Hintergrund des Patienten und damit auch alle möglichen, noch unbekannten, genetischen Modifikatoren. Wir etablierten die Generierung und granulozytäre Differenzierung von iPSCs aus Patienten, inklusive durch ELANE-Mutationen verursachte CN. iPSCs wiederholten dabei die defekte Granulopoese, welche sich in der Klinik beobachten lässt. Wir planen die Pathomechanismen von CN und CyN im iPSC-Modell zu vergleichen. Da CN Patienten mit einer erworbenen G-CSFR-Mutation ein hohes Risiko für Leukämie haben, planen wir außerdem ein Prä-Leukämie-Modell zu entwickeln, indem wir diese Mutationen mittels CRISPR/Cas9 einführen. Wir glauben, dass diese Modelle helfen werden, die an der frühen malignen Transformation von CN beteiligten Signalwege aufzuklären.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Israel
• ausländ. Mitantragstellerin: Dr. Orna Steinberg Shemer