Signaling in persisting leukemic stem cells in acute myeloid leukemia

• Antragstellerin: Privatdozentin Dr. Cornelia Brendel
• Fachliche Zuordnung: Hämatologie, Onkologie
• Förderung: Förderung von 2008 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 59021035

Bei Patienten mit akuten myeloischen Leukämien (AML) kann mit einer hochdosierten Chemotherapie in 60-70% eine Remission erreicht werden. Leider erleiden etwa 80% dieser Patienten einen Rückfall der Erkrankung, hervorgerufen durch eine persistente leukämische Zelle (PLC), die in den Patienten überlebt. Der Phänotyp dieser PLC ist bislang unbekannt. In der ersten Förderperiode haben wir daher das Stamm- und Progenitorzellkompartment aus Knochenmark von AML Patienten bei Diagnosestellung, in Remission und auch im Rückfall mittels simultaner funktionaler und immunphänotypischer Durchflußzytometrieanalyse (SFDC) untersucht. Wir konnten zeigen, dass eine hohe Aktivität der funktionalen Parameter Aldehyd-Dehydrogenase und Entgiftungspumpenfunktion mit Therapierefraktärität und hohem Rückfallrisiko in unserem AML Patientenkollektiv einhergeht. Um PLC in Stamm- und Progenitorzellkompartimenten von AML Patienten zu finden, etablierten wir eine genomischen Einzelzell-PCR Analyse für eine der häufigsten AML-assoziierten Mutationen, die Nucleophosmin 1 Mutation (NPM1). Unsere vorläufigen Daten weisen darauf hin, dass Progenitorzellkompartimente mehr NPM1 mutierte Zellen aufweisen im Vergleich zu primitiven Stammzellkompartimenten. Daraus schließen wir, dass der Phänotyp von PLC nicht dem von primitiven gesunden Blutstammzellen entspricht. In der zweiten Förderperiode stellen wir deshalb die Frage, in welchem Progenitorzellkompartiment von Patienten mit AML in Remission die höchste Rate an NPM1 Mutationen zu finden ist, so dass diese Zellen mittels SFDC für anschließende genetische Analysen selektioniert werden können, um Signalkaskaden zu verstehen, die für das Überleben von PLC in AML Patienten in vivo relevant sind.Um Progenitorzellen funktionell zu charakterisieren, haben wir zusätzlich ein Mausmodell für die menschliche AML etabliert. Wir transplantierten Stamm- und Progenitorzellkompartimente von primären AML Patienten und konnten in den immundefizienten Mäusen ein Anwachsen beobachten, auch wenn nur 2500 AML Zellen transplantiert wurden. Nach Übertragung von humanen Leukämiezellen (KG1a) entwickelten die Rag2-/-γ-/- Mäuse innerhalb von 5-6 Wochen eine AML und wurden chemotherapiert. Komplettgenom-Mikroarray-Analysen humaner PLC, welche nach chemotherapeutischer Behandlung in den Rag2-/-γ-/- Mäusen in vivo überlebten, erbrachten einige Gene, die bekanntermaßen für das Überleben von Zellen wichtig sind und zusätzlich bislang unbekannte interessante neue Resistenz-Kandidatengene. Diese Gene sollen nun in der zweiten Förderperiode validiert und weiter untersucht werden. Unser AML-Rag2-/-γ-/- Modell stellt darüber hinaus eine Plattform für humane Leukämiezellen dar, welche mit lentiviralen shRNA Bibliotheken transduziert wurden, um durch Barcode-Screening Resistenz-assoziierte Gene nach in vivo Chemotherapie zu identifizieren.Beide Strategien, sowohl die Anwendung des in vivo AML-Maus Modell als auch des primären Patientenknochenmarks stellen sehr realistische und wirklichkeitsnahe Szenarien dar, mit denen PLC näher charakterisiert werden können. Das Aufdecken der Signalkaskaden in PLC ist die Voraussetzung für die Entwicklung neuer, gezielter Therapiestrategien, um ihre Resistenzmechanismen bei der AML zu überwinden. Wenn es gelingt, diese persistenten leukämischen Klone auszutilgen, dann kann eine dauerhafte Heilung in vielen AML Patienten erzielt werden.

• DFG-Verfahren: Klinische Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: KFO 210: Genetics of Drug Resistance in Cancer