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Die akute myeloische Leukämie (AML) ist aus genetischer Sicht eine sehr heterogene Erkrankung. Rezeptortyrosinkinasen (RTKs) wie FLT3 sind in der Leukämogenese von zentraler Bedeutung. Durch Mutationen aktivierte RTKs sind allerdings alleine nicht in der Lage eine AML zu induzieren. Die Kooperation mit anderen Mutationen ist hierfür notwendig. Zu den am häufigsten gemeinsam auftretenden Mutationen in der AML gehören NPM1- und FLT3-ITD- (internal tandem duplication) Mutationen. Klinische Daten zeigen, dass eine FLT3-ITD die gute Prognose von NPM1-mutierten (NPM1c+) Patienten in Abhängigkeit des FLT3-ITD-mRNA-Levels in negativer Weise beeinflusst. Dies lässt auf ein pathogenes Zusammenwirken beider Genmutationen in der AML schließen, welches im Rahmen dieser Arbeit untersucht wurde. Dazu wurde basierend auf der humanen AML-Zelllinie OCI-AML3 mittels stabiler, lentiviraler Transduktion das erste zelluläre Modellsystem etabliert, das die relevanten Genotypen (NPM1c+/FLT3-ITD; NPM1c+/FLT3-WT) sowie unterschiedliche Verhältnisse von FLT3-ITD zu FLT3-WT (ITD/WT) im NPM1-mutierten Hintergrund modelliert. Zunächst wurde die NPM1-Mutation sowie die Funktionalität des FLT3-WT- und FLT3-ITD-Rezeptors in den nativen und transgenen Zellen bestätigt. Mit Hilfe des Zellmodells konnte gezeigt werden, dass Zellen, die beide Mutationen tragen, in vitro wie auch in vivo einen Wachstumsvorteil besitzen. Dieser vergrößerte sich zudem mit zunehmendem ITD/WT-Verhältnis. Ab einem bestimmten ITD/WT-Verhältnis konnte dieser Wachstumsvorteil in vitro mit einem FLT3-Inhibitor über eine gewisse Dauer gehemmt werden. Diese Ergebnisse könnten auf ein Zusammenwirken der beiden Mutationen bei der Leukämogenese hinweisen und eine Ursache für die schlechteren Überlebenskurven von Patienten mit beiden Mutationen und zunehmender FLT3-ITD-Last darstellen. Der insgesamt jedoch nur schwach ausgeprägte Phänotyp des etablierten Zellmodells erfordert zum eindeutigen Nachweis der funktionellen Interaktion von NPM1- und FLT3-ITD Mutationen ein alternatives Modellsystem. In diesem Zellmodell zeigten Zellen, die den FLT3-WT-Rezeptor überexprimierten, ebenfalls einen schwachen Wachstumsvorteil gegenüber nativen Zellen mit endogener FLT3-WT-Expression. Neben aktivierenden FLT3-Mutationen wie einer ITD, führen auch hohe FLT3-WT-Expressionslevel zur konstitutiven Aktivierung der FLT3-Kinase und verschlechtern die Prognose der Patienten. Deshalb wurde in dieser Arbeit mit der Untersuchung der transkriptionellen Regulation von FLT3, als mögliche Ursache hoher FLT3-WT-Expressionslevel, begonnen. In silico wurden im proximalen FLT3-Promotor Bindestellen für die hämatopoetischen Transkriptionsfaktoren (TF) PAX5 und MYB identifiziert. Mit Hilfe des Dual-Luciferase® Reporter Assay Systems wurden PAX5 als schwacher Repressor und MYB als Aktivator des Flt3-Promotors bestätigt. Auch der Transkriptionsfaktor CEBPA verhielt sich auf gleiche Weise als Aktivator der Flt3-Promotoraktivität. Eine Punktmutation im CEBPA-Gen, die aus zwei AML-Fällen bekannt ist, führte zu einer erhöhten Flt3-Promotoraktivität. Die Identifizierung weiterer mutierter, FLT3-regulierender TF und ihre Korrelation mit der FLT3-Expression sollen zukünftig tiefere Einblicke in die transkriptionelle Regulierung von FLT3 als Ursache der FLT3-Überexpression in AML-Patienten gewähren. Für eine Reihe von in AML-Patienten gefundenen Mutationen ist deren Rolle in der Pathogenese der AML noch unbekannt. Dazu gehören Mutationen in den Rezeptortyrosinkinasen DDR1 und DDR2. In der vorliegenden Arbeit wurden DDR1- und DDR2-Mutationen stabil in Ba/F3 Zellen und transient in HEK-293T Zellen exprimiert, um ihr transformierendes Potential zu untersuchen und diese funktionell zu charakterisieren. Transgene, DDR1- und DDR2-exprimierende Ba/F3 Zellen zeigten keinen transformierenden Phänotyp. Weitere Untersuchungen zeigten eine konstitutive Phosphorylierung der extrazellulären DDR2-Mutanten (G222R, M291I) in HEK-293T Zellen und eine Adhäsion von Ba/F3 Zellen mit wildtypischem sowie mutiertem DDR1-Rezeptor in Anwesenheit des DDR-Liganden Kollagen. DDR1- und DDR2-Rezeptoren sind bisher vor allem in soliden Tumoren untersucht. Weitere funktionelle Analysen sind notwendig, um ihren Stellenwert bei der Entstehung von AML zu erfassen. Diese Arbeit zeigt, dass Rezeptortyrosinkinasen in der Leukämogenese auf unterschiedliche Weise eine wesentliche Rolle spielen können. Da Rezeptortyrosinkinasen zudem wichtige Zielmoleküle für therapeutische Ansätze darstellen, sind sie von besonderer Bedeutung.

FLT3 (fms-like tyrosine kinase 3) ist bei ca. 30% aller Patienten mit akuter myeloischer Leukämie konstitutiv aktiviert und repräsentiert einen krankheitsspezifischen molekularen Marker. Zwei verschiedene Arten von Mutationen sind hierbei vorherrschend: ITD (internal tandem duplications) im Bereich der juxtamembranösen Region sind bei ungefähr 20-25% der Patienten nachweisbar sowie Mutationen im Bereich der Tyrosinkinasedomäne (TKD), die bei bis zu 8% der AML-Fälle auftreten. Es wurde bisher davon ausgegangen, dass die beiden Mutationstypen nicht im gleichen Patienten auftreten, da sie eine funktionelle Redundanz aufweisen. Neuere Daten zeigen jedoch, dass 1-2% aller AML-Patienten beide Mutationen (FLT3-ITD-TKD, duale Mutanten) tragen. Die Signifikanz dieser Beobachtung ist noch unklar, erste Studien haben jedoch gezeigt, dass diese dualen Mutationen mit einer besonders schlechten Prognose assoziiert sind. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass FLT3 duale Mutanten in in vitro Modellsystemen nicht nur Resistenzen gegenüber PTK Inhibitoren, sondern auch gegenüber dem Zytostatikum Daunorubicin induzieren können. Als molekularer Mechanismus hierfür konnte eine verstärkte Aktivierung von STAT5 (signal transducer and activator of transcription 5) sowie eine erhöhte Expression der STAT5-Zielproteine Bcl-x(L) und RAD51 identifiziert werden. Darüber hinaus konnte ein Arrest in der G2/M Phase des Zellzyklus beobachtet werden. Dieser Zellzyklusarrest erlaubt, DNA-Schäden zu reparieren und eine Apoptose zu vermeiden. Dass die Überexpression von Bcl-x(L) den wohl kritischen Punkt bei der Resistenzentstehung von FLT3-ITD-TKD Mutationen ausmacht, konnte dadurch bewiesen werden, dass Bcl-x(L)- und ITD- koexprimierende Zellen das Resistenzbild der dualen Mutanten imitieren können. Interessanterweise konnte der selektive mTOR-Inhibitor Rapamycin in Kombination mit PTK Inhibitoren die Sensitivität der dualen Mutanten wiederherstellen. Diese Arbeit beschreibt die molekularen Grundlagen von Resistenzbildungen gegenüber FLT3 PTK Inhibitoren und zeigt gleichzeitig therapeutische Ansätze auf, um Resistenzen zu verhindern oder zu überkommen.

Leukämische Blasten bei AML können ex vivo in DC umgewandelt werden, wodurch Anti-gen-präsentierende Zellen entstehen, welche leukämische Antigene präsentieren. Im kleineren Rahmen sollten zunächst Daten zu methodischen Vorversuchen ausgewertet werden, um bei AML und MDS unter serumfreien Bedingungen DC zu generieren. Diese me-thodischen Vorversuche an 50 AML-, 24 MDS-Patienten und 23 gesunden Probanden erga-ben, dass adhärente Zellfraktionen die DC-Ausbeute im Vergleich zu totalen MNC-Fraktionen nicht verbessern, dass bei MACS-depletierten `MNC(-)`- und aufgetauten MNC-Fraktionen niedrigere DC-Zahlen erreicht werden, und dass die DC-Ernte bei AML- und MDS-Patienten nach 10-14tägiger Kulturzeit, bei gesunden Probanden jedoch nach 7tägiger Kulturzeit höher ist. Außerdem zeigte sich, dass die Zugabe von FL die DC-Ernte erhöht, der Einsatz von autologem Plasma dagegen in vielen Fällen einen inhibitorischen Effekt auf die DC-Generierung hat. Die Kulturmedien CellGro und Xvivo erzielten vergleichbare DC-Ausbeuten. Nach Ermittlung der optimalen Zellfraktion, Kulturdauer und –zusätze, wurden serumfreie DC von 100 AML-, 55 MDS- und 38 gesunden Proben in einem 10-14-tägigem serumfreien Xvivo-Kultursystem mit GM-CSF, IL-4, FL und TNFα angezüchtet und charak-terisiert. Bei der DC-Generierung unter standardisierten Bedingungen betrug die Ausbeute der MNC-Fraktionen durchschnittlich 20% bei MDS, 34% bei AML und 25% bei gesunden Probanden. Zwischen 53-58% der DC waren reife CD83+DC. Die DC-Ernten waren in den monozytären FAB-Klassen (AML-M4/5, MDS-CMML) am höchsten, dagegen unabhängig von den zyto-genetischen Risikogruppen. Das Oberflächenmarkerprofil der DC von den AML- und MDS-Proben (einschließlich 1 MDS- und 3 AML-Zelllinien) war mit dem der gesunden DC ver-gleichbar. In parallelen Kulturansätzen konnte außerdem gezeigt werden, dass in einem `MCM-Mimic`-Medium mit PGE2 der Anteil reifer, CCR7+DC besonders hoch war. Der leu-kämische Ursprung der AML- und MDS-DC wurde bei 5 AML- und 4 MDS-Fällen mittels FISH durch die Persistenz klonaler, zytogenetischer Aberrationen in den DC oder in übrigen Fällen durch die Coexpression leukämischer Antigene auf den DC bewiesen. Durch eine kombinierte FISH/Immunophänotyp-Analyse (FISH-IPA) konnte zudem nachgewiesen wer-den, dass obige klonale, numerische Aberrationen konstant in Kombination mit DC-Markern detektierbar, jedoch nicht alle klonalen Zellen zu leukämischen DC umwandelbar waren (durchschnittlich 53% der AML- und MDS-Blasten). Umgekehrt trugen auch nicht alle gene-rierten DC die klonale Aberration (im Durchschnitt 51% der DC). In 41 AML-Fällen mit ei-ner Leukämie-spezifischen bzw. aberranten Antigenexpression oder in AML-Fällen mit ei-nem CD33+ Blastenphänotyp und gleichzeitig

Bei der akuten myeloischen Leukämie (AML) stellen die unkontrollierte Proliferation und Reifungsblockade myeloider Vorläuferzellen, Expansion dieser Zellen in das periphere Blut, extramedulläre Manifestationen und verminderte Elimination der Leukämiezellen durch das Immunsystem grundlegende Pathomechanismen dar. Diese Vorgänge werden über ein komplexes Zusammenspiel von Zytokinen und Adhäsionsmolekülen reguliert. In dieser Arbeit wurde daher mittels Durchflußzytometrie die Expression von Zytokinrezeptoren, Adhäsions- und kostimulatorischen Molekülen in Knochenmarks(KM-) Proben von 103 AML-Patienten bei Diagnosestellung und acht gesunden Probanden untersucht. Zytokinrezeptoren weisen bei der normalen Hämopoese ein reifegradabhängiges und linienspezifisches Expressionsmuster auf. Es wurden daher zum einen Zytokinrezeptoren ausgewählt, die schon in der frühen Hämopoese exprimiert werden, wie der SCF-R (CD117), FL-R (CD135), IL-3-R (CD123) und zum andern Zytokinrezeptoren, die erst in späteren Differenzierungsstadien der monozytären Zelllinie (v.a. GM-CSF-R; CD116) und der granulozytären Zelllinie (v.a. G-CSF-R, CD114) exprimiert werden. Die gp130-Subunit (CD130) stellt die signaltransduzierende Untereinheit von IL-6, IL-11, LIF etc. dar und wirkt synergistisch auf allen Stufen der Hämopoese mit. Die untersuchten Adhäsionsmoleküle wurden in drei Gruppen unterteilt: a) Adhäsionsmoleküle, die den Kontakt zur KM-Matrix oder zu sich selbst beeinflussen: VLA-2 (CD49b), VLA-3 (CD49c) und die erst kürzlich auf hämopoetischen Zellen gefundenen Adhäsionsmoleküle PRR-1 und PRR-2. b) Adhäsionsmoleküle, die den Kontakt zum Endothel fördern: LFA-1 (CD11a), Mac-1 (CD11b), L-Selektin (CD62L) und UPA-R (CD87) c) kostimulatorische Moleküle, die eine Rolle bei der Interaktion der Leukämiezellen mit immunkompetenten Zellen spielen: ICAM-1 (CD54), LFA-3 (CD58), B7-1 (CD80), B7-2 (CD87) und NCAM (CD58). Eine KM-Probe wurde als positiv gewertet, wenn mehr als 20% der Blasten im Auswertefenster den entsprechenden Marker exprimierten. Ergebnisse: Der durchschnittliche Anteil Zytokinrezeptoren exprimierender Zellen war in KM-Proben von AML-Patienten deutlich höher als in KM-Proben von gesunden Probanden. Einzige Ausnahme bildete die gp130-Subunit, die nur auf durchschnittlich 4% der AML-Blasten exprimiert wurde, während durchschnittlich 23% der Zellen in gesunden KM-Proben die gp130-Subunit exprimierten. Bei den Adhäsionsmolekülen zeigte sich im Vergleich zu den gesunden KM-Proben bei der AML ein höherer Anteil von Zellen, die kostimulatorische und Endothel-Kontakt-fördernde Moleküle exprimierten, während der Anteil von Zellen, die das Stroma-Kontakt-fördernde ß1-Integrin VLA-2 exprimierten, vermindert war. VLA-3 konnte dagegen in keinem der untersuchten AML-Fälle und der gesunden KM-Proben als positiv gewertet werden. Innerhalb der AML-Subtypen konnte ein reifegrad– und linienabhängiges (monozytäres, granulozytäres) Verteilungsmuster der Zytokinrezeptoren festgestellt werden: Blasten unreifer Leukämien (M0; M1) exprimierten bevorzugt SCF-R und FL-R. Blasten von AML-Subtypen, die der granulozytären Differenzierungslinie zugeordnet werden (M2, M3), exprimierten v.a. G-CSF-R. Blasten monozytärer Leukämien (M4, M5) exprimierten v.a. GM-CSF-R und FL-R. Der IL-3-R wurde in fast allen AML-KM-Proben auf einem Großteil der Blasten exprimiert. Den größten Anteil positiver Zellen für Adhäsions- und kostimulatorische Moleküle (Integrine, B7-2, NCAM, UPA-R) wiesen die monozytären Leukämien auf. B7-1 wurde v.a. auf Blasten des FAB-Typs M3 exprimiert. L-Selektin, ICAM-1 und PRR-1/PRR-2 zeigten eine variable Expression innerhalb aller FAB-Typen. In der Gruppe der sekundären Leukämien waren signifikant mehr Fälle Mac-1-positiv als in der Gruppe der primären Leukämien (p = 0.074, Qui2-Test). Ansonsten zeigten sich zwischen primären und sekundären Leukämien keine signifikanten Unterschiede. Wichtig für die Entscheidung über Art und Intensität der Therapie bei der AML ist das Abschätzen der Prognose eines Patienten bei Diagnosestellung. Bislang werden Patienten v.a. anhand zytogenetischer Untersuchungen von Karyotypanomalien in Prognosegruppen eingeteilt. Da aber nur ca. 50-60% der AML-Patienten chromosomale Veränderungen aufweisen, besteht ein Bedarf an Karyotyp-unabhängigen Prognosekriterien. Zytogenetische Analysen wurden bei allen AML-KM-Proben durchgeführt und die Expression der Marker sowohl mit den zytogenetischen Risikogruppen als auch mit dem tatsächlichen klinischen Verlauf der Patienten korreliert. In die klinische Auswertung wurden nur Patienten (n = 55) eingeschlossen, die nach dem Therapieprotokoll der German AML-Cooperative-Group behandelt worden waren. In der zytogenetisch günstigen Prognosegruppe zeigten sich im Vergleich zur zytogenetisch ungünstigen Prognosegruppe signifikant mehr G-CSF-R-positive Zellen (p = 0.027, T-Test), signifikant weniger L-Selektin-positive Fälle (p = 0.037, Qui2-Test) und signifikant mehr Mac-1- und PRR-1-positive Fälle (p = 0.005; p = 0.009; Qui2-Test). Diese Marker zeigten aber keine signifikanten Unterschiede bezüglich Remissionrate und progressfreier Überlebenswahrscheinlichkeit der Patienten. Dies läßt sich auf die zum Teil geringe Fallzahl und die kurze Beobachtungsdauer von im Mittel 11 Monaten nach Remission erklären. Andere Marker zeigten dagegen keine Korrelation mit den zytogenetischen Risikogruppen, dagegen aber mit dem tatsächlichen klinischen Verlauf der Patienten: VLA-2-, NCAM-, UPA-R-positive Leukämien zeigten eine signifikant niedrigere Remissionsrate (p = 0.049, p = 0.03, p = 0.03, Qui2-Test). Patienten, in deren KM-Proben >85% der Blasten den FL-R oder >45,5% den SCF-R exprimierten, wiesen eine signifikant niedrigere Wahrscheinlichkeit für progressfreies Überleben auf, ebenso wie Patienten, in deren KM-Proben >60,5% der Blasten ICAM-1-, >15% B7-1-, >65% B7-2- und >8% NCAM-positiv waren. NCAM korrelierte als einziger Marker negativ sowohl mit der Remissionsrate, als auch mit der progressfreien Überlebenswahrscheinlichkeit, allerdings nicht mit der Einteilung in zytogenetische Risikogruppen. Auch für die übrigen Marker konnten Cut-off-Werte für den Anteil Marker-positiver Blasten ermittelt werden, bei denen aus dem Vergleich der entstandenen Gruppen ein deutlicher Unterschied in der Dauer der progressfreien Überlebenszeit hervorging. Diese Unterschiede waren allerdings aufgrund der geringen Fallzahl nicht signifikant, so dass sich eine eindeutige prognostische Aussagen nicht treffen ließ. Dabei wiesen Patienten mit einem höheren Anteil von G-CSF-R-, GM-CSF-R- und einem niedrigeren Anteil von IL-3-R-exprimierenden Blasten eine längere progressfreie Überlebenszeit auf. Patienten mit sehr hohem Anteil PRR-2- oder mit geringem Anteil PRR-1-positiver Blasten tendierten zu einer eher kürzeren progressfreien Überlebenszeit. Umgekehrt wies eine niedrige Expression von Endothel-Kontakt fördernden Oberflächenmolekülen, wie z.B. L-Selektin, Mac-1 und UPA-R auf eine schlechte Prognose hinsichtlich der Dauer des progressfreien Überlebens hin. Therapeutische Konsequenzen: Die in dieser Arbeit aufgezeigten Zusammenhänge zwischen der Expression bestimmter Oberflächenmarker und dem klinischen Verlauf der Patienten helfen, die Prognoseeinschätzung von Patienten - über die Zytogenetik hinaus - weiter zu spezifizieren: So stellt die NCAM-positive Leukämie eine eigene Entität mit prognostisch schlechtem Verlauf unabhängig vom Karyotyp dar. Bei UPA-R- und/oder VLA-2-positiven AML-Fällen sollten aufgrund der verminderten Remissionswahrscheinlichkeit intensivere therapeutische Induktionstherapien eingeleitet werden. Für die Remissionsdauer ist sowohl die hohe Expression kostimulatorischer Moleküle, als auch die hohe Expression von Zytokinrezeptoren, die v.a. auf Stammzellebene wirksam sind und die die Expression von diesen kostimulatorischen Molekülen fördern, prognostisch ungünstig. Diese Patienten sollten bei intensiver Konsolidierungstherapie engmaschig kontrolliert werden und die Indikation zur Knochenmarkstransplantation sollte frühzeitig gestellt weren. In der Zytokintherapie werden G-CSF und GM-CSF regelmäßig in der Klinik zur Verkürzung der Neutropeniephase nach Chemotherapie eingesetzt. Dagegen konnte mit dem Einsatz von G-CSF und GM-CSF als Priming-Medikamente bisher noch kein eindeutiger klinischer Benefit für die Patienten erzielt werden. Die in dieser Arbeit vorgestellten Ergebnisse einer linienspezifischen und reifegradabhängigen Expression der Zytokinrezeptoren legen nahe, dass G-CSF als Primingmedikament v.a. bei granulozytär-differenzierten AML-Subtypen und GM-CSF eher bei monozytär-differenzierten AML-Subtypen eingesetzt werden sollte. In der Supportivtherapie, bei der die Stimulation von AML-Blasten nicht mehr gewünscht ist, sollten G- und GM-CSF genau umgekehrt eingesetzt werden. Da eine hohe Expression von FL-R und SCF-R mit einer schlechten Prognose für die Dauer des progressfreien Überlebens korrelierte, kann sich eine Stimulation dieser Rezeptoren durch die Gabe von SCF und FL in der Supportivtherapie eher ungünstig auswirken, ebenso wie beim Priming, da auch gesunde Stammzellen stimuliert und damit sensibler gegen Zytostatika werden. Darüber hinaus geben diese Ergebnisse auch Hinweise auf mögliche pathobiologische Bedeutungen und damit verbundener neuer therapeutischer Strategien bei der AML: So kann die erhöhte FL-R-Expression - wie bei der Tandemduplikation des FL-R auch - zu einer erhöhten, prognostisch ungünstigen Phophorylierung von Tyrosinkinasen führen. Auch der SCF-R aktiviert intrazellulär Tyrosinkinasen. Neue Medikamente, wie z.B. Tyrosinkinase-Inhibitoren, oder Dexamethason, das die FL-R-Expression auf den AML-Blasten herunterreguliert, könnten bei diesen AML-Patienten neue benefit-bringende therapeutische Möglichkeiten darstellen. Ebenso scheint die Immunantwort bei AML-Patienten trotz, oder vielleicht sogar gerade bei Expression von kostimulatorischen Molekülen vermindert zu sein, was die Gabe von immunstimulierenden Medikamenten, wie rIL-2 oder CTLA-4-Inhibitoren im Bereich der Immuntherapie sinnvoll erscheinen lässt. So leistet diese Arbeit nicht nur einen Beitrag zur Diagnostik, Prognose und Biologie der AML, sondern entwickelt in Zusammenschau mit bereits publizierten Daten neue, therapeutische Möglichkeiten für die Behandlung der AML.