Antrag zur Unterstützung des Forschungsprojektes: "Identifizierung von neuen Interaktionsnetzwerken innerhalb der hämatopoietischen Nische bei der akuten myeloischen Leukämie" von J. Wellbrock, Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf

Bei der akuten myeloischen Leukämie (AML) handelt es sich um eine Erkrankung des blutbildenden

Systems, bei der eine Vorläuferzelle maligne entartet und durch klonale Vermehrung eine Vielzahl

unreifer Krebszellen, so genannter Leukämieblasten, hervorbringt (Löwenberg et al, NEJM 1999,

341:1051-62). So kommt es schließlich zu einer Verdrängung des normalen blutbildenden Systems und

den Symptomen einer Leukämie. Trotz intensiver Chemotherapie sind die Heilungschancen für AMLPatienten

nach wie vor unbefriedigend (Shipley&Butera, Exp Hematol 2009, 37:649-58). Leukämie-

Stammzellen sind in den Fokus der zielgerichteten Therapie-Strategien gerückt, da sie aufgrund ihrer

Chemotherapie-Resistenz für die schlechte Prognose der AML verantwortlich gemacht werden (Dick et

al, Blood 2008, 112(13). Leukämie-Stammzellen sind innerhalb des Knochenmarks in der so genannten

Leukämie-Stammzell-Nische beheimatet, die aus verschiedenen T ypen von Stromazellen besteht, zu

denen unter anderem Endothelzellen, Osteoblasten, Fibroblasten oder Adipozyten zählen (Konopleva

et al, JCO 2011, 29(5):591-9). Die Leukämie-Stammzellen sind ähnlich wie normale hämatopoietische

Stammzellen von einer Reihe von Signalen abhängig, die durch die Stromazellen vermittelt werden.

Bislang ist jedoch erst wenig darüber bekannt, welche Signalwege an der Interaktion von Leukämie-

Stammzellen und ihren Nischen-Stromazellen eine Rolle spielen. Allerdings gibt es Hinweise darauf,

dass einige der Signalwege, die in der Biologie von normalen Stammzellen relevant sind, auch beim

Zusammenspiel von Leukämie-Stammzellen mit den Nischenzellen eine Bedeutung innehaben könnten

(Takebe et al, Nat Rev Clin Oncol 2011, 8(2):97- 106)

 

In einigen Vorarbeiten konnten wir bereits zwei dieser Stammzell-relevanten Signalwege untersuchen,

den Hedgehog- sowie den Roundabout-Signalweg. Hierfür standen uns mRNA-Proben von Patienten

mit neu diagnostizierter AML, die an einer klinischen Studie teilgenommen hatten, zur Verfügung.

Durch quantitative PCR-Analysen und eine anschließende Korrelation der Expressionsdaten mit den

klinischen und demographischen Daten der Patienten konnten wir zeigen, dass die Expression sowohl

von Mitgliedern der Hedgehog- als auch der Roundabout-Signalkaskade einen Einfluss auf das

Überleben von AML-Patienten ausübt.

 

Das Ziel des geplanten Projektes ist die Identifizierung von neuen Interkationsnetzwerken, die eine

entscheidende Rolle beim Zusammenspiel von Leukämie-Stammzellen mit den Stromazellen innerhalb 

der Knochenmark-Stammzell-Nische übernehmen. Hierzu sollen Co-Kultur-Versuche von AML-Blasten

mit primären Endothelzellen und Osteoblasten durchgeführt werden. Nach einer mehrstündigen

Inkubation werden die beiden Zellpopulationen wieder getrennt und in Genexpressions-Analysen

(durch Microarray-Technik) soll untersucht werden, welche Signalwege durch die Co-Kulturen im

Vergleich zu den Monokulturen beeinflusst werden. Parallel zu den Leukämiezellen sollen auch Co-

Kulturen von normalen hämatopoietischen V orläuferzellen mit Endothelzellen und Osteoblasten

durchgeführt werden. Der Hintergrund hierfür ist, dass Signalkaskaden, die exklusiv beim Zusammenspiel von Leukämiezellen und Stromazellen eine Funktion übernehmen, potentielle Zielmoleküle für die Leukämietherapie darstellen könnten, da nur schwache Nebenwirkungen zu erwarten sind. In Abbildung 1 ist der geplante Versuchsaufbau schematisch dargestellt.

 

Abbildung 1. Co-Kultur-Ansätze.

Die geplanten Co-Kultur- und Microarray-Analysen sollen dazu dienen, einen ersten Überblick über die

Signal-Netzwerke zu gewinnen, welche an diesen Interaktionen beteiligt sind. Die aus diesem Projekt

generierten Daten sollen genutzt werden, um Folgeprojekte zu entwickeln, in denen einige dieser

Netzwerke im Detail analysiert werden sollen. Dieses soll durch In-vitro-Versuche mit primären AMLProben

ebenso wie in vivo mithilfe von Leukämie-Mausmodellen erfolgen.

Abbildung 1. Co-Kultur- Ansätze. In den Co-Kulturen sollen AML-Zellen (AML, grün) und CD34+-V

orläuferzellen (HSC = hematopoietic stem cell, gelb) jeweils mit primären Endothelzellen (EC =

Endothelial cell, blau; links) sowie primären Osteoblasten (Ob = Osteoblast, pink; rechts) co-kultiviert

werden. Neben den Co-Kulturen werden alle Zelltypen auch als Einzelkulturen angesetzt.

Abbildung 1. Co-Kultur-

Ansätze. In den Co-

Kulturen sollen AMLZellen

(AML, grün) und

CD34+-V orläuferzellen

(HSC = hematopoietic

stem cell, gelb) jeweils

mit primären

Endothelzellen (EC =

Endothelial cell, blau;

links) sowie primären

Osteoblasten (Ob =

Osteoblast, pink; rechts)

co-kultiviert werden.

Neben den Co-Kulturen

werden alle Zelltypen

auch als Einzelkulturen

angesetzt.

Die geplanten Co-Kultur- und Microarray-Analysen sollen dazu dienen, einen ersten Überblick über die

Signal-Netzwerke zu gewinnen, welche an diesen Interaktionen beteiligt sind. Die aus diesem Projekt

generierten Daten sollen genutzt werden, um Folgeprojekte zu entwickeln, in denen einige dieser

Netzwerke im Detail analysiert werden sollen. Dieses soll durch In-vitro-Versuche mit primären AMLProben

ebenso wie in vivo mithilfe von Leukämie-Mausmodellen erfolgen.

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