Untersuchung zur Telomerbiologie hämatopoetischer Zellen in Patienten mit Paroxysmaler Nächtlicher Hämoglobinurie (PNH) mittels Proaerolysin multi-color flow-FISH

Abstract

Telomere bestehen beim Menschen und allen anderen Wirbeltieren aus der Sequenz TTAGGG und bilden zusammen mit anderen Telomer-bindenden Proteinen eine Art „Schutzkappe“ am Ende eines jeden Chromosomenarmes. Diese Schutzkappe schützt die Chromosomen vor Rekombinationen, Fusionen und Degeneration durch Enzyme. Auf Grund des sogenannten Endreplikationsproblems kommt es bei jeder Zellteilung zu einer Verkürzung der Telomerlänge. Unterschreiten die Telomere eine gewisse Länge, so kann dies zu chromosomalen Instabilitäten und zur Seneszenz führen. Diese Beobachtungen erlauben indirekt durch Telomerlängenbestimmung eine Aussage über die bisherige replikative Geschichte der Zelle. Die PNH ist eine erworbene Störung der Hämatopoese, die auf einer Mutation des pig-A Gens in einer HSZ basiert. Dieses Gen codiert das für den ersten Syntheseschritt des GPI-Ankers verantwortliche Protein. Dieser Anker ist für die Befestigung verschiedenster Proteine an der Oberfläche der Zellmembran verantwortlich. Unter der Annahme eines autoimmunen Angriffs auf die nicht mutierten HSZ und einer beobachteten Expansion der pig-A mutierten Stammzelle, wurde mit Hilfe des neu entwickelten multi-color flow-FISH untersucht, inwieweit sich der entstehende replikative Stress auf die Telomerlänge der jeweiligen HSZ auswirkt. In dieser Studie konnte zum ersten Mal gezeigt werden, dass die normalen HSZ und die GPI negativen HSZ kürzere Telomere haben als gesunde Probanden. Weiterhin zeigte sich, dass die GPI negativen Zellen signifikant kürzere Telomere haben als die GPI positiven. Diese Ergebnisse stehen im Einklang mit den bisher veröffentlichten Daten und mit dem angenommenen Modell eines Autoimmunangriffs auf die GPI positiven HSZ. Alternativ können die Ergebnisse auch durch eine Störung in der Aufrechterhaltung der Telomerlänge erklärt werden, wobei weitere Untersuchungen zur Klärung dieser Frage notwendig sind.

Telomere length has been linked to disease stage and degree of (pan-)cytopenia in patients with bone marrow failure syndromes. The aim of the current study was to analyze the impact of replicative stress on telomere length in residual glycosylphosphatidylinositol-positive (GPI+) versus GPI- hematopoiesis in patients with paroxysmal nocturnal hemoglobinuria (PNH). Peripheral blood granulocytes from 16 patients and 22 healthy individuals were analyzed. For this purpose, we developed proaerolysin flow-FISH, a novel methodology that combines proaerolysin staining (for GPI expression) with flow-FISH (for telomere length measurement). We found significantly shortened telomeres in GPI- granulocytes (mean +/- SE: 6.26 +/- 0.27 telomere fluorescence units [TFU]), both compared with their GPI+ counterparts (6.88 +/- 0.38 TFU; P = .03) as well as with age-matched healthy individuals (7.73 +/- 0.23 TFU; P < .001). Our findings are in support of a selective growth advantage model of PNH assuming that damage to the GPI+ hematopoietic stem-cell (HSC) compartment leads to compensatory hyperproliferation of residual GPI- HSCs.