Manipulation der Zellpopulation mit differenziellen Stammzellkriterien in definierten Zelllinien akuter Leukämien

Abstract

Akute Leukämien stellen die häufigsten bösartigen Neoplasien im Kindesalter dar. Trotz großer therapeutischer Fortschritte während der vergangenen Jahrzehnte sind sie nach wie vor ein potenziell letales Krankheitsbild – nicht zuletzt aufgrund ihrer Heterogenität und Komplexität. Insbesondere die hohen Rezidivraten der akuten myeloischen Leukämie (AML) stellen eine große Herausforderung im therapeutischen Kontext dar. Seit einigen Jahren liegt ein Forschungsschwerpunkt auf der Charakterisierung früher leukämischer Vorläuferzellen, die als Ursache sowohl der eigentlichen Krankheit als auch deren Rezidive angesehen werden. Wie auch physiologische Stammzellen haben diese Vorläuferzellen Eigenschaften inne, die ihnen eine größere Resistenz als die übrigen leukämischen Zellen verleihen. Ziel dieser Arbeit war es, im ersten Schritt zehn definierte leukämische Zelllinien durchflusszytometrisch in Bezug auf Stammzellkriterien, dem so genannten Side-population- (SP-) Anteil, zu charakterisieren und diese zu analysieren. Im zweiten Teil der Arbeit wurden differenzielle Effekte potenzieller Leukämie-Therapeutika untersucht. Grundlage der Versuche war eine von uns optimierte Charakterisierungsmethodik zur Eingrenzung leukämischer Zellen in Bezug auf Stammzellkriterien nach Inkubation mit dem Farbstoff Hoechst. Die größten SP-Anteile hatten in unseren Versuchen die Zelllinien KG-1a und K562. Aufgrund der geringeren Streuung, dem Ursprung (akute Leukämie) sowie dem Vorkommen von SP-Zellen mit frühen Stammzellkriterien führten wir die Behandlungsversuche mit KG-1a-Zellen durch. Arsentrioxid (ATO), ein Jahrtausende altes Medikament, wird heute als First-line-Therapie der akuten Promyelozyten-Leukämie eingesetzt. Wir konnten zeigen, dass die ATO-Behandlung von KG-1a-Zellen eine Dosis-abhängige Apoptose-Induktion hervorruft. Hierbei wird unter anderem dem Fusionsprotein PML-RARA eine zentrale Rolle zugeschrieben. Der Anteil sowohl diploider als auch tetraploider Zellen mit Stammzelleigenschaften steigt hingegen in Abhängigkeit von ATO-Konzentration und -Inkubationsdauer. Neben dem Arrest der Zellen in der G2-Phase durch ATO könnte dies durch einen mitogenen Effekt auf die Vorläuferzellen erklärt werden. In diesem Fall könnte dieser therapeutisch genutzt werden, da die Leukämie-initiierenden Zellen angreifbar für zytotoxische Medikamente wären, während sie den Zustand der Quieszenz verlassen. Auf der Grundlage der Hypothese eines mitogenen Effekts von ATO wäre der nächste Schritt eine Kombinationstherapie aus ATO und einem klassischen Zytostatikum der AML-Therapie. Die Prognose akuter Leukämien hat sich innerhalb der letzten Jahrzehnte in erster Linie aufgrund der Chemotherapie sowie eines Patienten-adaptierten therapeutischen Vorgehens mit Hilfe der Bestimmung der minimalen Resterkrankung (Minimal residual disease) massiv verbessert. Dennoch bleibt es eine große Herausforderung, insbesondere die frühen Vorläuferzellen möglichst komplett zu eradizieren. Die Überwindung der Quieszenz maligner Vorläuferzellen könnte hierbei im Rahmen von Kombinationstherapien ein potenter Behandlungsbaustein sein.