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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-49255
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2010/4925/


Untersuchung des Zusammenwirkens von RUNX1-Mutanten und aktivierten Tyrosinkinasen in akuten Leukämien unter Verwendung von Mausmodellen

Schulz, Katrin

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SWD-Schlagwörter: Rezeptor-Tyrosinkinasen , Akute Leukämie , Leukämie , Transkriptionsfaktor , Mutation
Freie Schlagwörter (Deutsch): RUNX1 , FLT3 , Mausmodell
Basisklassifikation: 44.81 , 42.15 , 35.70
Institut: Chemie
DDC-Sachgruppe: Medizin, Gesundheit
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Deppert, Wolfgang (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 03.12.2010
Erstellungsjahr: 2010
Publikationsdatum: 13.12.2010
Kurzfassung auf Deutsch: Die Kontrolle von Proliferation und Differenzierung hämatopoetischer Zellen ist im lebenden Organismus streng reguliert. Eine Fehlregulation von wichtigen Faktoren im hierarchischen System der Blutzellentwicklung kann zur Entstehung einer Leukämie führen. Die Erforschung der grundlegenden Prozesse der Pathogenese ist hierbei eine wichtige Voraussetzung für das Verständnis der Erkrankung sowie für die Entwicklung therapeutischer Strategien.
Ein häufig von Aberrationen betroffener Transkriptionsfaktor ist RUNX1, welcher in der embryonalen Hämatopoese eine essentielle und im adulten Stadium eine noch nicht vollständige erforschte, aber für die Differenzierung einzelner Reifungslinien entscheidende Rolle einnimmt. Neben chromosomalen Translokationen sind auch mono- und biallelische Mutationen des RUNX1-Gens beschrieben, welche mit einer hohen Inzidenz von 24% bei einer AML mit minimalen Zeichen der Differenzierung (Subtyp M0) auftreten. Diese Mutationen können zu 1) einem Nullallel, 2) einem Protein mit fehlender Transaktivierungsfunktion oder 3) einer DNA-Bindungsmutante (DBM) führen. Die zuletzt genannte Mutationsform ist die in AML-Patienten am häufigsten beschriebene und soll dominant-negativ agieren. Intragenetische RUNX1-Mutationen sind mit einer Frequenz von bis zu 65% mit einer Mutation von FLT3 assoziiert. Dabei handelt es sich um eine Rezeptortyrosinkinase, welche bei der Differenzierung, Zellteilung sowie dem Überleben der hämatopoetischen Zellen von Bedeutung ist.
In vorherigen Analysen konnte gezeigt werden, dass die funktionelle Inaktivierung von Runx1 zum Auftreten eines myeloproliferativen Phänotyps in vivo führte und ebenso wie eine ecotrope Expression einer RUNX1-DBM myeloiden Vorläuferzellen die Kapazität zur Selbsterneuerung in vitro vermittelte. Ausgehend davon kann vermutet werden, dass diese Mutationen bestimmte Funktionen aufweisen, die eine Ansammlung weiterer Mutationen, wie z.B. FLT3-ITD, und die Entstehung einer Leukämie ermöglichen. Zur Überprüfung dieser Hypothese wurden im Rahmen dieser Arbeit die konstitutiv aktivierte Tyrosinkinase FLT3-ITD allein oder im Kombination mit einer RUNX1-DBM in hämatopoetischen Vorläuferzellen des Typs Runx1fl/fl-Mx1Cre sowie im heterozygoten und Wildtyphintergrund exprimiert.
Die ecotrope Expression von FLT3-ITD führte vorwiegend zur Entwicklung eines Thymoms, bei welchem sich eine Runx1-Expression als vorteilhaft erwies und auf eine Selektion Runx1-exprimierender T-Zellen aufgrund der Notwendigkeit dieses Transkriptionsfaktors für die T-Zellentwicklung zurückzuführen war. Die Kombination aus Runx1-Inaktivierung und FLT3-ITD führte hingegen zur Entwicklung einer Myeloproliferation, was für einen kooperierenden, nicht aber synergistischen Effekt spricht. Durch das Zusammenwirken der konstitutiv aktivierten Tyrosinkinase und der RUNX1-DBM in Runx1-defizienten Zellen kam es zum Auftreten einer myeloiden Neoplasie, welche durch eine linksverschobene Myelopoese mit einem erhöhten Blastenanteil, einer Hepatosplenomegalie und massiven Infiltration der peripheren Organe gekennzeichnet war. Retransplantations- und Repopulierungsversuche in vitro ließen darauf schließen, dass diese monoklonale Erkrankung nur eine geringe Anzahl an Zellen mit einer Selbsterneuerungsfähigkeit hervorbrachte. Diese Ergebnisse deuten einen Funktionsgewinn und nicht eine dominant-negative Wirkungsweise der RUNX1-DBM an, deren Expression mit einer Inaktivierung von Runx1 bei der Progression der myeloiden Erkrankung einherging. Dies unterstreicht die Bedeutung von biallelischen Mutationen in akuten Leukämien.
Kurzfassung auf Englisch: The control of cell proliferation and differentiation in hematopoiesis is tightly regulated. Disruption of this control, which is mediated by several factors and at multiple levels, can lead to leukemogenesis. The analysis and understanding of the basic processes of pathogenesis are important to develop new therapeutic strategies.
The disruption of the RUNX1 gene is one of the most common aberrations found in AML. This transcription factor is essential during embryonic hematopoiesis, whereas its role in definitive hematopoiesis is not totally explored. In addition to chromosomal translocations involving the RUNX1 gene, mono- and biallelic intragenetic mutations are found at high incidence (24%) in AML with minimal differentiation (subtype M0). These mutations can generate: 1) a null allele, 2) a protein lacking transactivating function, or 3) a DNA-binding mutant (DBM). The latter type of mutation is the most common in AML, and it has been hypothesized that these mutants act in a dominant negative manner. RUNX1 intragenetic mutations are associated with a high frequency (up to 65%) of mutations of FLT3, a receptor tyrosine kinase that contributes to the differentiation, proliferation and survival of hematopoietic cells.
Earlier studies have shown that both functional inactivation of the Runx1 gene or ecotropic RUNX1-DBM expression led to increased self-renewal capacity of myeloid progenitors in vitro, but only the former caused expansion of the myeloid compartment in vivo, suggesting that the mutations have distinct functions that permit the accumulation of secondary mutations (e.g. FLT3 activation) and the outgrowth of an overt leukemia. In studies to test this hypothesis, constitutively active FLT3-ITD, alone or together with a RUNX1-DBM, was introduced into hematopoietic progenitors of Runx1fl/fl-Mx1Cre, heterozygous or wild type mice.
Ecotropic expression of FLT3-ITD alone primarily induced a T-cell thymoma, in which the Runx1 expression seemed to be advantageous for disease development. The retention of a functional Runx1 allele is most likely due to selective pressure for T-cells expressing Runx1, reflecting its importance in T-cell development. In combination with Runx1 inactivation, FLT3-ITD also led to a myeloproliferative phenotype, suggesting a cooperative but not synergistic action of these two events. In a Runx1 wild type background, coexpression of RUNX1-DBM was not able to shift the disease spectrum to a myeloid disorder. But together, FLT3-ITD, Runx1 deficiency and RUNX1-DBM, led to a rapid and fatal myeloid neoplasia with left-shifted myelopoiesis and increased numbers of blasts, hepatosplenomegaly and massive infiltration of the periphery by myeloid progenitors. Although this monoclonal disease was retransplantable, the frequency of repopulating cells seemed to be low. These results support a gain-of-function – and not a dominant negative function – for RUNX1-DBM, which cooperates with loss of wild type Runx1 in disease progression. Taken together, they underline the importance of the biallelic mutations found in acute leukemia.

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