Bedeutung der GLI-Transkriptionsfaktoren in der Resistenzentwicklung gegenüber Chemotherapie und deren Inhibition in der akuten myeloischen Leukämie

Abstract

Die akute myeloische Leukämie (AML) ist eine maligne Erkrankung des blutbildenden Systems und entsteht auf dem Boden einer onkogenen Transformation einer hämatopoetischen Stamm- oder Progenitorzelle im Knochenmark. Die Standardbehandlung stellt ein intensives Chemotherapieschema dar. Selbst nach initialem Ansprechen erleidet ein großer Teil der Patienten einen Rückfall, sodass die Prognose weiterhin schlecht ist. Als Ursache des Therapieversagens und von Rezidiven gelten Leukämische Stammzellen (LSC), die in der Knochenmarksnische überleben und ein Reservoir für leukämische Blasten bilden. Die Stammzelleigenschaften der LSC, einschließlich einer hohen Therapieresistenz, werden über Stammzell-Signalwege vermittelt, unter anderem dem Hedgehog-Signalweg (HH). Eine aberrante Aktivierung des Hedgehog-Signalwegs (HH) wird bei vielen Neoplasien, einschließlich AML, beobachtet. Die GLI-Transkriptionsfaktoren sind die wichtigsten nachgeschalteten Effektoren der HH-Signalkaskade, indem sie die Transkription von Zielgenen regulieren. Im Rahmen dieser Promotion wurde untersucht, inwieweit die GLI-Transkriptionsfaktoren zur Entstehung und Aufrechterhaltung von Chemotherapieresistenz in der AML beitragen und welche Mechanismen der Resistenzentwicklung zugrunde liegen. Zudem sollten neue Wege oder Wirkstoffe untersucht werden, um die GLI-Transkriptionsfaktoren zu inhibieren und so einer Resistenzentwicklung entgegenzuwirken. Hierfür erzeugten wir Cytarabin(Ara-C)-resistente Varianten von AML-Zelllinien durch langfristige Kultivierung mit Ara-C. Die Expression von Mitgliedern der HH-Signalkaskade wurde anschließend untersucht. Im Vergleich zu den parentalen Zelllinien war die GLI3-Expression in allen resistenten Varianten vollständig unterdrückt. Wir erzeugten GLI3-Knockdown-AML-Zelllinien mittels shRNA. Der Knockdown von GLI3 reduzierte die Wirkung von Ara-C auf die AML-Zellen. Darüber hinaus analysierten wir die Expression verschiedener Gene, die am Stoffwechsel und Transport von Ara-C beteiligt sind. Die Herunterregulation von GLI3 führte zu einer Hochregulierung der Resistenzgene SAMHD1, CDA und ABCC11, von denen jedes als prädiktiver Marker für das Ansprechen auf Ara-C in der AML identifiziert worden ist. Die Herunterregulation von GLI3 stellt somit einen potenziellen Mechanismus dar, um eine Chemotherapieresistenz in der AML zu induzieren. Es ist bekannt, dass die Herunterregulation von GLI3 ebenfalls einen bekannten Resistenzmechanismus gegen SMO-Inhibitoren, wie das für die AML zugelassene Glasdegib, darstellt. Bei SMO-Inhibitoren handelt es sich um die derzeit einzige klinische zugelassene Wirkstoffklasse zur Hemmung des HH-Signalweges. Zudem können SMO-Inhibitoren nur die kanonische HH-Aktivierung, nicht jedoch nicht-kanonische HH-Aktivierung inhibieren. Durch qPCR-Analyse von Proben 47 neu diagnostizierter AML-Patienten konnten wir zeigen, dass die Expression der GLI2ΔN-Isoform eine weit verbreitete Form der nicht-kanonischen GLIAktivierung in AML-Zellen darstellt. Ein Inhibitor, der direkt auf die GLI Transkriptionsfaktoren abzielt, wäre daher die bessere Wahl. Allerdings ist bisher kein klinischer GLI-Inhibitor verfügbar. Mebendazol (MBZ) ist ein seit Jahrzehnten zugelassenes und gut verträgliches Anthelminthikum. Wir konnten MBZ als potenten Inhibitor der HH Signalkaskade identifizieren. Wir zeigten, dass MBZ in der Lage ist, das HSP70/HSP90 Chaperonesystem zu hemmen und so die Proteinfehlfaltung von GLI1 und GLI2 und deren Abbau über das 26s-Proteasom zu induzieren. Zwei Patienten mit refraktärer AML wurden im Rahmen einer Off-Label-Behandlung mit MBZ behandelt. Wir konnten in einem modifizierten Plasma-Inhibitory-Assay eine biologisch aktive Plasmakonzentration im Blut der Patienten nachweisen, die die GLI-Aktivität einer Indikatorzelllinie in-vitro reduzieren konnte. Darüber hinaus zeigte einer der Patienten einen Rückgang der Anzahl der Blasten im peripheren Blut unter Therapie. Daher ist MBZ ein bereits zugelassener und vielversprechender GLI-Inhibitor, dessen Wirksamkeit in der klinischen Praxis geprüft werden sollte.