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Titel: Elucidation of mechanism of disease resistance and persistence in chronic myeloid leukemia.
Autor: Kumari, Ashu
Weitere Beteiligte: Burchert, Andreas (Prof Dr. )
Erscheinungsjahr: 2011
URI: https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2011/0459
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2011-04590
DOI: https://doi.org/10.17192/z2011.0459
DDC: Medizin, Gesundheit
Titel(trans.): Erläuterung der Mechanismen zur Krankheitsresistenz und Persistenz bei chronischer myeloischer Leukämie

Dokument

Schlagwörter:
Imatinib mesilat, Imatinib mesylate, chronic mayeloid leukemia, Chronisch-myeloische Leukämie, Resistenz, Imatinib mesilat, resistance, Resistenz, Chronisch-myeloische Leukämie

Summary:
Chronic myeloid leukemia (CML) is a clonal disorder of the hematopoietic stem cell caused by the BCR-ABL receptor tyrosine kinase. Imatinib mesylate (IM) is an inhibitor of BCR-ABL and has been approved for the treatment of CML. IM is well tolerated and highly efficacious as it induces stable long-term remissions in the vast majority of patients. Despite its efficacy, a still unresolved issue associated with IM therapy is IM resistance in progressed phases of CML and long-term disease persistence. It has been shown that BCR-ABL mRNA and BCR-ABL-positive progenitor and stem cells remain detectable after years of therapy. Based on the BCR-ABL expression analysis and short term IM exposure experiments of IM-naïve, first diagnosis CML precursor cells it has been suggested that BCR-ABL over-expression contributes to a major extend to the incapability of IM to kill and eradicate primitive precursors and CML stem cells. Interestingly, the BCR-ABL expression level in actual persisting CML precursor clones, and the impact of long term IM therapy on the eradication of CML precursors from different bone marrow compartments was never been thoroughly investigated. Here we studied a putative novel IM persistence mechanism by directly investigating in residual BCR-ABL-positive progenitor and stem cell clones in chronic phase CML patients in major molecular remission (MMR) under IM. We could first show that IM not only eliminates BCR-ABL positive cells from both primitive (stem cell containing) and more mature bone marrow precursor compartments but also that, in contrast to the currently proposed model, persisting primitive and mature BCR-ABL positive colony forming clones (CFU) expressed significantly less BCR-ABL than CML CFU isolated from initial diagnosis patients. Indeed, lower BCR-ABL expression reduces IM sensitivity of primary bone marrow progenitors engineered to express BCR-ABL. Whereas high BCR-ABL expression level increased IM responsiveness but also the frequency of BCR-ABL kinase mutation development as the most important IM resistance mechanism. This would explain the low propensity of secondary IM resistance in patients, which do achieve a good molecular remission with IM. Another regulator of BCR-ABL kinase point mutation development has been identified with ICSBP, an interferon regulated gene that was previously found by our group to be downregulated in CML. Lack of ICSBP expression in murine myeloid 32D-BA cells conferred BCR-ABL independent IM resistance and limits the development kinase point mutations. Together, here we described two novel and clinically relevant mechanisms of CML persistence and resistance under IM, which may provide a novel perspective for reassessing treatment strategies aiming at eradicating residual disease in CML and to overcome IM resistance.

Zusammenfassung:
Die chronische myeloische Leukämie basiert auf einer klonalen Transformation hämatopoetischer Stammzellen, für die die Translokation t(9;22)(q34;q11) mit Entstehung der konstitutiv aktivierten BCR-ABL Tyrosinkinase kausal verantwortlich ist. IM ist ein spezifischer Inhibitor von BCR-ABL, der speziell für die Behandlung der CML entwickelt wurde und klinisch hochwirksam ist. Die große Mehrheit der mit IM behandelten Patienten erreichen stabile Langzeitremissionen. Trotz dieser enormen Wirksamkeit gibt es weiterhin zwei entscheidende Probleme unter IM. Zum einen kommt es bei einem Teil der Patienten unter IM zur Resistenzausbildung. Andererseits scheint die Substanz zwar antiproliferativ zu wirken, aber nicht in der Lage zu sein, CML Progenitor- und Stammzellen abzutöten. Dies führt zu Persistenz der Erkrankung im Knochenmark von CML Patienten und macht eine IM Dauertherapie als Standard erforderlich. Basierend auf in vitro Untersuchungen wurde eine Überexpression von BCR-ABL in CML Stammzellen unbehandelter CML Patienten als ein wesentlicher Mechanismus für IMpersistenz proklamiert, obwohl die BCR-ABL Expressionshöhen persistierender CML Vorläuferzellen unter IM unbekannt sind. Ebenso unklar ist, ob IM in vivo in der Tat nicht in der Lage ist, CML Stammzellen abzutöten. Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurde ein neuartiger IMpersistenzmechanismus beschrieben. Im Knochenmark von molekular in sehr guter Remission befindlichen Patienten unter IM wurde nach persistierenden CML Klonen gesucht, deren Frequenz und BCR-ABL Expressionshöhen bestimmt und mit denen von CML Patienten bei Erstdiagnose verglichen. Im Gegensatz zum aktuell etablierten Persistenzmodell konnte gezeigt werden, dass IM zu einer deutlichen Abnahme der BCR-ABL positiven Stammzellen bei Patienten in Remission unter IM führt und dass persistierende Klone BCR-ABL nicht überexprimierten, sondern nur sehr geringe BCR-ABL Mengen aufwiesen. Es konnte dann an primären Knochenmarkzellen gezeigt werden, dass eine niedrige Expression von BCR-ABL in der Tat zu einer IMresistenz führt, währenddessen die BCR-ABL Überexpression eine höhere Empfindlichkeit auf IM induzierte, andererseits aber auch die Entstehung von BCR-ABL Kinasemutationen als einem wesentlichen Mechanismus von IM resistenz katalysierte. Dies würde erklären, warum Patienten mit guter molekularer Remission unter IM eine vernachlässigbare Rate an sekundär IMresistenzausbildung aufweisen. Etwa 80% der CML Patienten zeigen eine reduzierte Expression des interferonregulierten Faktors, ICSBP. Die fehlende Expression von ICSBP wurde hier als ein BCR-ABL unabhängiger Mediator von IMresistenz und Kinasemutationsentstehung identifiziert. Diese Arbeit beschreibt somit zwei neue und potentiell klinisch relevante Ursachen von IM resistenz und –persistenz. Deren Kenntnis könnte zur Re-evaluation von Strategien zur Eradikation residueller CML Stammzellen und dem Überkommen von IM resistenz beitragen.


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