PLZF/RARalpha binding partners and their influence on the induction of acute promyelocytic leukaemia

The acute promyelocytic leukaemia (APL) accounts for 10% of the adult AML patients. APL patients carry chromosomal translocations involving the rarα gene on chromosome 17. The most frequent translocations lead to the expression of the fusion proteins PML/RARα (98%; t(15;17)) and PLZF/RARα (1%; t(11;...

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Main Author: Frech, Miriam
Contributors: Renkawitz-Pohl, Renate (Prof. Dr.) (Thesis advisor)
Format: Doctoral Thesis
Language:English
Published: Philipps-Universität Marburg 2014
Subjects:
Online Access:PDF Full Text
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Die akute promyeloische Leukämie (APL) ist eine Unterform der AML und entsteht durch chromosomale Translokationen des rarα-Gens auf Chromosom 17. Am häufigsten sind die Translokationen t(15;17) und t(11;17), die zur Expression der Fusionsproteine PML/RARα (98%) und PLZF/RARα (1%) (X-RARα) führen. Die APL ist durch eine aberrante Selbsterneuerung der hämatopoetischen Stammzellen und einen Differenzierungsblock der myeloischen Vorläuferzellen charakterisiert. Die X-RARα bilden zusammen mit ihren Proteininteraktionspartnern Hochmolekulargewichtskomplexe, die für ihr leukämogenes Potential essentiell sind. Ziel der Arbeit war die Validierung von PLZF/RARα-Bindungspartnern und die Charakterisierung ihres leukämogenen Potentials. IT-gestützte Signalweganalysen von 20 potentiellen PLZF/RARα-Bindungspartnern zeigten eine Assoziation mit der Regulation von Actin, c-Fos und Erk1/2. VASP, TFII-I und PI4KIIα wurden für weitere Studien ausgewählt, da sie an der Regulation dieser Proteine direkt beteiligt sind. Interaktionsexperimente konnten die Bindung von PLZF/RARα mit allen drei Proteinen bestätigen. Die Interaktionen erfolgen dabei über die RARα-Untereinheit. Die Expression von PLZF/RARα verursachte die Dephosphorylierung des Aktin-assoziierten Phosphoproteins VASP und damit seine Delokalisierung innerhalb des Cytoplasmas. Die Hypophosphorylierung von VASP ist vermutlich mit der proteasomalen Degradation der Kinasen PKA und/oder PKG verknüpft. Die Behandlung mit dem APL-Therapeutikum all-trans-Retinsäure (ATRA) erzielte die Rephosphorylierung von VASP in PLZF/RARα-exprimierenden Zellen. Im Fall des Transkriptionsfaktors TFII-I zeigten Immunofluoreszenzanalysen eine Co-Lokalisierung mit dem Fusionsprotein im Nukleus. Analysen von TFII-I-Zielgene ergaben eine Deregulation der Genexpression in Anwesenheit der X-RARα-Proteine. TFII-I scheint von PML/RARα sequestriert zu werden, da die Behandlung mit ATRA in fast allen Fällen die normale Expression der TFII-I-Zielgene wieder herstellte. Weitere Studien demonstrierten, dass beide X-RARα-Proteine eine Überexpression des wichtigen TFII-I Zielgens c-fos verursachen. C-fos ist ein Protoonkogen und Bestandteil der AP-1-Transkriptionsfaktoren. PLZF/RARα verursachte zudem die Translokation der Lipidkinase PI4KIIα vom Cytoplasma in den Nukleus, was zu ihrer Co-Lokalisierung führt. Vorbekannt war, dass eine Überexpression der PI4KIIα zur Überproduktion von PI(4)P führt und den MEK/Erk-Signalweg induziert, während die Expression von PLZF/RARα die Kinaseaktivität reduziert. Weitere Analysen zeigten, dass dies die Inaktivierung von Erk1/2 bewirkt. Die Behandlung mit ATRA reaktivierte Erk1/2 in PML/RARα-exprimierenden und Kontroll-Zellen, aber nicht in den ATRA-resistenten PLZF/RARα-exprimierenden Zellen. Differenzierungsexperimente mit primären murinen hämatopoetischen Vorläuferzellen zeigten zudem, dass die PI4KIIα essenziell für die myeloische Differenzierung ist. Die Überexpression der PI4KIIα ist alleine jedoch nicht in der Lage, den PLZF/RARα-assoziierten Differenzierungsblock zu lösen. Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass PLZF/RARα seine Bindungspartner in ihrer normalen zellulären Funktion inhibiert und damit zur Entwicklung der APL beiträgt. Es konnten neue Markerproteine und Signalwege der APL identifiziert und validiert werden. Diese stellen potenzielle Behandlungsziele dar, deren weitere Erforschung zu einer verbesserten Therapie der schwer behandelbaren PLZF/RARα-assoziierten APL führen könnte.